雙索面貫通式斜拉索調(diào)索施工方法及控制技術(shù)研究

鈕彥鑫 （中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

斜拉橋最大的特點(diǎn)是通過斜拉橋索力的調(diào)整來控制施工過程中和成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形，斜拉索的主動(dòng)調(diào)索表面上是改變斜拉索的索力，而本質(zhì)上是改變了斜拉索的無應(yīng)力長(zhǎng)度[1]。平行鋼絞線斜拉索索力誤差主要有整索的索力誤差和單根鋼絞線之間的離散誤差，對(duì)于雙索面貫通式密索體斜拉橋結(jié)構(gòu)，為確保調(diào)索精度，首先應(yīng)保證單根鋼絞線對(duì)稱同步張拉，且橫橋向相同編號(hào)的同一對(duì)斜拉索同步整體張拉，且抗滑鍵就位于分絲管口后，要預(yù)防抗滑鍵在張拉調(diào)索過程中再次發(fā)生偏移影響索體受力。所以張拉調(diào)索過程是對(duì)索力精度的有效保證，現(xiàn)場(chǎng)控制尤為關(guān)鍵。

2 技術(shù)原理及特點(diǎn)

2.1 技術(shù)原理

利用監(jiān)控單位提供的每根斜拉索總索力控制參數(shù)和單根張拉的鋼絞線拉力逐漸減小的一種非線性關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)開發(fā)的等值張拉法[2]，計(jì)算出每一根斜拉索中各單根鋼絞線的拉力值。再通過液壓千斤頂檢驗(yàn)報(bào)告的校驗(yàn)方程換算出現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)油表控制讀數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)張拉過程中，控制張拉順序，由順橋向主塔兩側(cè)同一根鋼絞線對(duì)稱張拉，橫橋向兩索面同一對(duì)鋼絞線同步張拉，調(diào)索過程中需要四臺(tái)千斤頂，前一組2根鋼絞線張拉完成后方可進(jìn)行下一組斜拉索張拉施工。調(diào)索過程通過監(jiān)控單位監(jiān)測(cè)并下達(dá)到指令文件分階段進(jìn)行，可優(yōu)化調(diào)整成橋后的線形和內(nèi)力狀態(tài)。初次調(diào)索在脫架前進(jìn)行，脫架后由監(jiān)控單位監(jiān)測(cè)并下達(dá)指令進(jìn)行二次微調(diào)。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

基于單根等值法張拉，單根張拉施工工藝比大噸位千斤頂整體張拉施工工藝更方便，同時(shí)能達(dá)到群錨錨固的效果，成橋后的線形和內(nèi)力狀態(tài)優(yōu)于一次張拉法。

現(xiàn)場(chǎng)確保橫橋向相同編號(hào)的一對(duì)斜拉索單根對(duì)稱張拉，同步整體張拉，確保在一根斜拉索中，單根張拉后各鋼絞線的離散索力誤差不超過理論值的±2%，整體張拉完成后各鋼絞線的離散索力誤差不超過理論值的±1%，斜拉索索力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的偏差不宜大于5%[3]。并保證在每根鋼絞線對(duì)稱張拉的前提下，抗滑鍵在斜拉索張拉過程中不發(fā)生偏移。施工流程簡(jiǎn)單，但突出了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)張拉過程及順序的控制的重要性，對(duì)斜拉索張拉施工分階段監(jiān)測(cè)并調(diào)整索力，保證單次索力調(diào)整精確，避免多次調(diào)索。

3 施工流程

單幅橋調(diào)索分兩次進(jìn)行，初次調(diào)索后拆除滿堂支架，脫架后上橋面二期恒載，鋪裝完成后進(jìn)行第2次調(diào)索。由于斜拉索掛索初張力不高，初次調(diào)索不用考慮放張降低索力，第2次調(diào)索時(shí)需對(duì)高于設(shè)計(jì)索力的斜拉索進(jìn)行放張以降低索力。

貫通式斜拉索索力單次張拉調(diào)整的關(guān)鍵工藝流程見圖1。

其中現(xiàn)場(chǎng)控制同步張拉，前一組2根鋼絞線張拉完成后方可進(jìn)行下一組，關(guān)鍵工藝流程見圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)控制同步張拉的關(guān)鍵工藝流程圖

4 控制要點(diǎn)

4.1 儀器設(shè)備校驗(yàn)

提前對(duì)千斤頂、油表進(jìn)行校正、檢驗(yàn)和標(biāo)定。張拉用的千斤頂與壓力表應(yīng)配套標(biāo)定、使用，標(biāo)定應(yīng)在經(jīng)國家授權(quán)的法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行，并注意需重新標(biāo)定的情況[3]。

4.2 張拉前現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作

確保油泵移動(dòng)通道暢通無阻，保證調(diào)索過程中主梁不增加相關(guān)恒載和堆放臨時(shí)荷載，以免造成主梁受力不利和影響索力的控制。確保梁下張拉操作平臺(tái)搭設(shè)就位，穩(wěn)定安全，移動(dòng)方便?，F(xiàn)場(chǎng)核查確認(rèn)油頂和油表編號(hào)配套使用。

4.3 計(jì)算張拉油表控制參數(shù)

首先根據(jù)監(jiān)控單位通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和建模計(jì)算提供的監(jiān)控指令文件得出每根斜拉索總索力控制參數(shù)。而后利用OVM公司提供的單根張拉索力逐漸減小的等值張拉法將總索力控制參數(shù)進(jìn)行處理，計(jì)算出每一根斜拉索中各單根鋼絞線的拉力值。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)的各位置油頂編號(hào)，通過相應(yīng)油頂檢驗(yàn)報(bào)告上的校驗(yàn)方程，將相應(yīng)位置的單根鋼絞線的拉力值換算成油表控制讀數(shù)[4]。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)控制同步張拉

4.4.1 裝頂

梁下操作平臺(tái)工人進(jìn)行裝頂，確認(rèn)可以張拉后，通過對(duì)講機(jī)告知相應(yīng)梁上油泵操作手及旁站技術(shù)人員。由于張拉過程要做到四點(diǎn)同步，每一組2根同編號(hào)的鋼絞線由旁站技術(shù)人員確定四個(gè)位置都裝頂完畢，方可進(jìn)行下一步。

4.4.2 同步張拉

順橋向主塔兩側(cè)同一根鋼絞線需對(duì)稱張拉，橫橋向兩索面同一對(duì)鋼絞線需同步張拉，考慮到貫通式斜拉索單側(cè)抗滑鍵就位于分絲管口后在張拉過程中不發(fā)生偏移的問題，由主塔抗滑鍵對(duì)側(cè)的一對(duì)鋼絞線先行同步啟動(dòng)，主塔抗滑鍵同側(cè)的一對(duì)鋼絞線后行同步啟動(dòng)。張拉示意圖見圖3。

圖3 張拉示意圖

①由主塔抗滑鍵對(duì)側(cè)一對(duì)鋼絞線同時(shí)啟動(dòng)油泵進(jìn)行張拉，油泵操作時(shí)需緩慢、勻速加壓，嚴(yán)禁超壓或快速加壓。當(dāng)油表指針達(dá)到油表控制讀數(shù)時(shí)，油泵操作手反復(fù)關(guān)閉和開啟進(jìn)油閥，緩慢進(jìn)油直至油表指針穩(wěn)定在油表控制讀數(shù)上為止，關(guān)閉進(jìn)油閥進(jìn)行保壓。

②當(dāng)主塔抗滑鍵對(duì)側(cè)一對(duì)鋼絞線都進(jìn)入保壓階段并互相確認(rèn)后，繼續(xù)保壓，并立即分別同時(shí)通過對(duì)講機(jī)通知順橋向?qū)?cè)油泵操作手啟動(dòng)油泵進(jìn)行對(duì)稱張拉。

③主塔抗滑鍵同側(cè)一對(duì)鋼絞線油泵操作手接到對(duì)側(cè)對(duì)講機(jī)通知后，同時(shí)啟動(dòng)油泵進(jìn)行張拉，都進(jìn)入保壓階段并相互確認(rèn)后，立即分別同時(shí)通過對(duì)講機(jī)告知順橋向?qū)?cè)油泵操作手，四點(diǎn)同步進(jìn)行保壓一分鐘。

4.4.3 卸壓、回油

四點(diǎn)同時(shí)保壓1分鐘后，卸壓要緩慢均衡，避免斜拉索回彈、滑絲，待工作夾片穩(wěn)定、完全回縮進(jìn)錨孔，壓力表慢慢回至零位后，方可進(jìn)行回油。

4.4.4 換頂

待卸壓、回油后，梁下平臺(tái)操作手將液壓千斤頂卸下，并對(duì)下一根鋼絞線進(jìn)行裝頂，裝頂就位后通過對(duì)講機(jī)告知梁面油泵操作手，待四個(gè)位置全部裝頂就緒并相互確認(rèn)后，方可進(jìn)行下一組四根鋼絞線的同步張拉。

4.5 監(jiān)控單位監(jiān)測(cè)并調(diào)整索力

斜拉索調(diào)索過程與監(jiān)控單位協(xié)調(diào)配合分階段進(jìn)行，每完成一個(gè)階段，中間空出一天時(shí)間留于由監(jiān)控單位用索力儀對(duì)已調(diào)整過的索力進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)塔頂位移和橋面線性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，綜合分析計(jì)算后對(duì)后續(xù)待調(diào)整斜拉索總索力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。若監(jiān)控單位對(duì)后續(xù)待調(diào)整斜拉索發(fā)出調(diào)整后的監(jiān)控指令文件，應(yīng)根據(jù)新的監(jiān)控指令文件計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)油表控制讀數(shù)。

根據(jù)監(jiān)控單位下達(dá)的指令文件，分階段多次優(yōu)化調(diào)索張拉索力，目的是使施工階段索力較為合理，竣工后索力也基本達(dá)到期望值，成橋后的線形和內(nèi)力狀態(tài)優(yōu)于一次張拉法，避免多次調(diào)索，顯著縮短調(diào)索施工總工期。

4.6 脫架成橋后二次調(diào)整索力

脫架成橋后，根據(jù)監(jiān)控單位監(jiān)測(cè)計(jì)算后下達(dá)的監(jiān)控指令，進(jìn)行第2次調(diào)索。

對(duì)索力不夠的斜拉索進(jìn)行補(bǔ)拉，工藝流程和操作要點(diǎn)與初次調(diào)索相同。

對(duì)于索力高于設(shè)計(jì)值的斜拉索則需要通過放張來將索力降低至設(shè)計(jì)值。工藝流程如下：

①梁下操作平臺(tái)裝頂時(shí)，在液壓千斤頂前使用特制帶缺口的梅花頭與錨墊板接觸；

②由抗滑鍵對(duì)側(cè)先行啟動(dòng)，進(jìn)油，對(duì)稱同步張拉至上次張拉索力值，將工作夾片從錨孔拉出至梅花頭限位槽中，并通過對(duì)講機(jī)告知抗滑鍵同側(cè)跟進(jìn)相同操作；

③在梅花頭限位槽缺口處將露出的半片工作夾片暫時(shí)挑出；

④由抗滑鍵同側(cè)先行啟動(dòng)，緩慢回油，直至索力降低至設(shè)計(jì)索力值，并通過對(duì)講機(jī)告知抗滑鍵對(duì)側(cè)跟進(jìn)相同操作，放張示意圖如圖4；

圖4 放張示意圖

⑤將工作夾片裝入，并敲緊至錨孔，卸壓，回油。

5 勞動(dòng)力組織及設(shè)備

工作需要配備的勞動(dòng)組織見表1。

勞動(dòng)力組織表 表1

調(diào)索施工用主要施工機(jī)具設(shè)備見表2。

主要機(jī)具設(shè)備表 表2

6 質(zhì)量保證措施

①調(diào)索施工應(yīng)選擇一天中溫度較低，溫差較小的時(shí)刻，夏季可選擇在溫度穩(wěn)定的夜間。6級(jí)風(fēng)以上停止作業(yè)，避免風(fēng)力較大影響張拉效果，增加應(yīng)力損失。

②液壓千斤頂、油泵、油表應(yīng)進(jìn)行配套校驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)核查張拉油表及油頂配套使用，為施工設(shè)備的張拉機(jī)具，其能力應(yīng)大于最大拉索所需要的張拉力。

③張拉順序應(yīng)按索塔的順橋向同一根鋼絞線兩端對(duì)稱張拉，橫橋向兩側(cè)同編號(hào)的一對(duì)鋼絞線同步進(jìn)行張拉。

④同一根鋼絞線對(duì)稱張拉時(shí)，由抗滑鍵對(duì)側(cè)端先行啟動(dòng)張拉，保證抗滑鍵就位。

⑤調(diào)索過程中，主梁和橋面不得增加相關(guān)恒載和堆放臨時(shí)荷載，以免影響索力控制。

⑥安排技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督旁站，指導(dǎo)張拉作業(yè)，及時(shí)向監(jiān)控單位反饋相關(guān)問題。

⑦調(diào)索過程中分階段由監(jiān)控單位對(duì)索力，索塔頂位移，和橋面線性進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，對(duì)后待續(xù)張拉索力進(jìn)行調(diào)整，如若已調(diào)索力與設(shè)計(jì)值偏差過大，則重新進(jìn)行補(bǔ)拉。

7 應(yīng)用實(shí)例

鄭州鄭東新區(qū)北三環(huán)跨東運(yùn)河矮塔斜拉橋，為雙幅獨(dú)塔雙索面不對(duì)稱斜拉橋結(jié)構(gòu)，斜拉索貫通索塔不對(duì)稱。主跨112m，邊跨80m，左右幅反對(duì)稱布置。主塔塔身內(nèi)設(shè)置斜拉索轉(zhuǎn)向鞍，斜拉索通過轉(zhuǎn)向鞍將力傳至塔身，轉(zhuǎn)向鞍采用分絲管形式。斜拉索上設(shè)有單側(cè)雙向抗滑裝置，自上而下間隔布置在索塔分絲管兩側(cè)。斜拉索采用扇形雙索面結(jié)構(gòu)，每個(gè)索面布置16對(duì)斜拉索，橫橋向?qū)ΨQ布置在索區(qū)。斜拉索錨固于主梁下放齒塊?？紤]到貫通式斜拉索單側(cè)雙向抗滑裝置的問題，與監(jiān)控單位溝通配合，從現(xiàn)場(chǎng)控制出發(fā)，開發(fā)并運(yùn)用了此施工方法，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

該項(xiàng)目左幅橋歷時(shí)5天，右幅橋歷時(shí)7天初次調(diào)索順利完成，脫架后分別對(duì)斜拉索進(jìn)行2次微調(diào)，各歷時(shí)3天，由監(jiān)控單位檢測(cè)索力與設(shè)計(jì)值誤差均在±5%之內(nèi)，橋面線形和內(nèi)力狀態(tài)等各項(xiàng)指標(biāo)符合要求，得到了設(shè)計(jì)單位及業(yè)主的好評(píng)。

8 總結(jié)分析

本施工技術(shù)注重現(xiàn)場(chǎng)控制和與監(jiān)控單位的配合，全程控制張拉，階段性監(jiān)測(cè)調(diào)整，脫架前初調(diào)，成橋后微調(diào)，兩次調(diào)索到位，索力精確，抗滑鍵均未發(fā)生偏移。

與一次張拉法相比，索力調(diào)整精確，施工難度降低。本工法在斜拉索掛索初張力的基礎(chǔ)上調(diào)整索力，成橋后的線形和內(nèi)力狀態(tài)優(yōu)于一次張拉法，且無需像一次張拉法一樣考慮主梁施工時(shí)彎矩過大，承受能力不足和主梁一次達(dá)到的變位幅值過大和橋面標(biāo)高與理論值誤差難以控制的問題。大大降低施工難度，且索力及橋面線形調(diào)整精確易控制。

與多次張拉法相比，避免多次調(diào)索，縮短施工周期。上海南浦、徐浦等大橋，都由設(shè)計(jì)單位逐次下達(dá)指令文件多次調(diào)索，單索重復(fù)張拉六、七次之多，復(fù)雜費(fèi)時(shí)。本施工方法由現(xiàn)場(chǎng)旁站技術(shù)人員全程指導(dǎo)同步張拉作業(yè)，控制張拉順序，并監(jiān)督張拉油表讀數(shù)，做到“一人一表”。張拉分階段進(jìn)行，每階段完成后，監(jiān)控單位迅速對(duì)每階段索力及橋面線形進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析并對(duì)后續(xù)待張拉索力做出及時(shí)調(diào)整，使得單次調(diào)索的索力更為精準(zhǔn)，橋面線形符合要求。避免了多次調(diào)索，雖然單次調(diào)索的時(shí)間有所增加，但顯著縮短了調(diào)索的總施工工期。