矮塔斜拉桥拉索设计及施工关键技术研究

盛维礼

（中铁十二局集团第一工程有限公司）

斜拉桥广泛应用于大跨度桥梁建设中，而斜拉索是桥塔与主梁连接的纽带，同时也是桥体最重要的受力部分，拉索安装质量对桥梁安全性能具有重要影响[1-3]。为充分体现斜拉索的工程应用价值，设计施工阶段须重视每一道工序，切忌盲从经验论，施工人员应严格按照设计要求规范施工。本文结合淮河特大桥(124+248+124)m 矮塔斜拉桥施工案例，详细介绍斜拉索的设计、施工整套工艺流程，为类似桥梁建设提供参考。

1 工程概况

淮河特大桥(124+248+124)m 矮塔斜拉桥是淮-宿-蚌城际铁路跨淮河重难点控制工程，铁路设计时速350 km/h，双车道设计(轨道中心距5m)，通航标准Ⅱ级，通航净宽220m、净高10m。

该桥起讫桩号DK156+431.58～156+929.08，全长497.5m，小里程侧梁缝0.3m，大里程梁缝0.25m。采用塔梁固结体系，主塔最高47.1m，主墩桥墩高27.5m、28m，采用CRTSI 型双块式无砟轨道混凝土结构，悬臂法浇筑。斜拉桥立面布置如图1所示。

图1 矮塔斜拉桥立面布置图

2 斜拉索设计

该桥斜拉索采用新型预应力材料（环氧喷涂高强钢绞线），单根直径15.2mm，标准抗拉强度为1860MPa，采用可调换索式锚具，热挤压HDPE 管护套，表面设有双螺旋线，斜拉索构造如图2所示。

图2 斜拉索构造截面图

全桥采用三种规格的斜拉索，即AT-61(8 根)、AT-73(24 根)、AT-91(8 根)，共40 束，最大长度228.576m，最大重量23.302t，斜拉索塔、梁均采用张拉端锚具。

如图3 所示，锚固端、索体、自由段、抗滑锚固装置及索鞍等构成了斜拉索整体。

图3 斜拉索整体构造

⑴锚固端

如图4 所示，其主要由锚板、螺母、密封筒组成，同时设有密封和防松装置，以及最外层的保护罩，其中锚板、螺母是主要加工构件，也是结构主要受力构件。

图4 锚固端内部构造

⑵索体

由预埋管、锚垫板和减振器组成。其中，预埋管和锚垫板在结构体系中起支撑作用，垫板下方设排水槽以便临时排水；采用可调节式减振器，可有效抑制索体的横向振动，提高索体寿命。

⑶自由段

主要由环氧涂层高强钢绞线(受力单元)、HDPE 套管、梁端的防水罩和防护钢管、钢质索箍等共同构成。其中，HDPE 套管规格为Φ240mm×10mm，专用焊机对焊，以防护钢绞线；防水罩安装在HDPE 套管和预埋管之间；防护钢管安设在桥面2.5m 以上，防止拉索和HDPE 套管局部遭人为破坏；钢质索箍用于紧索后拉索整体连接。

⑷抗滑锚固装置

装置由减振器、锚固管和钢质索箍共同构成，采用单侧双向抗滑技术，如图5 所示。此处减振器亦用于抑制索体横向振动；锚固管用于支撑减振器，位于索鞍垫板上；钢质索箍则对索体的几何形状进行强制定型。

图5 单侧双向抗滑原理

⑸索鞍段

其内部构造如图6 所示，设有锁紧压环、抗滑插片、抗滑键以及多根分丝管，该段埋设于索塔内部，后期穿索时钢绞线由分丝管通到另一侧。

图6 索鞍段内部构造

3 斜拉索施工关键技术

斜拉索安装分4 个主塔进行，按照两个T 构轮换交错穿索施工，同岸两主塔钢绞线张拉数量差值维持在5根以内，从短到长依次安装，施工流程如图7所示。

图7 斜拉索施工流程

3.1 施工平台

由于施工平台贯穿拉索施工全过程，必须坚实可靠，其主要由塔顶支架和梁底平台组成。

⑴塔顶支架：根据安装工艺，主塔封顶前装好预埋件，封顶后在塔顶安设支架，支架由双拼20 槽钢及双拼10槽钢组成。

⑵梁底平台：梁下张拉作业平台根据挂篮结构，与后支点挂篮连接。平台底部用钢板焊接，并设50cm 高脚踢板，四周密目网围挡，防止工具等高处坠落。

3.2 HDPE管焊接

由于HDPE 套管是按照标准规格生产的，所以挂索前通常采用专用焊机将预处理后的HDPE 管进行焊接成指定长度，焊接所需参数如表1所示。

表1 HDPE管及其焊接参数

HDPE管预处理及焊接时应注意：

⑴刨削套管端面的压力要均衡，刨花连续成圈且厚度一致方可退刀，刨削后调整夹具使管口连接处外圆高差不超过1mm；

⑵加热时尽量保持加热温度和压力恒定、时间精确；

⑶取加热板和活塞推进需在加热结束后的5s 内完成，对接时压力和时间要精准把控，翻转焊缝的高度不超过6mm；

⑷冬季焊接需采取保温措施确保温度在20℃左右，冷却时需将接头降温至环境温度方可外露；

⑸计算HDPE 管长度时需考虑操作空间和热胀冷缩效应的影响。

3.3 张拉端锚具及支座安装

将清洗后的锚板按注浆孔向下、排气孔向上进行固定，严格保持垫板排孔圆心连线与垫板中心线一致且在同一竖直平面内，误差不超5mm；此外，横跨的锚板孔与分丝管口也要相互对齐。

将挡块均匀焊接在与预埋口对应的预埋管壁位置，放入调整导管，然后将张拉底座吊装至锚固端锚具底部，最后用螺栓将张拉底座与锚固板连接。

3.4 斜拉索预制及安装

3.4.1 钢绞线下料

计算钢绞线长度时，需考虑塔端HDPE 管的剥皮长度和位置，标识并复核后在工厂直接下料，以免护套污染或磨损，预制好的钢绞线卷索成盘，运至桥面合适位置以待挂索。

3.4.2 钢绞线剥皮及清洁

钢绞线剥皮范围为鞍座拉索前后2 个锚固装置和下方2 个梁端密封处，剥皮长度既要满足砂浆填充需求，又要小于塔端锚固装置的长度；鞍座分丝管钢绞线无需剥离。钢绞线清洗时需将其端头打散，清洗后进行防污处理。

3.4.3 切丝和墩头

将打散并清洗后的钢绞线两端平齐切除外圈6 丝（12cm 左右），用专业镦头器将余下中心丝镦成半圆形镦头，以便牵引。

3.5 HDPE套管吊装

吊装前，组装并固定好梁端的防水罩和防护钢管、塔端的连接装置和锚固筒后，将两端装好专用索箍和橡胶垫板的HDPE 套管垂直起吊至桥塔顶端两侧并固定在塔外。

3.6 挂索顺序及单根挂索

本桥索束分为61 根（9 排）、73 根（11 排）、91 根钢绞线（11 排），顺桥向左幅塔从左到右、顺桥向右幅塔从右到左，自上而下逐排挂索，单根挂索施工流程如图8。

图8 单根挂索施工流程

挂索前，先将牵引绳依次穿过梁底锚固端的锚板孔和预埋管口上端，与穿索器连接，然后整体穿过预埋管和锚具，去下穿索器，安装临时夹片。在桥面上，从钢绞线盘内圈抽出其中一端，通过人工或钢丝绳牵引的方式，将短束和长束从边跨位置依次穿过防松装置、抗滑锚具和索鞍，然后与中跨预埋管口处的牵引绳相接，穿过中跨锚具并张拉至工作所需长度，接着按照同样方法完成边跨钢绞线的张拉。

3.7 单根张拉

完成挂索后，去除索束抗滑段的HDPE 护套层，洗去油脂，安装抗滑装置，流程如图9所示。

图9 抗滑装置安装流程

为使索中钢绞线的应力满足设计要求，要求索力均匀性的离散误差不超过理论值的3%，横桥向相同编号拉索索力差值不超过整体索力理论值的1%，整体索力误差不超过理论值的2%[4]。针对此，本工程采用等张拉力法控制，单根拉索张拉过程如下：

⑴在张拉端安装临时夹片和千斤顶，钢绞线相应位置设置基点；

⑵测量固定端张拉应力为15%时的钢绞线伸长值；

⑶按照3MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa 分级对称张拉，每穿一根张拉一根，最后同步张拉到位；

⑷最后一级张拉时反复进行，直至压力表达到稳定的设计值。

挂索时，应控制各拉索点挂索速度，确保同一节段梁上下侧对称索束的总索力差在允许范围内；人工安装的夹片的外露量要一致，缝隙、高度必须满足索力均匀性的要求。

3.8 紧索及索力调整

张拉完成后，立即进行梁端紧索，采用专业紧索器将索束收紧至设计断面（空隙用假索进行填充），然后将减振器放置于校正管中，在成束索体对应位置垫上环衬，安装钢质索箍并收紧螺栓，促使在夹层中的减振器与索体外侧和护管壁内侧充分接触。

紧索完成后，对主梁标高和索力进行测量，若发现误差较大，要及时分析原因，科学调整索力，调索过程中做好桥塔和主梁的受力、变形监测工作，并充分考虑成桥二次荷载和线型。

3.9 零部件安装

索力调整完成后，锚头梁端预留一定长度钢绞线以安装防松装置，并将多余钢绞线切除，拧紧索紧螺母。然后，将塔端防护构件（如锚固管、减振器、索箍和连接装置等）按顺序依次安装，安装时注意构件之间的密封处理。

3.10 防护

作为斜拉桥结构体系中关键组成部分，斜拉索的健康状态关乎桥梁服役的安全及寿命[5]，必须按照相关技术标准进行后期防护[6]。例如，在锚具密封筒内灌注聚氨酯防腐剂，锚固装置内灌注环氧砂浆，保护罩内涂抹防腐油脂，施工时及时清理表面外露保护罩、防水罩和锚固装置，并作同等防腐措施等。

4 结语

淮河特大桥矮塔斜拉桥是淮-宿蚌-城际铁路跨越淮河的重点推进项目，于2022 年10 月开工建设，计划2025 年建成运营，对完善安徽铁路区域网，促进皖北城市群与合肥都市圈各方面交流，带动沿线城市经济和文化发展具有重要意义。本文对淮河特大桥矮塔斜拉桥拉索的总体设计和施工关键技术进行了详细论述及分析，通过现场施工效果验证，该斜拉索设计及施工技术合理可靠、安全高效。