探讨悬索桥锚碇锚固系统施工技术要点

摘要 主缆锚固系统施工是悬索桥项目施工的重难点，主缆锚固系统施工精度对主缆受力性能具有重要影响。该文以具体工程为依托，对锚碇锚固系统施工技术展开研究，探讨了主缆型钢锚固系统工程特点及施工难点，分析了锚固系统施工关键技术，提出了锚固系统施工改进工艺。经对比，采用新工艺施工锚碇定位支架变形减小87.8%、支架钢材用量节约48.6%、施工效率提升35.1%，对同类工程具有较强借鉴意义。

关键词 悬索桥;锚碇锚固系统;混合型支架;施工技术要点

中图分类号 U448.25 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）11-0145-03

引言

主缆作为悬索桥关键受力节点，对悬索桥服役性能、安全性能具有重要影响。主缆锚固系统、施工精度、施工质量，直接关乎主缆受力性能。传统采用常规锚碇锚固系统施工技术，难以保证锚碇定位支架结构施工精度，且施工效率低下、耗材量较大。某大桥采用“V”形混凝土台阶+型钢混合型定位支架+逐层安装锚杆逐层浇筑锚碇结构混凝土的锚碇锚固系统施工技术改进方案，有效提升了锚碇定位支架施工精度，缩短了施工工期，节约了钢材消耗量，工艺优势显著[1-3]。基于此，该文以该工程为依托，对悬索桥锚碇锚固系统施工技术展开研究，对提高国内悬索桥施工质量具有重要意义。

1 工程概况

某新建长江特大桥，主桥为（84+84+1092+84+84）m双塔五跨钢桁梁悬索桥，设双层桥面，上层为双向八车道高速公路，设计行车速度100 km/h;下层为四线铁路，设计行车速度250 km/h。

（1）主缆：采用预制平行高强钢丝索股结构

（PPWS），上下游各一根，横桥向中心距43.0 m，两端分别与桥南、北端锚碇锚固系统相连;主缆紧圆后半径650 mm，由352根索股组成，每股由127根Ф5.5 mm镀锌铝高强钢丝组成，钢丝标准强度为1 860 MPa。

（2）桥梁南、北两端，分别设置在上下游方向各设置一个重力式锚碇，主要由基础、锚体、主缆锚固系统构成。锚体按受力功能结构，分锚块、鞍部、前锚室及压重块四组构件。北锚碇、南锚碇结构见图1、图2。

2 主缆型钢锚固系统工程特点分析

2.1 工程特点

该桥梁为跨长江特大桥，主缆直径达1.3 m，主纜锚固系统作为节点构件系统，是传递、转换主缆受力的核心构件，具有构件数量多、质量大、安装精度要求高、混凝土浇筑量大等特点，是该桥梁节点工程。

（1）全桥设锚梁44根、锚杆768根，构件量多、质量大，锚固系统一岸合重达6 721.153 t。

（2）根据设计文件要求，锚杆长、宽、高制造偏差不得超过3 mm;锚杆安装在X轴、Y轴、Z轴安装偏差分别要求控制在10 mm、5 mm、5 mm以内;后锚梁安装位置偏差不得大于5 mm，安装偏角偏差不得超过0.15°，安装精度要求高。

（3）桥南侧锚碇锚块，混凝土浇筑量达103 279 m³;北侧锚碇锚块，混凝土浇筑量达135 347 m³，合计浇方量达238 626 m³，混凝土浇方量较大。

2.2 施工难点

基于以上工程特点分析，总结该桥梁工程主缆锚固系统施工难点如下：

（1）定位支架变形控制及锚杆、锚梁安装精度控制要求高、控制难度大。

（2）多工序涉及高空、有限空间作业，易发生安全事故，质量、安全管理风险高、难度大。

（3）基础持力层为微风化岩层，硬度较高，该工程采用爆破开挖，需控制爆破能量，降低对邻近化工厂扰动，施工进度受到影响，工期较紧。

3 锚固系统施工关键技术

3.1 锚固系统常规施工工艺及其改进思路

以往中、大公路悬索桥施工，锚固系统构件数量少、质量小，采用先安装全型钢定位支架，再浇筑锚碇锚块混凝土方案的常规工艺，支架变形要求相对较低，变形量易于控制，可较好满足锚梁锚杆安装精度要求;该桥梁为跨长江特大桥，锚固系统构件数量多、质量大，若采用常规工艺，难以有效控制定位支架变形，易对锚梁锚杆精度造成影响，无法满足设计安装精度要求，更无法满足锚梁锚杆安装施工“少调整、快施工”的施工原则[4-6]。常规工艺全型钢定位支架见图3。

为解决常规支架安装工艺弊端，保证支架变形控制符合要求，确保杆件、锚梁安装精度符合设计要求，结合该工程工况特点，提出锚固系统常规施工技术改进方案：根据锚梁、锚杆安装位置，先施作“V”形混凝土台阶，设预埋件，再进行定位支架安装施工，有效控制支架变形，最后逐层安装锚杆，并逐层浇筑锚碇混凝土，保证锚杆安装精度和锚碇大体积混凝土浇筑施工符合质量要求，见图4。

3.2 锚固系统施工改进工艺

主缆锚固系统中，定位支架仅对施工阶段锚梁及锚杆起定位、支撑作用，在桥梁交付服役后，该结构并非锚体受力结构。传统采用常规工艺施工，是施作完锚杆后，再进行锚碇混凝土分层浇筑施工[7]。为满足类似该桥梁的特大型桥梁锚固系统施工需求，采用常规工艺，须增大支架钢材用量，对钢材规格要求也更高，以确保有效控制支架变形。鉴于桥梁交付服役后，定位支架并非受力结构，若加大钢材用量，提高钢材规格，显然不符合现代工程经济性、节约性要求。改进后锚固系统常规施工方案，可有效克服常规方案弊端，如下：

（1）根据施工图纸中后锚梁、最下层锚杆构件安装位置，及构件安装后与水平面夹角值，先施作“V”形混凝土台阶，并准确设置预埋件，再一次完成锚梁安装，锚杆分批安装，并逐层浇筑锚碇混凝土。

（2）经改进后的方案，有效利用了锚体混凝土结构作用，使“V”形混凝土结构与型钢支架结合，形成稳固的混合型定位支架，满足支架变形控制要求，为有效控制锚杆、锚梁安装精度提供便利。

（3）混合型定位支架结构，在获得比常规方案采用的纯型钢结构支架更大的结构刚度的同时，有效降低了支架体量，有利于节约钢材。同时，因锚体为大体积混凝土构件，采用锚杆分批安装、锚体分层浇筑，可有效保证混凝土构件浇筑施工质量，且随浇筑层数增加，可随之提高已装锚梁、锚杆、支架构件整体稳定性[8]。

4 南、北锚碇锚固系统施工对比分析

该桥梁锚碇锚固系统，原定均采用常规工艺施工，施作完南锚碇锚固系统后，项目技术人员根据该桥梁工况，结合锚固系统施工要求，在对常规方案施工经验进行总结和分析的基础上，提出了改进型方案，并利用改进方案进行了北锚碇锚固系统，取得了良好的工程效果，对两种施工方案对比如下：

4.1 定位支架变形

南锚碇定位支架由8组桁架组成，主要使用5种规格的宽翼缘H型钢：HW150×150、HW200×200、HW250×250、HW300×300、HW400×400。北锚碇定位支架，由6组桁架组成，主要采用HN400×200型钢、I25a型钢。

南、北锚碇支架，均采用Midas Civil有限元软件进行了受力分析，结果表明：定位支架应力均满足规范要求;南、北锚碇定位支架结构最大变形量分别为20 mm、2.43 mm;表明改进方案可有效控制结构变形，且通过构造混合型定位支架，显著提升了支架体系支撑刚度[10]。

4.2 工期及精度等对比分析

4.2.1 工期对比

南锚碇及锚固系统，采用常规方案施工，施工周期402 d;北锚碇及锚固系统，采用改进方案施工，从施作“V”形混凝土台阶构件至锚碇混凝土施作完毕，施工周期261 d，节约工期141 d，施工效率提升35.1%，工期效益显著。

4.2.2 支架用钢量对比

南、北锚碇锚固系统定位支架总用钢量分别为1 869 t、

960 t，改进方案节约支架钢材909 t，钢材耗费量减少48.6%。

4.2.3 精度对比

南、北锚碇锚固系统，锚杆、锚梁、定位支架安装精度，均达到设计、规范精度要求。精度对比见表1。

由表1可知，北锚碇锚固系统锚杆各轴向上下幅安装精度，均明显高于南锚碇，表明改进方案可有效保证锚固系统安装精度要求。

4.3 施工方案进一步优化要點

经该桥梁南、北锚碇锚固系统施工，对常规工艺方案、改进工艺方案施工经验总结，提出改进方案的进一步优化措施，如下：

（1）锚杆支架混凝土台阶、后锚梁支架台阶高度优化：将当前两台阶高度不一，后续可将两台阶高度均设置为3 m，好处有两点：1）便于搭设施工通道，进一步提升施工便捷性、施工效率;2）有利于减小前锚面支架高度，进一步强化支架变形控制，提升支架稳定性。

（2）锚杆支架桁片制作、施工优化：当前锚杆桁架为整体设计制作，需分块切割，再进行吊装、焊接施工，造成分块偏多、焊接作业量大的问题;若支架桁片采用模块化制作，现场采用先栓接再焊接的方式连接，可有效降低分块量和焊接作业量，提升施工效率。

（3）锚杆前端安装精度控制优化：除应加强单根杆件安装精度控制要求外，还应强化整体精度控制，确保锚杆整体平均精度，进一步保证锚固系统整体施工质量。

5 结论

该文以某新建长江特大桥为依托，研究了该桥梁北锚碇锚固系统施工采用的改进型锚固系统施工方案，并对常规方案和改进方案进行了定位支架变形、工期及精度等对比分析，提出了改进方案的进一步优化措施，结论如下：

（1）经该文总结形成锚碇锚固系统改进施工方案，可有效利用锚体混凝土结构作用，使“V”形混凝土结构与型钢支架结合形成稳固的混合型定位支架，有效解决了特大桥梁定位支架变形控制及锚杆、锚梁安装精度的难题。

（2）该桥梁南、北锚碇锚固系统，分别采用了常规方案、改进方案施工，经对比采用改进方案，支架变形控制效果提升了87.8%、工期节约35.1%、支架钢材消耗量减少48.6%，整体工程效益显著。

（3）经进一步总结改进施工方案，提出可在锚杆支架混凝土台阶、后锚梁支架台阶的高度控制、锚杆支架桁片制作、锚杆前端安装精度几个方面，进一步优化改进方案。

参考文献

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收稿日期：2022-04-15

作者简介：张晨子（1994—），男，本科，助理工程师，研究方向：公路工程施工。