山区悬索桥施工关键技术研究分析

刘文敏LIU Wen-min；徐弘扬XU Hong-yang

（云南云岭公大公路工程有限公司，昆明650500）

0 引言

本文以云南某山区地锚式悬索桥施工为例，通过对其在施工过程中的重难点进行阐述，同时对其在施工过程中的主塔和主缆施工的关键技术进行分析，以确保其成桥后的施工质量达到规范要求。以期对类似工程提供参考。

为打通断头路，实现村村通公路的总体目标，山区公路的发展已经成为十四五规划的重点。而大多数情况下，山区公路的路线线位所在位置处地质条件和环境都较复杂，采用常规桥型无法进行有效的跨越，而悬索桥兼具纤细、柔美的美学效果和宏伟、壮观的视觉震撼，同时也克服了常规桥所存在的跨越能力不足的特点，成为山区公路跨越较大河流的优先桥型。[1]

悬索桥施工工序较多，工序之间的衔接受施工影响较大，在进行施工时，对其在施工过程中的受力状态若难以保证，会影响悬索桥成桥后的整体受力状态，对施工质量产生较大的影响。且悬索桥主缆穿挂、和吊杆的索力等值控制是一大重点、难点，钢绞线索力匀值是平行钢绞线斜拉索的重要控制指标，涉及结构安全与施工安全[2]。为了保证悬索桥在施工过程中的受力和线形都处于前期计算中的安全和合理的范围内，且保证悬索桥在后期的运营状态下结构处于较优的受力状态下[3]。本文以云南某山区地锚式悬索桥施工为例，通过对其在施工过程中的重难点进行阐述，同时对其在施工过程中的主塔和主缆施工的关键技术进行分析，以确保其成桥后的施工质量达到规范要求。以期对类似工程提供参考。

1 项目概况

云南某地锚式悬索桥中心桩号K236+788.597，主桥为1-90m 悬索桥，两岸岸均设2×8m 引桥。主缆线形为跨径L=90m，矢高f=9.0m，矢跨比fL=1/10。桥宽：0.25m（栏杆）＋3.5m（人行道）+0.25m（栏杆）=4.0m，吊索间距为8.0m；桥塔为钢筋砼门式刚架结构，高度为18.4、16.0m，两岸桥塔采用群桩基础；两岸锚碗采用重力式锚碗；主缆采用7 股37 丝高强平行钢丝索股，钢丝抗拉标准强度为1770MPa，全桥采用2 根主缆。

加劲梁采用钢-混凝土组合梁，梁高600mm，钢纵梁高600mm、钢横梁高400mm，设200mm 厚混凝土桥面板，加劲梁两边设有风嘴。钢梁采用“工”形断面的纵、横梁体系，纵梁间距4.5m、横梁间距4.0m，纵梁与横梁腹板、各梁段间纵梁腹板均采用高强螺栓连接，纵、横梁的顶底板连接采用焊接。钢梁与混凝土桥面板相接的面上设置剪力钉，混凝土桥面板通过剪力钉与钢梁相连。其总体布置如图1 所示。

图1 悬索桥总体布置图

2 施工难点及技术保证措施

桥位区属构造剥蚀侵蚀低中山地貌，沟谷切割较深，地形起伏较大。地形高程1417.6~1780m，相对高差约363m，山脊走向与构造线基本一致。项目区地处高中山河谷地段，属构造剥蚀地貌。地形起伏较大，植被茂密，桥址区山坡坡度30°~45°，地形陡峻。

为更好的对后续施工过程中的技术进行分析，特在此列举本项目的相关技术特点和保证措施[4]。

2.1 施工特点

①本桥为山区地锚式悬索桥，受山区地质、地形、水文、气候、交通等影响较大；

②主缆散索套为索鞍式结构，且架空设计，安装时需要焊接临时支撑架，并且控制好相对位置；

②索股架设时散索套处也需要整形“入鞍”，控制索股之间的相对位置；

④钢梁吊装施工场地较小，不利于施工场地布置；

⑤悬索桥施工工序长，该桥工期紧，需有序组织施工。

2.2 技术保证措施

2.2.1 提前进行重点、难点工程施工方案的制定

加强关键线路工程施工的过程控制，根据实际情况制定合理可行的施工方案，投入技术先进、数量充足的施工机械设备，确保项目总工期。

施工过程中将严格控制各种临时设施的受力、变形，确保悬索桥上部结构安装施工及临时设施安全，进一步保证施工过程的顺利进行。

2.2.2 主塔施工应对措施

①将首先进行主塔承台基坑开挖，多组织人力物力进行桩基施工。

②主塔施工采用翻模法施工，施工人员施工时应严格按照施工工艺操作。

③对上高空作业人员进行身体检查外，还要经常对高空作业人员进行安全教育，铺设好安全网等安全措施。

3 施工关键工艺分析

施工顺序原则为：本桥关键控制点为主塔施工、上部结构施工。两岸重力锚施工体量较小。因此本文将重点分析主塔和主缆的施工工艺以及质量保护措施。

主桥总体施工顺序为：主墩基坑、重力锚基坑开挖及防护→主墩桩基础、承台及重力锚施工→索塔施工→索鞍安装→猫道安装→主缆架设→索夹、吊索施工→钢梁吊装→桥面系施工→附属结构施工。

3.1 主塔施工流程分析

索塔采用钢筋混凝土门型结构，设置两道横梁。一侧主塔总高27.4m（不含鞍罩），下横梁顶至塔底14.003m，塔顶至下横梁顶13.397m；另一侧主塔总高25.9m（不含鞍罩），下横梁顶至塔底12.503m，塔顶至下横梁顶13.397m。索塔截面尺寸为2m（顺桥向）×1.6m（横桥向）实心等截面，横桥向内倾5.7°。索塔混凝土强度为C45。

3.1.1 施工方法

主塔采用翻模逐段连续施工。施工标准节段高度为6m。一侧塔柱共分5 节，另一侧塔柱共分5 节。混凝土采用拌和站集中拌和，混凝土搅拌运输车运输，浇筑采用吊斗吊装入模。钢筋在钢筋加工场集中加工，现场安装成型。模板采用定型钢模，混凝土施工应按照大体积混凝土施工工艺做好养护措施。根据实际施工时水位情况，看是否需要设置临时小型人行栈桥至主塔，所有材料、机具采用汽车吊或小型塔吊垂直运输，人员上下采用之字形定型笼梯。

3.1.2 钢筋制作、安装

钢筋加工严格按照的要求执行。主筋在制作前必须调直，调直后钢筋弯曲度应不大于长度的1%，并不得有局部弯折。竖向主筋（直径Φ28mm）采用定尺9m 的钢筋，钢筋主筋接头应互相错开，在接头长度区段内，同一根钢筋不得有两个接头，受拉区配置在接头长度内（35d）的受力钢筋，其接头截面积占总截面积百分率小于50%。

主塔钢筋采用分节段安装成型方案。钢筋安装施工顺序：安装劲性骨架→劲性骨架测量放样→安装主筋→安装环形箍筋→安装保护层垫块→自检、报监理验收→验收合格后进入下一道工序。

墩柱钢筋安装前，还需对劲性骨架的位置进行测量复核。主筋依靠劲性骨架来定位，在劲性骨架上用油漆标注出主筋位置，逐根就位进行直螺纹连接，箍筋利用主筋定位绑扎。钢筋的交叉点宜采用直径0.7~2mm 的铁丝扎牢，必要时可采用点焊焊牢。绑扎钢筋的扎丝丝头朝结构内弯，不应进入混凝土保护层内。

3.1.3 模板制作、安装

①模板制作。模板系统：由面板、加劲槽钢、槽钢背带等组成。标准模板高度2m，面板为厚6mmQ235 钢板，加劲槽钢为槽10 型钢，竖向布置，间距30cm。槽钢背带为双拼槽14 型钢，横向布置，采用φ25mm 精轧螺纹拉杆，水平最大间距1.2m，竖向最大间距1.5m。

②模板安装。施工过程中，模板按照八米四层进行浇注，每次施工将顶层模板作为基模，拆除下面三层进行循环使用。四层模板交替上升，每次翻升三层，每次浇注高度6m。

第一层模板的安装：首先在承台上准确放出墩柱边线位置，弹上墨线，将墨线内砼凿毛；接下来按顺序用塔吊将钢模吊运至安装位置，短边采用2m 宽模板，短边模板并加工15×15 倒角模板，固定于短边模板两侧；长边按底部最大截面布置，随着截面的变化向内移动。模板下端与墨线对齐，然后将模板相互用螺栓连结成整体，并安装工作平台。

第二、第三、第四层直接将模板置于下一层模板顶面，其底面与下层模板顶面对齐，模板安装时要保证上下段接缝密合顺直。

3.2 主缆安装过程分析

一根主缆采用7 股37 丝的索股。单股主缆用预制平行钢丝索股由37 根平行镀锌钢丝组成，用定型捆扎带绑扎，两端设热铸锚头，单根钢丝直径5.25mm，钢丝抗拉强度标准值为1770MPa。单根主缆素股重量约0.92t。单根主缆索夹内直径92.7mm，索夹外直径93.9mm。

其施工方法为待猫道架设完成后，采用往复式牵引系统架设主缆索股。其中放索区设置在一侧岸锚碇旁，牵引区设置在另一侧岸锚碇旁[5]。

3.2.1 架设猫道

猫道采用三跨连续式结构。猫道总体设计以猫道抗风需要为基础，结合基本设计参数综合考虑。由于主跨跨度较小，大风频率小，猫道的线型及抗风稳定性易于保证，不再设置抗风索。猫道由猫道承重索、门架承重索、猫道门架、扶手绳、猫道面层、横向通道、制振结构、锚固体系等组成。在左、右侧对应于主缆中心线下方各设一幅猫道。猫道距主缆中心线铅垂方向控制目标距离为1.5m，设计宽度3.4m。猫道调节装置设置在重力锚处，通过调节精轧螺纹钢长度可调节猫道标高，可调节长度为2m，精轧螺纹钢采用Φ32 精轧螺纹钢。

本工程拟采用人工将φ8mm 先导索沿着桥位旁既有小吊桥牵引过江，再利用φ8 先导索将φ16m 主牵引钢丝绳牵引过江，与两岸的主、副卷扬机相连，构成一套完整的牵引系统。其猫道总体布置如图2 所示。

图2 猫道总体立面布置图

3.2.2 主缆索股架设

①索道安装。在上下游各架设一组相互独立的工作索道，用于主缆索股的架设、索夹、吊杆的安装、主缆的整形以及小型机具、料具的吊运等。

索道由塔架（即塔顶门架）、承重索、牵引循环索、锚碇、驱动系统、走行小车等组成。

②牵引系统布置。采用往复式小车牵引系统，牵引索与索股前锚头相连，索道运输小车将索股前锚头与牵引索吊起一定高度，通过卷扬机牵引使索股运行于猫道滚筒上，而运输小车则运行于轨道索上。

③主缆安装。将主缆放索架放在南锚碇后侧，用汽吊将索股放入放索架内，将前端锚头从放线架上抽出后与牵引系统连接牢固，放索时启动前端卷扬机缓慢放索，沿边、中跨猫道上将索放开，放索过程中应有专人跟踪牵引系统和索股前进，同时要保证索股六面紧密、平整、笔直。

牵引过程中如发现有绑扎带断裂（散带），应及时停止牵引用新绑扎带（自粘胶带）重新临时绑扎，以避免因索股散丝和在牵引过程中钢丝挂住滚轮被拉断。同时，在牵引过程中密切监视索股中着色丝位置变化情况，派人用专用夹具随时修正，防止索股牵引过程中的扭转。

后端部分索股，由于引出时摩擦，钢丝较乱，要理顺修复一部分鼓丝，同时要在边跨内疏散，不能留在锚跨内；两端锚头与锚碇上的拉杆对应连接。

将索股移至索鞍正上方后，将其整成矩形后放入鞍槽内设计位置，各索股入鞍顺序按设计要求，入鞍处从边跨端向中跨方向进行，入鞍时要严格控制索股着色丝在鞍槽的位置，以防索股扭转。

3.2.3 主缆紧缆

索股架设完了以后，为了把索股群整形成圆形而进行紧缆工作，紧缆工作大致分为预紧缆和正式紧缆两个过程。

①预紧缆。预紧缆是把架设完了的索股群大致整成圆形的作业。为了使主缆索股沿全桥分布均匀、钢丝的松弛不集中在一个地方，预紧缆时可把全长分为约40m 左右的间隔。预紧缆要在温度比较稳定，索股排列整齐的夜间进行，索股的绑扎带采取边预紧边拆除的办法。首先，将预紧点附近6m～7m 范围的外层绑扎带解掉，在主缆外层包上一层起保护作用的麻布袋或塑料布条。装上Φ16mm 镀锌钢丝绳千斤头，一边用大木锤沿主缆周围敲打、振动，一边用加压器加压，使主缆大致成为圆形。将上述工序沿全长反复进行的过程，直至索股群大致整成圆形为止。

②正式紧缆。正式紧缆是用专用的紧缆机把主缆整成圆形，并进行到所规定的空隙率。紧缆机的移动由简易缆索天车进行。采用紧缆机进行主缆紧固时，首先启动紧缆机作业液压千斤顶，当紧缆机轴线和主缆中心线重合后，再启动其他四台千斤顶，协调好4 台千斤顶的顶进速度，当4 台千斤顶达到一样冲程之后，一起联动加压。保持接近相同的油压挤压主缆。正式紧缆是由各跨中央向索鞍方向进行。

4 结论

本文以云南某某山区地锚式悬索桥施工为例，首先对其在施工过程中的特点进行阐述，而后对其保证施工质量的方法进行分析。随后对其在施工过程中的关键施工技术：主塔施工和主缆安装施工的关键性技术进行分析和阐述，确保其在施工过程中的过程受力和成桥后的受力状态符合设计时的要求，保证其施工质量达到预期要求。本文以期对类似工程提供参考。