斜拉桥工程中的斜拉索施工技术研究

2023-11-30晏澍瑞江建龙

运输经理世界 2023年23期

晏澍瑞、江建龙

（江西省交通投资集团有限责任公司九江管理中心，江西九江 332000）

0 引言

斜拉索施工技术在桥梁工程施工中有重要意义，主要内容包含斜拉索运输、备料、挂索、张拉、调索、防护，及施工的质量、进度、安全、环保等各方面。所以，相关人员应当深入分析其特点，结合实际情况，应用合理的方式优化斜拉索施工技术，保障桥梁工程顺利实施。

1 斜拉桥工程中的斜拉索施工技术分析

1.1 施工方案

斜拉索安装施工主要包括运输装卸、桥面展索、塔端安装并临时锚固、梁端预埋件及转换装置安装、梁端斜拉索与前支点挂篮牵引锚固、梁端预紧、梁端一张、梁端二张、梁端转换装置拆除、塔端三张、塔端索力调整及附属设施安装等工序。根据索重和梁端牵引索力，斜拉索在桥面的搬运、起吊等由塔吊与汽车吊进行；塔内的牵引锚固由5t 卷扬机配合塔吊进行；桥面牵引由10t 卷扬机进行；当牵引力大的时候，采用千斤顶进行。

1.2 斜拉索安装

斜拉索盘摆放在桥面合适的位置；在塔顶，5t 卷扬机钢丝绳通过对应索号的索导管落到桥面，并与斜拉索索锚头连接；塔吊吊钩钩住安装在索体合适位置的索夹上；在塔吊起钩过程中，卷扬机随机收紧钢丝绳。在塔吊将斜拉索起吊过程中，通过吊钩自旋转释放索盘内力，达到展索的目的，同时卷扬机持续收紧钢丝绳，将斜拉索上端缓慢拉入导管，其间调整塔吊吊钩上下，控制拉索顺利入洞。卷扬机将斜拉索牵引入洞进塔，直到锚头露出塔端锚垫板，此时旋紧螺母临时锚固。使用塔外吊篮将工作人员送到塔外，拆除塔吊吊钩以及索夹。塔端锚固完成后，拆除卷扬机牵引系统，桥面将预埋导管、垫板、螺旋筋摆放就位。将斜拉索、体系转换刚性拉杆连接，并穿过预埋导管。当刚性拉杆穿过张拉锚梁后，安装350t 千斤顶，对拉索进行预紧及一张，一张索力与工况以监控单位下达的一张指令为准。一张完成后，安装预埋导管劲性骨架，将预埋件位置固定。当混凝土底板浇筑完成（一般浇筑量为标准节段总浇筑量的一半）后，对拉索进行二张，二张索力与工况以监控单位下达的指令为准。标准节段混凝土全部浇筑后，张拉机具不拆除。节段混凝土达到强度后，可视为体系转换完成，拆除梁端体系转换装置，在塔端进行第三次张拉[1]。

1.3 斜拉索梁端挂设

在下锚头按照计算好的长度安装索夹，将索套管套入斜拉索的合适位置。利用汽车吊起吊，挂2 根吊带同时起吊，形成一个与下梁端预埋管角度一致的夹角。慢慢往锚箱内放，在放的过程中，用葫芦钩住索体以控制索体下放的角度，同时安装桥面5t 卷扬机循环系统，一直牵引至张拉杆到梁下挂篮下的千斤顶后面螺母戴帽。当梁端锚固到位后，根据斜拉索的长度及牵引力，1～5 号索塔端直接牵引盖帽，6～16 号索塔端进行硬牵引。硬牵引的长度及张拉杆按计算数据确定，只增加1 根短张拉杆时。当千斤顶张拉到能拆除哈佛螺母时，安装工作螺母，用连接套连接锚头和张拉杆按照监控单位的指令进行张拉。如果有2 根及以上短张拉杆时，利用千斤顶牵引将哈佛螺母拆除，再安装工作螺母，重复上述工艺，斜拉索挂设完毕。

1.4 斜拉索附属件安装

全桥索力调整结束后，开始安装斜拉索附件，主要包括塔端的上减震器、保护罩，梁端的下减震器、防水罩、保护罩。附件安装应遵循先塔后梁的原则。

1.5 防水罩安装

防水罩为厂家定型产品，防水罩上口处的密封橡胶圈与吊索PE 一起加工，出厂时套在拉索上。安装防水罩时，在防水罩上口处和下口处，定位固定好密封橡胶圈，填充9501B，涂抹不干性密封膏；定位安装不锈钢防水罩，将两半用螺栓连接成一个整体，防水罩四周均用密封胶密封。

1.6 外置阻尼器安装

外置阻尼器包含连接支架基座、连接支架、阻尼装置、索体夹具等。连接支架基座在钢梁制造时，焊接在上弦顶面相应的位置，连接支架、阻尼装置、索体夹具在钢梁及斜拉索安装完成之后进行。在钢梁运输及安装过程中，应在连接支架基座上方设置橡胶盖板，防止雨水进入。在阻尼器支架立柱安装前，应确保基座内部干燥。外置阻尼器安装步骤如下：将连接支架安装到连接支架基座上；技术人员在索体上放出索体夹具安装位置；在索体的相应位置安装索体夹具；安装阻尼装置，调试减震器[2]。

2 工程案例

以某工程为例，该工程采用塔梁墩固结体系，钢塔柱纵向呈双柱式，高59m，倾角75°。斜拉索采用中央双索面竖琴形布置，共设置20 对斜拉索，边中跨各10对，梁端通过锚箱锚固于梁上，塔上采用齿块锚固。斜拉索为φ7mm 高强度镀锌平行钢丝拉索，采用双层PE护套，护套表面挤塑双螺旋线抑制风雨振，其张拉端与固定端采用冷铸锚结构。斜拉索共有4 种规格，分别为PESC7-55、PESC7-73、PESC7-91、PESC7-109，最大索长为117.48m，重约3.15t[3]。

3 斜拉桥工程中的斜拉索施工技术施工策略

平行钢丝斜拉索的挂索施工主要通过牵引吊装设备，将两端索头分别穿过塔端及梁端的预埋管与锚垫板，到达锚固位置进行临时锚固，并且保证斜拉索两端锚具螺纹及索体外包PE 层不受损坏。施工的进度及质量直接影响整个桥梁建造，是一个十分重要的工序。

3.1 施工准备

挂索施工前，使用汽车吊将成品索盘吊运至桥面上，并按照挂索位置将斜拉索按顺序摆放，以方便之后挂索起吊工序，减少二次搬运。挂索施工的牵引吊装系统主要由卷扬机、滑轮、电动葫芦、手拉葫芦和汽车吊等组成。施工前，使用汽车吊将电动葫芦、手拉葫芦等运送至塔上，并在塔上焊接牢固的固定点，为牵引设备提供反力点。同时，将卷扬机焊接固定于桥面上，并在桥面上每根斜拉索预埋管的位置，焊接吊点并安装滑轮，配合卷扬机使用。在梁内焊接牢固的固定点，作为使用手拉葫芦的挂点[4]。

3.2 短索挂索施工

斜拉索挂索施工的重点是对牵引吊装设备的利用，因此斜拉索自重及长度不同，对应的挂索工序也有差别。该差别主要体现在，在塔端与梁端高差较大，索体较重，梁端牵引时的戴帽力差别很大。对于部分索体，其戴帽力可能已经超过桥面牵引系统的工作极限，因此对于不同位置及长度的索体有不同的挂索施工工艺。对于该工程中位于桥塔高程较小的斜拉索，长度及自重较小，梁端牵引设备正常工作荷载完全满足需求，施工较为简单。将锚具上的螺母拧下，将螺纹清理干净，保证螺母能够顺利拧进。在锚具内螺纹段安装变径套，变径套上连接吊环，作为上端挂索牵引时电动葫芦的吊点。在斜拉索索体上距锚具4～6m 的位置，安装抱箍作为起吊索体的吊点。具体安装位置要以挂索施工时，锚头牵引到位后，抱箍与预埋管不相互干涉为准。安装抱箍时，在抱箍与索体之间需加设橡胶护垫，防止抱箍在夹紧状态下对斜拉索PE 层产生破坏。使用汽车吊通过索体上的抱箍吊点，将索体起吊至塔端预埋管管口附近，同时操作人员在塔内将牵引绳穿过锚垫板与预埋管，然后与锚具端头的吊环连接，牵引绳的另一端与塔内电动葫芦连接。开启电动葫芦，将索头牵引进预埋管内。在牵引过程中，汽车吊需不断调整高度，同时操作人员手拉葫芦不断调整锚具在预埋管的位置及角度，以防止锚具外螺纹及索体PE 层被刮伤。将锚具部分牵引出锚垫板10cm 左右，拧紧螺母后，完成塔端斜拉索挂施工。使用汽车吊配合棉绳，将斜拉索在桥面展开，并将锚头吊至梁端预埋管位置。与塔端相同，在梁端锚具内螺纹拧进变径套，在变径套上安装吊环，作为下穿时牵引的吊点。与塔端相同，在斜拉索索体上，安装抱箍作为牵引吊点。与塔端不同的是，梁端主要靠卷扬机配合滑轮牵引。操作人员将牵引绳从预埋管内穿出，一端与锚具上安装的吊环连接，另一端与梁内手拉葫芦连接。使用卷扬机与滑轮作为牵引装置，梁内手拉葫芦配合牵引绳做导向装置，将斜拉索下穿入梁内，待锚具穿出锚垫板10cm 左右，拧上螺母，完成整个挂索施工[5]。

3.3 长索挂索施工

对于索长较长的斜拉索来说，斜拉索安装方式与短索相似，不同的是长索的塔端安装高程较大，索体自重较大。在梁端牵引时，牵引设备很难满足对牵引力的要求。目前，现场施工处理该问题的常用方法为，在将索头穿入塔端临时锚固之后，将锚具内安装的变径套及吊环换成张拉杆，再使用千斤顶将索头下放，通过张拉杆的接长，降低塔端锚头的临时锚固点，直至梁端所需牵引力在现场设备工作范围内。等到梁端挂索施工完成后，再通过千斤顶将索头拉至设计位置。对于该工程而言，塔端预留空间较小，能够容纳的设备及操作人员较少，因而这一工序常常需要耗费大量时间，正常施工方法无法满足工期要求。为加快施工进度，针对长索挂索施工，需将塔端安装先牵引就位后，再通过千斤顶对下放和提升工序不断优化。在长索塔端施工时，将原先安装在锚具上的变径套与吊环改成工程上常用的精轧螺纹钢及其连接器，并改装精轧螺纹钢的连接器，将其外径扩大并加工出与锚具内螺纹相匹配的外螺纹。直接通过对螺纹钢长度的控制，达到降低塔端锚头高度，减少梁端戴帽力的目的。确定螺纹钢长度之后，在螺纹钢另一端安装连接器，并在连接器端头安装吊耳作为吊点。之后塔端挂索施工，无须将锚头牵引至设计位置，只需将螺纹钢牵引至计算位置，再用两半式垫板将螺纹钢临时固定，接着采取梁端穿索。梁端穿索完成后，开展同一高程的另一根斜拉索的挂索施工，施工方法相同。待同一高程的2 根对称的斜拉索挂索施工完成后，在塔端2 根索锚固点的中心位置安装千斤顶。通过扁担梁将2 根索上的螺纹钢连接在一起，千斤顶作用于扁担梁上，同时提升2 根索，就位后安装螺母，完成长索挂索施工。优化工序后，不仅在塔端挂索时，将索头下放与拉升工作省去，而且将千斤顶提升工序从原先每根索1 次变成2 根索1 次，明显加快施工进度[6]，

3.4 斜拉索张拉及调索

斜拉索挂索施工完成后，根据监控指令对斜拉索实行多次调索张拉。张拉前，需对油表、千斤顶进行标定，并且保证施工过程中配套使用。张拉时，同号索同步、对称张拉，保证桥梁结构的稳定。张拉时，以索力控制为主，斜拉索伸长量为辅，及时与监控联系，根据现场情况，及时调整索力，直至达到设计线形[7]。

4 斜拉桥工程中的斜拉索施工技术应用

4.1 单跨桥梁

无论是桥面下拉索系统还是组合拉索系统都非常适合单跨桥梁。然而，两种系统之间存在一定的差异，对设计有很大的影响。由于组合斜拉桥的有效偏心量约等于跨中和支点处偏心量之和，因此，与桥面下斜拉桥相比，组合斜拉桥斜拉索所需的横截面面积约为桥面下斜拉桥的一半。然而，锚索数量需求导致同样数量的用钢量。此外，锚索所需的配重对结构每平方米的材料费用有显著影响[8]。

4.2 多跨桥梁

对于连续桥梁，只有组合（拉索）斜拉桥系统在车辆荷载下有较高的效率。虽然斜拉索受时间影响的损失较大，但桥面下斜拉索系统适用于实现跨径细分。桥面下拉索系统适用于跨径独立（简支）的多跨桥梁，在保证道路使用者舒适度的前提下，采用半连续板结构[9]。

4.3 不平衡跨径分布取消桥墩

桥面下（拉索）斜拉桥和组合（拉索）斜拉桥系统允许取消中跨桥墩。通过桥面下拉索布置和组合拉索布置，即便高架桥中存在一个特定的跨度是其他跨度的两倍，主梁仍可采用相同的特性（如梁高、混凝土强度、钢筋、钢材数量）。在这些情况下，跨度细分应优先考虑永久状态，其次是时间效应，尽管时间依赖效应造成的损失不可忽略。然而，主梁的高跨比不够小，斜拉索系统的效率还不够高。因此，在大跨度的桥梁中，由于车辆活荷载的作用，桥面的弯矩会增加一倍。相应设计策略应该是抵消车辆活荷载作用下弯矩增加，同时减小跨径细分后引起的恒态弯矩[10]。