懸索橋主纜索股制造技術(shù)探討

王永勝，石藝歌

(中鐵大橋(鄭州)纜索有限公司，河南 鄭州 450044)

1 引 言

懸索橋主纜曲線柔美，梁塔幾何構(gòu)圖剛勁，其優(yōu)雅的形態(tài)素有“橋梁皇后”之稱。主纜索股制造是將包含有標準絲和標志絲的一定數(shù)量的鋼絲，使其通過配列集束成為正六邊形排列，再經(jīng)過成型機壓密、纏帶和纏絲并轉(zhuǎn)移標志點，最后卷纜成盤[1]。索股制造關(guān)鍵工序包括：索股長度控制、集束成型、熱鑄錨灌注、索股成盤等。目前懸索橋建設(shè)中，主纜索股多采用工廠化預制，極大地提高了項目實施的效率，同時也對索長精度、集束預整形、成盤運輸?shù)忍岢隽烁叩募夹g(shù)要求[2]。

2 索股制造技術(shù)

2.1 索股長度控制

斜拉索索長相對索股而言較短，如目前世界上跨度最大的公鐵兩用斜拉橋滬通長江大橋(主跨1 092 m)，單根斜拉索最大長度576.2 m。斜拉索在出廠前，每根成品拉索要進行超張拉檢驗，經(jīng)過超張拉檢驗后的成品拉索，卸載或加載至20%的超張拉力時測量拉索長度，然后再換算成零應(yīng)力時的拉索長度，以此檢驗斜拉索索長。懸索橋由于主跨大，主纜索股長度長，如武漢楊泗港長江大橋(主跨1 700 m)，單根索股長度為2 860 m，無法直接檢驗索股長度。

索股生產(chǎn)過程中，鋼絲在放絲機上經(jīng)牽引集束后，將標準絲上標記點轉(zhuǎn)移至索股上，標準絲是保證索股制作精度的關(guān)鍵，是控制索股長度的基準。采用室內(nèi)分段基線法制作標準絲，制作時需要進行彈性修正、溫度修正、垂度修正[3]。標準絲基線臺座由資質(zhì)單位測量標定，要求測長精度在1/30 000以上[4]，標準絲制作要求測長精度在1/15 000以上。

標準絲制作時一端放絲、一端收卷，制作后如何檢驗一直是個技術(shù)難題。有制索廠家提出在索股外層放置多根標準絲，將標準絲上首個標記點對齊，索股制作后根據(jù)不同標準絲最后一個標記點相對長度來校核檢驗。該方法存在問題為，如果最后一個標記點相對長度經(jīng)核算超出標準絲測長精度，則無法確定以哪根標準絲為準進行索股長度控制。

經(jīng)研究，我司提出標準絲制作“分段制作、總長復核”方法，增加了標準絲長度復核工序。具體方法為：標準絲測長是從錨杯標記點到散索鞍標記點、從散索鞍標記點到邊跨跨中、從邊跨跨中到主索鞍標記點、從主索鞍標記點到主跨跨中等，根據(jù)各個標記點間長度利用基準臺座分段測長、一段一段累積制作的?？傞L復核的時候，不考慮中間段標記點，只復核標準絲錨杯標記點間長度，測長精度精度要求大于1/20 000，方可判定標準絲制作合格。該項措施將索股長度由事中、事后控制變更為事前控制，確保索長準確無誤。

主跨跨中兩側(cè)長度對稱的索股，無需考慮索股架設(shè)牽引方向。主跨跨中兩側(cè)長度不對稱的索股，需提前考慮索股架設(shè)牽引方向，確保標準絲和索股方向性一致。

2.2 集束參數(shù)優(yōu)化

《懸索橋預制主纜索股技術(shù)條件》(JT/T395—1999)標準要求，為保持索股架設(shè)施工時的截面形狀，沿索股長度方向每隔1.5m纏繞定型綁扎帶。主纜索股一般采用φ5 mm系列的高強鋼絲預制，每股91絲或127絲[5]，按1.5 m間距定型綁扎帶制作索股，截面形狀可以保持良好。

2012年承接的莊河市建設(shè)大街東橋索股規(guī)格為169絲，2018年承接的武漢楊泗港長江大橋索股鋼絲直徑6.2 mm，試制時發(fā)現(xiàn)成盤后索股定型綁扎帶斷帶較多，索股截面形狀保持較差。研究分析發(fā)現(xiàn)，索股規(guī)格加大、鋼絲數(shù)量增多及直徑加大，同樣間距的定型綁扎帶成盤后承受更大的鋼絲發(fā)散應(yīng)力。通過試制試驗，對索股集束參數(shù)進行了優(yōu)化調(diào)整。

(1)定型綁扎帶纏包要有合理的張緊力。張緊力偏小纏包不緊密，索股鋼絲容易出現(xiàn)錯位。張緊力偏大，成盤后定型綁扎帶易斷裂。

(2)調(diào)整定型綁扎帶間距為1.8 m。通過加大定型綁扎帶間距，有效釋放索股鋼絲成盤應(yīng)力，提高索股成盤質(zhì)量。

根據(jù)多個懸索橋項目索股制造實踐，定型綁扎帶間距宜設(shè)置在1.5～2.0 m，具體間距長度應(yīng)結(jié)合索股規(guī)格、鋼絲直徑及成盤內(nèi)徑進行綜合考量。

2.3 粘接固定預整型

索股在工廠由若干高強鋼絲組成橫截面為正六邊形的集束，然后運至懸索橋項目現(xiàn)場進行架設(shè)安裝。懸索橋荷載通過主纜及索鞍傳遞到橋塔，為增加主纜和索鞍之間的接觸面積，使索股截面形狀和索鞍鞍槽形狀貼合，需要將索鞍鞍槽段索股的截面形狀由正六邊形整型為矩形。

索股整型為矩形并入鞍的過程為“整型入鞍”，目前整型入鞍有兩種方式：一種方式為在項目現(xiàn)場實施索股整型作業(yè)，由于現(xiàn)場條件有限，高空作業(yè)造成操作相對困難；第二種方式為索股制作時進行預整型，即根據(jù)索鞍在索股長度中的位置，在工廠內(nèi)提前將該段索股截面形狀由正六邊形整型為矩形。

預整型索股要經(jīng)過卷纜、制錨等工序，如果矩形段索股僅靠綁扎帶綁扎，索股鋼絲極易錯位、跳絲，因此需要采取強制約束固定措施才能保持索股矩形形狀。目前多采用夾箍或定位箍強制約束的固定方法，夾箍或定位箍采用3 mm左右厚度的不銹鋼鋼板沖壓成型，一套由兩半組成，卡在矩形索股外側(cè)來固定索股形狀。但是在索股架設(shè)安裝時，由于索鞍鞍槽和矩形索股之間間隙僅1 mm左右，索股無法整體直接入鞍，需將夾箍或定位箍去除后索股才能進入鞍槽，去除夾箍或定位箍后索股又難以保持矩形，還需再次進行索股形狀調(diào)整和維護，降低了索股入鞍的效率，也制約了預整型主纜單元索股的推廣使用。

經(jīng)研究提出一種粘接固定預整形方法，采用常溫固化高性能粘接劑環(huán)向涂抹在索股外層鋼絲，然后綁扎帶定型綁扎，粘接劑固化后與索股外層鋼絲形成保持索股矩形形狀的約束部件(見圖1和圖2)。高性能粘接劑涂抹厚度以填平外層鋼絲間隙為準,不增加索股外形尺寸，索股架設(shè)安裝時可以整體直接入鞍，加快工程施工進度[6]。

圖1 127絲索股整型前示意圖

圖2 127絲索股整型后示意圖

2.4 索股張力恒定成盤

傳統(tǒng)成盤放索采用索股垂直卷纜成盤，在放索過程中，索股易在索盤上產(chǎn)生“呼啦圈”問題，影響索股架設(shè)質(zhì)量和施工效率。近些年來，索股采用水平成盤方式制索，結(jié)合放索機給索盤提供相應(yīng)的反張力，保證放索速度和牽引速度一致，有效解決了“呼啦圈”問題，提高了主纜索股架設(shè)的質(zhì)量和工效[7,8]。

索股水平成盤需要對索股施加張緊力，以確保索股卷纜排列緊密。傳統(tǒng)索股成盤通過索股懸垂一段長度，利用索股懸垂段自重施加張緊力，索股成盤密實度約75%。索股水平成盤機采用力矩電機和PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)索股在動態(tài)運行中承受最佳張力，且自始至終保持不變，索股成盤密實度可提升至85%，索股成盤緊密，既解決了“呼啦圈”問題，又提高了索盤的有效卷纜長度。

2.5 組合式索盤

索股制造時一邊制作一邊卷纜成盤，制錨時需將卷纜后的索股首尾各釋放出來6～7 m長度，進行錨具組裝、鋅銅合金灌注及頂壓檢驗，然后再將索股首尾6～7 m長度卷纜，以便運輸。為滿足索股制造工藝，傳統(tǒng)索盤由三部分組成：用于承重的底盤、用于盤卷的圓環(huán)筒、用于首端釋放段索股盤卷的頂盤，三者之間焊接連接形成整體結(jié)構(gòu)。

組合式索盤將圓環(huán)筒調(diào)整為圓周均布的立柱，底盤、立柱及頂盤均螺栓連接，方便拆卸(見圖3)。根據(jù)不同項目索股長度，僅調(diào)整立柱高度，滿足不同項目的成盤需求，提高了底盤和頂盤的重復使用率。索股在施工現(xiàn)場架設(shè)后，空索盤返回運輸時，將栓接式立柱構(gòu)件拆卸，碼垛整齊打包運輸，單車運輸能力從四套整體式索盤提升到三十套組合式索盤，有效提高了運輸效率，具有良好經(jīng)濟效益。

圖3 組合式索盤示意圖

3 結(jié) 語

主纜索股作為預制化的橋梁結(jié)構(gòu)，是加快施工速度、減少現(xiàn)場污染、實現(xiàn)低碳化建設(shè)的有效手段。結(jié)合懸索橋項目，通過標準絲長度復核、集束參數(shù)優(yōu)化、粘接固定預整型、索股張力恒定成盤等措施，索股制造實施效果良好，可作為類似項目的參考。