長沙湘江三汊磯大橋主孔自錨式懸索橋施工

肖國慶

1 工程概況

湘江三汊磯大橋由西岸邊孔8×65 m跨預應力混凝土頂推連續(xù)箱梁+主孔(70+132+328+132+70)m自錨式懸索橋+東岸邊孔5×65 m預應力混凝土頂推連續(xù)箱梁組成，大橋全長1 577 m。主孔主塔11號、12號墩基礎(chǔ)為φ 2.4 m鉆孔樁基礎(chǔ)，每墩共18根，上下游各9根，樁基均為嵌巖樁基礎(chǔ)，樁頂設(shè)承臺，承臺為上下游獨立圓形承臺，厚5 m，直徑17 m，承臺頂設(shè)置4 m高橫系梁，主塔設(shè)計為花瓶形，塔柱為變截面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上下游塔柱之間設(shè)置兩道橫梁，塔高自承臺起算至避雷針頂高度分別為119.685 m和 118.379 m。主孔邊跨 9號、10號、13號、14號墩下部結(jié)構(gòu)為雙樁雙柱式結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)每墩為兩根3.5 m大直徑鉆孔樁基礎(chǔ)，樁基均為嵌巖樁基礎(chǔ)，樁基頂面接直徑3.2 m的圓柱形墩身，上接蓋梁。主孔上部結(jié)構(gòu)采用雙塔雙索面自錨式懸索橋，懸索橋加勁梁采用鋼箱梁，為扁平閉口流線形單箱5室結(jié)構(gòu)，橋軸線處箱梁凈高3.6 m，橋面做成2.0%的雙向橫坡，箱梁全寬35.0 m。全橋共設(shè)兩根主纜，主纜中心距為25 m，每根主纜由37股預制平行鋼絲索股組成。

2 主孔自錨式懸索橋施工流程

2.1 基礎(chǔ)施工

樁基施工根據(jù)不同的地質(zhì)情況和河床水深采用不同的成孔方法，除12號墩位于龍洲島因覆蓋層較厚采用筑搗后鉆孔的施工方法外，其余樁基均位于主河槽中，覆蓋層較薄，采用墩位下沉雙壁鋼圍堰封底進行人工挖孔或沖擊鉆孔的方法，施工過程中除11號墩下游9根樁和13號、14號墩采用人工挖孔外，9號、10號墩以及11號墩上游側(cè)9根樁人工挖孔采用了鉆孔樁成孔完成。直徑3.5 m樁基采用沖擊正循環(huán)泥漿護壁鉆孔成孔，配置高性能配方的泥漿，同時換漿采用泥漿分離器，既保證了成孔質(zhì)量，又保證灌注水下混凝土的質(zhì)量。

2.2 塔柱施工

塔柱采用北京卓良模板公司生產(chǎn)的液壓自爬模施工，施工標準節(jié)段高度為4.5 m，模板高度為4.6 m。由于下塔柱向外側(cè)傾斜，在下塔柱設(shè)置3道拉桿，拉桿使用鋼絞線，以抵消下塔柱外傾產(chǎn)生的附加拉應力。必須對上塔柱施工節(jié)段施加平衡頂推力。下橫梁采用在橫系梁上設(shè)鋼管立柱，柱頂分配梁上用貝雷梁搭設(shè)橫梁施工承重支架進行現(xiàn)澆施工。上橫梁施工采用在塔柱上預埋牛腿，在牛腿上搭設(shè)貝雷梁支架作為橫梁施工的承重支架，進行橫梁混凝土現(xiàn)澆施工。

2.3 鋼箱梁頂推施工

2.3.1 鋼箱梁頂推布置

鋼箱梁全長732 m，共分81個節(jié)段，最大吊裝重量220 t，鋼梁頂推平臺(包括9號墩頂蓋梁)考慮存放3節(jié)12 m長鋼箱梁節(jié)段，順橋向長度36 m(自9號墩中心線算起)，橫橋向?qū)挾?6 m。頂推臨時墩共設(shè)置6個，鋼箱梁頂推跨度最小48 m，最大為77 m(根據(jù)主航道通航凈空要求確定)。

龍門吊機提升站設(shè)計施工:鋼梁提升龍門吊機按最大設(shè)計吊重量220 t設(shè)計，采用雙吊點，鋼箱梁在內(nèi)側(cè)腹板位置起吊，雙吊點之間距離按22.8 m設(shè)計，龍門吊機凈跨39 m，立柱和橫梁均采用貝雷梁拼裝。

滑道布置:鋼箱梁頂推橫橋向采用兩條滑道，滑道橫向距離22.8 m，支承于鋼箱梁的內(nèi)側(cè)腹板下方?；篱L度根據(jù)各支點受力情況確定，主墩和臨時墩分別為4 m和5 m，頂推平臺上設(shè)置了1 m和1.5 m兩種滑道，滑道寬度按0.6 m計。

鋼導梁設(shè)置:頂推鋼導梁設(shè)計長度為48 m。導梁采用箱形斷面設(shè)計，導梁與鋼箱梁端部及導梁節(jié)段之間均采用螺栓連接，其中底板螺栓受拉，采用高強螺栓，其他部位螺栓為普通螺栓，按受剪控制設(shè)計。

2.3.2 鋼箱梁頂推系統(tǒng)設(shè)置

頂推滑道及滑板:鋼箱梁頂推采用δ=12 mm的MGE型滑板，滑板寬度按50 cm制作，這種滑板具有承載力高，摩阻力小的特點，為減小頂推過程中摩阻力，在滑板與不銹鋼板之間涂硅脂，滑道在臨時墩及頂推平臺上為一鋼板焊接而成的滑道梁，上貼δ=3 mm不銹鋼板。

頂推牽引系統(tǒng):鋼箱梁頂推采用多點頂推拖拉，即在每個主墩和臨時墩上均設(shè)置千斤頂拖拉鋼梁向前移動，頂推時需在鋼梁底部焊接臨時反力座。頂推千斤頂采用ZLD100自動連續(xù)頂推泵站系統(tǒng)，每墩兩個千斤頂共一臺油泵。頂推拖拉桿采用6根φ 15.24 mm鋼絞線。

2.4 纜索系統(tǒng)安裝

2.4.1 主、散索鞍的安裝

主索鞍分鞍體和下底座板，先安裝下底座板定位后，再吊裝鞍體(分成兩部分)，實際最大吊裝重量約15.5 t。采取輔助吊裝方法(在塔頂拼裝起重鋼支架)。主索鞍在吊裝時按設(shè)計設(shè)有預偏量，并在成橋過程中根據(jù)監(jiān)控值分階段逐漸頂推到最終設(shè)計位置。

本橋散索鞍位于箱梁頂面，相當于索箍，在主纜安裝完成后再安裝，為保證主纜安裝過程中索股的定位，在散索鞍位置靠主塔一側(cè)設(shè)一主纜定位架，定位架先固定于鋼箱梁上。

2.4.2 牽引系統(tǒng)的安裝

主纜拽拉牽引系統(tǒng)采用單線往復式牽引系統(tǒng)，牽引系統(tǒng)的牽引索兩端分別卷入主、副卷揚機，一端用于卷繩進行牽引，另一端用于放繩，兩臺驅(qū)動裝置聯(lián)動，使牽引索作往復運動。在上下游各架設(shè)一組相互獨立的承重索道，承重索上安裝3 t開口滑車作跑馬滑車，滑車下懸掛手拉葫蘆吊掛錨頭，與牽引系統(tǒng)共同持股牽引。同時可用于索夾、吊桿的安裝、緊纜以及小型機具、料具的吊運等。

2.4.3 貓道架設(shè)施工

貓道由貓道承重索、扶手索、貓道面層、抗風制振索、錨固體系、調(diào)整裝置等組成。貓道承重索為8-φ 20鋼絲繩，兩端頭采用承重梨形環(huán)和夾頭與錨固件連接。承重索繩頭通過連接座和φ 32預應力粗鋼筋與錨梁連接，錨梁通過拉桿和塔頂?shù)醵B接，構(gòu)成復合調(diào)節(jié)裝置，下錨采用直接銷接結(jié)構(gòu)。

2.4.4 主纜架設(shè)施工

首先利用錨后25 t汽車吊將索股盤安裝在放索架上，并拉出索股前錨頭，將牽引鋼絲繩與索股錨頭連接并預緊，用手拉葫蘆將錨頭與承重索上的滑車連接牢固，啟動牽引系統(tǒng)緩慢放索。

通過牽引索攜持主纜索股，自放索場出發(fā)向另一側(cè)行進，前錨頭牽引到達前端橫梁錨管口，解除錨頭與承重索上的手拉葫蘆的連接，檢查整根索股的扭轉(zhuǎn)情況，從前端錨頭開始往后端錨頭方向用人工將索股扭正。

牽引索股，使前錨頭緩慢進入錨管并穿出錨口，直至后錨頭到達端橫梁，用設(shè)置在后錨面的20 kN卷揚機牽引后端錨頭進入錨管并穿出錨口，錨具同時穿入錨管。

2.4.5 索夾安裝

索夾安裝順序:中跨是從跨中向塔頂方向進行，邊跨是從散索鞍位置向塔頂進行。索夾安裝采用多個作業(yè)面，安裝階段螺栓分兩次進行，安裝組將索夾就位后，精調(diào)索夾位置，采用扳手對螺栓進行緊固，軸力導入由張拉組進行。

2.4.6 吊索的安裝

施工中采用汽吊或塔吊將吊索運至安裝位置，從索夾處放下吊繩，利用塔頂卷揚機垂直起吊吊索，直至下錨頭吊離主梁錨管口，將其引入錨管，下放錨頭穿出梁底墊板，然后擰上錨固螺母。利用倒鏈葫蘆輔助上提到位，對準銷孔后，安裝銷軸及擋板。

2.4.7 緊纜、主纜纏絲防護

主纜擠緊分預緊纜和正式緊纜作業(yè)，是將已按設(shè)計要求排列順當?shù)纳罡邚婁摻z束，經(jīng)人工初整圓后，用緊纜機向心擠緊，達到設(shè)計要求的直徑，緊纜時先從塔頂向跨中擠緊，再從塔頂向錨碇擠緊。橋面鋪裝完成后，清除主纜表面的泥濘和殘留雜物后，涂上防腐油膏，并在油膏固化前進行纏絲，纏絲施工順序:先中跨、后邊跨、從低往高分別從跨中向塔頂和從錨碇向塔頂纏絲。

2.5 體系轉(zhuǎn)換

三汊磯大橋體系轉(zhuǎn)換的方法是通過將中跨箱梁起頂一定高度后保證吊桿在無應力狀態(tài)下安裝到位，然后再落梁，逐步使吊桿受力完成懸索橋的體系轉(zhuǎn)換。

鋼箱梁頂推施工時按照成橋線形標高頂推安裝就位，按設(shè)計意圖，主纜安裝后安裝吊桿前需將主跨328 m跨中鋼箱梁起頂高為1.5 m，才能將吊桿安裝就位，吊桿安裝完成后，再通過逐步落梁至設(shè)計標高使吊桿和主纜逐步承受鋼箱梁荷載，完成自錨式懸索橋的體系轉(zhuǎn)換。中跨鋼箱梁的起頂和下落均通過主跨內(nèi)4個臨時墩支點滑道的升高和降落來達到目的。

3 新工藝、新技術(shù)應用情況

1)直徑3.5 m樁基大部分采用了沖擊鉆機一次沖擊成孔，同時在鉆孔泥漿凈化處理時采用泥漿分離器進行凈化泥漿，既保證了工程進度，又保證了工程質(zhì)量，同時為大直徑樁基采用沖擊鉆機成孔提供了施工經(jīng)驗。2)主孔鋼箱梁節(jié)段吊裝采用預應力體系龍門吊機，具有跨度大、起重量大、自重輕的特點。龍門吊機采用貝雷架作為主要材料，橫梁設(shè)置預應力系統(tǒng)，增加了橫梁的抗彎剛度，也減輕了自重及棧橋上荷載。3)自錨式懸索橋在本工程加勁鋼箱梁的安裝采用了頂推施工，取得了成功，驗證了豎圓曲線上鋼箱梁采用一端頂推的可行性，為在豎曲線上箱梁的頂推施工提供了寶貴的經(jīng)驗。

4 結(jié)語

湘江三汊磯大橋經(jīng)過不到兩年時間的施工建成通車，在施工中通過大膽創(chuàng)新，優(yōu)化方案，克服了施工難度大、自然條件的影響等不利因素，安全、優(yōu)質(zhì)、快速的完成了建橋任務。在湘江上創(chuàng)造了建橋的奇跡，為長沙市又增添了一道亮麗的風景。

[1] 徐 松.基于影響矩陣法對自錨式懸索橋吊索力的確定[J].山西建筑，2008，34(23):314-315.