矮塔斜拉橋單側(cè)雙向抗滑斜拉索鋼絞線輪胎式穿索施工技術(shù)

侯俊先 熊佳雯

摘要：文章針對(duì)矮塔斜拉橋斜拉索鋼絞線傳統(tǒng)安裝施工工藝存在的問(wèn)題，提出一種新的施工工藝——輪胎式穿索機(jī)安裝施工工藝，并以廣州增城區(qū)石灘大橋斜拉索鋼絞線安裝施工為例進(jìn)行具體實(shí)踐。結(jié)果表明，采用該工藝可以有效避免斜拉索鋼絞線打絞、HDPE護(hù)套管和鋼絞線PE層磨損嚴(yán)重等問(wèn)題，提高了安裝效率，為今后類似工程的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：矮塔斜拉橋；斜拉索鋼絞線；輪胎式穿索機(jī)；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U445.4；U448.27；TU997? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1674-0688（2023）03-0049-04

0 引言

矮塔斜拉橋又稱為“部分斜拉橋”，是介于連續(xù)梁橋和斜拉橋之間的一種新的橋梁結(jié)構(gòu)，橋梁荷載一部分由拉索承受，另一部分由主梁的受彎、受剪承受，兼有斜拉橋和連續(xù)梁橋的特點(diǎn)，具有施工方便、經(jīng)濟(jì)、造型美觀等優(yōu)點(diǎn)，常用于市政橋梁建設(shè)工程。傳統(tǒng)的矮塔斜拉橋斜拉索鋼絞線采用的是“循環(huán)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引安裝施工工藝”，此施工工藝使用鋼絲拽拉托板，托板再帶動(dòng)鋼絞線，實(shí)現(xiàn)鋼絞線的安裝。采用此施工工藝容易發(fā)生以下不良現(xiàn)象：正在安裝的鋼絞線容易纏繞在已安裝的鋼絞線上或穿插至已安裝的鋼絞線間隙中，牽引的鋼絲繩與固定的鋼絲纏繞在一起，這些現(xiàn)象在業(yè)界內(nèi)統(tǒng)稱為“打絞”。 打絞發(fā)生的前期和中期很難察覺(jué)，一般到了鋼絞線打絞的后期，即卷?yè)P(yáng)機(jī)拽拉不動(dòng)牽引鋼絲繩，或HDPE（高密度聚乙烯）護(hù)套管（以下簡(jiǎn)稱護(hù)套管）出現(xiàn)異常抖動(dòng)時(shí)才能察覺(jué)；而察覺(jué)時(shí)，牽引鋼絲繩、正在牽引的鋼絞線與已安裝的鋼絞線PE（聚乙烯）層、護(hù)套管已經(jīng)發(fā)生強(qiáng)烈作用，鋼絞線PE層和護(hù)套管已磨損嚴(yán)重。發(fā)生打絞現(xiàn)象時(shí)，拉索質(zhì)量受到很大的影響，而且處理起來(lái)非常棘手，一般需要倒退若干個(gè)操作步驟方可排除；嚴(yán)重時(shí)甚至需要將前面已經(jīng)安裝好的鋼絞線放張、拆除錨具的夾片，并將鋼絞線拆放至橋面后重新安裝，施工質(zhì)量和施工效率受到非常嚴(yán)重的影響。

本文針對(duì)“循環(huán)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引安裝施工工藝”存在的弊端，以廣州增城區(qū)石灘大橋（以下簡(jiǎn)稱“石灘大橋”）斜拉索鋼絞線安裝施工為例，設(shè)計(jì)并采用了一種新的鋼絞線安裝施工工藝——輪胎式穿索機(jī)安裝施工工藝，并詳細(xì)描述了該工藝的具體實(shí)施過(guò)程，旨在為今后類似工程提供良好的借鑒。

1 工程概況

1.1 主橋概況

石灘大橋位于廣州市增城區(qū)石灘鎮(zhèn)石灘公路橋上游約3.2 km處，跨越增江。石灘大橋主橋采用分幅雙塔三跨矮塔斜拉橋，主橋跨布置為（83+148+83）m，橋?qū)挒?×26.25 m。主塔為獨(dú)柱式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主塔高度為26.0 m［1］。大橋立面圖如圖1所示。

1.2 斜拉索鋼絞線概況

石灘大橋主橋?yàn)榘崩瓨颍崩鞑捎忙?5.2單絲涂覆環(huán)氧涂層預(yù)應(yīng)力鋼絞線斜拉索，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa，單根鋼絞線采用環(huán)氧噴涂工藝，單根PE層護(hù)套，斜拉索外層采用HPDE護(hù)套管。斜拉索規(guī)格有37-φ15.2、43-φ15.2和55-φ15.2，采用鋼絞線拉索群錨體系。鋼絞線的單側(cè)雙向抗滑裝置設(shè)置在塔端邊跨側(cè)，半幅橋斜拉索為雙面的雙排索，布置在主梁側(cè)分帶及中分帶處，斜拉索在塔上采用索鞍分絲管（以下簡(jiǎn)稱分絲管）錨固結(jié)構(gòu)。全橋共96根斜拉索，總重約為455.68 t［1］。斜拉索構(gòu)造圖如圖2所示。

2 斜拉索鋼絞線安裝工藝

斜拉索鋼絞線安裝的總體施工工藝流程如圖3所示。

2.1 分絲管的安裝

分絲管在廠內(nèi)加工后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝，安裝主要操作要點(diǎn)如下：①測(cè)量點(diǎn)一般設(shè)在分絲管兩端墊板外端面上方的中心，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙給定的參數(shù)計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)，并做好標(biāo)記。②分絲管吊運(yùn)至安裝位置后，用手拉葫蘆對(duì)其高程進(jìn)行微調(diào)，當(dāng)滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，再采用花籃螺栓調(diào)整其橫橋向位置。③利用勁性骨架、塔柱鋼筋等對(duì)分絲管進(jìn)行施焊固定，焊接部位一般設(shè)在分絲管兩端部的墊板上，注意不要在分絲管上施焊，以免焊透分絲管導(dǎo)致無(wú)法穿鋼絞線。

2.2 施工平臺(tái)的布設(shè)

（1）梁下施工平臺(tái)的布設(shè)。為方便斜拉索鋼絞線的安裝，在本項(xiàng)目中，在斜拉索的索導(dǎo)管端板約1 m的下方布設(shè)梁下作業(yè)平臺(tái)，梁下作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)在預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁處的翼緣桁架上。

（2）塔外施工平臺(tái)的布設(shè)。本項(xiàng)目中的塔外施工平臺(tái)采用盤扣式鋼管支架，立桿縱距在順橋向按0.9 m和1.0 m布設(shè)，在橫橋向按0.9 m和1.3 m布設(shè)，步距為1.1 m。為便于作業(yè)人員通行，在腳手架上設(shè)置掛扣式鋼梯。

2.3 鋼絞線下料

（1）加長(zhǎng)索（輔助索）下料長(zhǎng)度的計(jì)算。矮塔斜拉橋的鋼絞線安裝時(shí)，由于第一根安裝的鋼絞線要承擔(dān)護(hù)套管的重量，受垂度影響較大，需要附加一定的長(zhǎng)度。第一根安裝的鋼絞線一般設(shè)置為加長(zhǎng)索（輔助索），下料長(zhǎng)度計(jì)算公式如下：

L加=L0+2（L1+A1+A2+L3+L4）? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

公式（1）中，L0為兩側(cè)梁端墊板底面之間的中心線長(zhǎng)度或弧長(zhǎng)，即梁端錨點(diǎn)至塔端分絲管鞍座曲線終點(diǎn)間索長(zhǎng)+鞍座曲線段索長(zhǎng)；A1為錨板外露長(zhǎng)度；A2為錨固螺母厚度；L1為張拉端工作長(zhǎng)度，一般取1 800 mm；L3為加長(zhǎng)索（輔助索）附加的長(zhǎng)度，即承擔(dān)護(hù)套管重量時(shí)，由于垂直影響而增加的長(zhǎng)度，一般可由公式[w2S2（cosα）2]/[24T2]計(jì)算，w為單根鋼絞線的線密度與護(hù)套管的線密度之和在水平投影的重量，S為梁端錨點(diǎn)至塔端分絲管鞍座曲線終點(diǎn)的水平距離，α為梁端錨點(diǎn)至塔端分絲管鞍座曲線終點(diǎn)的連線與水平面的夾角，T為單根鋼絞線的拉力；L4為塔梁施工誤差的影響長(zhǎng)度（mm），一般取5～10 mm。

（2）標(biāo)準(zhǔn)索下料長(zhǎng)度的計(jì)算。除加長(zhǎng)索（輔助索）之外的其他鋼絞線稱為標(biāo)準(zhǔn)索，標(biāo)準(zhǔn)索一般不考慮護(hù)套管對(duì)其長(zhǎng)度的影響，標(biāo)準(zhǔn)索的下料計(jì)算公式如下［2］：

L標(biāo)=L0+2（L1+A1+A2+L4）? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

公式（2）中，L0為兩側(cè)梁端墊板底面之間的中心線或弧長(zhǎng)，即梁端錨點(diǎn)至塔端分絲管鞍座曲線終點(diǎn)間索長(zhǎng)+鞍座曲線段索長(zhǎng)；A1為錨板外露長(zhǎng)度；A2為錨固螺母厚度；L1為張拉端工作長(zhǎng)度，一般取1 800 mm；L4為塔梁施工誤差的影響長(zhǎng)度，一般取5～10 mm。

（3）鋼絞線PE層剝除長(zhǎng)度的計(jì)算。由于斜拉索鋼絞線外部包裹有PE層，其兩端與錨具的夾片連接時(shí)，需要?jiǎng)兂欢ǖ拈L(zhǎng)度，其剝除的計(jì)算公式如下：

L剝=L1+A3+A4-L5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

公式（3）中，L1為張拉端工作長(zhǎng)度，一般取1 800 mm；A3為錨板外露長(zhǎng)度；A4為密封筒長(zhǎng)度；L5為護(hù)套管進(jìn)入錨具內(nèi)的長(zhǎng)度。

（4）下料工藝和操作要點(diǎn)。①下料場(chǎng)地和設(shè)備。本項(xiàng)目的斜拉索鋼絞線在廠內(nèi)下料，下料場(chǎng)地根據(jù)最長(zhǎng)的加長(zhǎng)索（輔助索）的尺寸確定，其長(zhǎng)度方向?yàn)樽铋L(zhǎng)的加長(zhǎng)索（輔助索）的長(zhǎng)度+5 m，寬度為5 m。②下料順序。下料時(shí)遵循“先使用的先下料”的原則，即按鋼絞線的安裝順序（一般是先安裝短斜拉索的鋼絞線，再安裝長(zhǎng)斜拉索的鋼絞線）進(jìn)行下料并運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)。③標(biāo)記和存盤。每根鋼絞線應(yīng)做好標(biāo)記，在本項(xiàng)目中，標(biāo)記規(guī)則如下：13-M1表示13#A號(hào)塔，示S1/M1號(hào)拉索中跨側(cè)；14-S1表示14#B號(hào)塔，S1/M1號(hào)拉索邊跨側(cè)。鋼絞線存盤利用自動(dòng)存盤機(jī)進(jìn)行，輔助索應(yīng)最后進(jìn)行存盤，并處于索盤的最外圈。

2.4 護(hù)套管的焊接

2.4.1 護(hù)套管焊接長(zhǎng)度的計(jì)算

護(hù)套管焊接長(zhǎng)度計(jì)算公式如下：

L焊= L0-L6-A5- L7-L8 + L9+L10? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

公式（4）中，L0為兩側(cè)塔梁墊板間距；L6為梁端預(yù)埋管長(zhǎng)度及鋼墊板厚度之和；A5為梁端防水罩護(hù)套管限位長(zhǎng)度； L7為塔端連接裝置長(zhǎng)度；L8為塔端錨固筒長(zhǎng)度；L9為由于垂度影響導(dǎo)致護(hù)套管增加的長(zhǎng)度，可參考公式（1）中L3的計(jì)算方式；L10為護(hù)套管進(jìn)入塔端連接裝置長(zhǎng)度。

2.4.2 焊接工藝

市場(chǎng)上購(gòu)買的護(hù)套管每根長(zhǎng)度一般為8 m，而斜拉索的長(zhǎng)度一般不是8 m的整數(shù)倍，需要將若干根護(hù)套管焊接起來(lái)，從而得到所需要的長(zhǎng)度。焊接使用專用的焊接設(shè)備進(jìn)行，焊接工藝流程如圖4所示。

[焊接準(zhǔn)備][護(hù)套管端面刨平、預(yù)加熱][撤離加熱盤][加壓焊接、冷卻][護(hù)套管是否達(dá)到所需長(zhǎng)度][焊接結(jié)束][繼續(xù)焊接下一根護(hù)套管][是][否][圖4 護(hù)套管焊接工藝流程圖]

焊接操作要點(diǎn)如下：①護(hù)套管焊接時(shí)，需根據(jù)管材規(guī)格確定焊接參數(shù)。②對(duì)每種規(guī)格的護(hù)套管正式焊接之前進(jìn)行試焊，以確定焊接參數(shù)。③在焊接前將左右兩節(jié)護(hù)套管上的螺旋線對(duì)齊。

2.5 護(hù)套管的吊裝

護(hù)套管吊裝操作要點(diǎn)如下：①根據(jù)斜拉索的索號(hào)和安裝順序，將護(hù)套管擺放至橋面上對(duì)應(yīng)的位置，并在護(hù)套管下方放置托架輪或方木，防止護(hù)套管劃傷。②從護(hù)套管一端穿入加長(zhǎng)索（輔助索），在加長(zhǎng)索露出塔端護(hù)套管口至索鞍墊板20 cm 處做好標(biāo)記。③護(hù)套管吊至塔外時(shí)，將護(hù)套管固定在塔外，管口離索鞍墊板不小于80 cm。

2.6 鋼絞線單根安裝

首先，將輪胎式穿索機(jī)固定在斜拉索軸線的后方橋面，在索盤與預(yù)埋管口間做好鋪墊，預(yù)埋管口、防水罩口，做好索體保護(hù)措施。其次，確定鋼絞線的安裝順序，由于鋼絞線安裝有單側(cè)雙向抗滑鍵，其安裝具有順序性和方向性，安裝工藝較復(fù)雜，因此在鋼絞線下料時(shí)應(yīng)對(duì)每根鋼絞線的編號(hào)在頭尾部做好標(biāo)記。對(duì)整個(gè)橋梁的斜拉索鋼絞線安裝，按照左右對(duì)稱順序依次施工，施工順序先短索后長(zhǎng)索，斜拉索按索號(hào)依次施工。對(duì)于同一個(gè)索號(hào)的鋼絞線，為避免或減少鋼絞線安裝時(shí)打絞或者錯(cuò)孔，規(guī)定從上層往下層、從外側(cè)往內(nèi)側(cè)每根逐孔對(duì)應(yīng)施工；由于抗滑鍵的位置設(shè)置在邊跨處，因此穿索時(shí)從邊跨往中跨進(jìn)行，并且要注意鋼絞線的方向?yàn)橹锌缍俗黝^部、邊跨端作尾部。最后，進(jìn)行鋼絞線單根安裝，操作要點(diǎn)如下。

（1）鋼絞線安裝前，應(yīng)調(diào)整輪胎式穿索機(jī)中輪胎的間距，使輪胎與鋼絞線的摩擦力能滿足穿送要求。

（2）將單根鋼絞線頭部穿入輪胎式穿索機(jī)，啟動(dòng)輪胎式穿索機(jī)，將鋼絞線往前穿送，穿送的方向如下：邊跨的梁端→塔端分絲管→中跨的梁端（如圖5所示）。

（3）當(dāng)鋼絞線到達(dá)塔端時(shí)，要注意分絲管孔位與錨具孔位對(duì)應(yīng)，防止索體在分絲管口處刮傷PE層。

（4）當(dāng)鋼絞線從塔端沿護(hù)套管到達(dá)中跨的梁端時(shí)，將鋼絞線沿索導(dǎo)管穿過(guò)梁端的錨具，然后調(diào)整單根張拉所需的工作長(zhǎng)度，使兩端長(zhǎng)度差控制在10 cm以內(nèi)。

2.7 鋼絞線單根張拉和索力調(diào)整

2.7.1 鋼絞線單根張拉

鋼絞線單根張拉的操作要點(diǎn)如下。

（1）安裝單根張拉支座。單根張拉支座主要由立柱和蜂窩板（頂板）組成，將支座組裝完成之后，立柱端置于錨板上，蜂窩板（頂板）在后端。

（2）安裝張拉力傳感器。張拉力傳感器的讀數(shù)是后續(xù)等值張拉法的重要依據(jù)，需要安裝在受垂度影響小、又不影響鋼絞線安裝的地方，一般安裝在第2排第2根，安裝順序?yàn)閭鞲衅髦ё鷤鞲畜w→單孔工具錨→工具夾片，其中傳感體通過(guò)導(dǎo)線與顯示儀相聯(lián)，壓力變化值從顯示儀中讀取。

（3）將斜拉索鋼絞線張拉至初始張拉力，張拉力按施工圖紙或由駐場(chǎng)的監(jiān)控單位給定。當(dāng)油泵的油表讀數(shù)為5 MPa時(shí)，測(cè)量初始伸長(zhǎng)值；當(dāng)油泵油表讀數(shù)達(dá)到初始張拉力的要求時(shí)，敲緊傳感器后的工具夾片，復(fù)核顯示儀讀數(shù)并作好記錄。最后一根鋼絞線張拉完成后，再對(duì)傳感器索安裝之前的鋼絞線進(jìn)行補(bǔ)拉。

2.7.2 鋼絞線單根索力調(diào)整

鋼絞線單根索力根據(jù)等值張拉法原理進(jìn)行調(diào)整：在斜拉索張拉端的某一根鋼絞線上安裝張拉力傳感器，并將此根鋼絞線張拉到一定拉力后再?gòu)埨诙摻g線，由于結(jié)構(gòu)變形或溫度變化的影響，張拉的第一根鋼絞線的拉力有所變化并反饋到與傳感器連接的顯示儀上；根據(jù)顯示儀上變化的張拉力來(lái)調(diào)整第二根張拉的張拉力，使第二根張拉的鋼絞線的索力與第一根的相同，然后錨固。后續(xù)張拉的鋼絞線，也根據(jù)顯示儀上張拉力的變化值來(lái)控制其索力，使每根鋼絞線的索力都與第一根張拉的鋼絞線相同［3］。其原理如圖6所示。

鋼絞線單根索力調(diào)整的操作要點(diǎn)如下。

（1）單根鋼絞線索力調(diào)整過(guò)程中，若出現(xiàn)異?；蛴捅米x數(shù)相差較大的情況，應(yīng)立即停止張拉并排除異常。

（2）由于鋼絞線是緊貼塔端分絲管安裝的，后期鋼絞線張拉過(guò)程中，當(dāng)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)鋼絞線兩端的張拉力不相等時(shí)，鋼絞線上的抗滑鍵就有脫離塔端分絲管墊板的可能。要解決此問(wèn)題，可以采用“對(duì)稱時(shí)間差的張拉工藝”（如圖7所示），以控制油壓最后的5 MPa進(jìn)行調(diào)整，具體操作步驟如下：①當(dāng)中跨和邊跨的張拉油壓達(dá)到σ0時(shí)（σ0+5 MPa=σcon，σcon為控制的油壓值），邊跨先暫停張拉，中跨繼續(xù)張拉至σ0+2 MPa（時(shí)間持續(xù)5～10 s），暫停；②邊跨張拉至σ0+2 MPa，暫停；③中跨張拉至σ0+4 MPa，暫停；④邊跨張拉至σ0+4 MPa，暫停；⑤中跨張拉至σ0+5 MPa，暫停；⑥邊跨張拉至σ0+5 MPa。

（3）張拉單根鋼絞線至控制的張拉力時(shí)，安裝工作夾片并適當(dāng)打緊，記錄與張拉力傳感器連接的顯示儀的數(shù)值，用以指導(dǎo)下一根鋼絞線的索力調(diào)整。

（4）鋼絞線張拉時(shí)，油泵要平穩(wěn)向千斤頂給油，達(dá)到控制油壓后，需要保壓1 min，如果油壓下降，則需補(bǔ)拉。

2.8 附屬部件的安裝與斜拉索防護(hù)

斜拉索鋼絞線單根索力調(diào)整完成后，可進(jìn)行抗滑插片、錨固筒、減振器、索箍等斜拉索附屬部件的安裝。安裝抗滑插片時(shí)，應(yīng)逐片依次由上至下插入鋼絞線間隙之間，安裝時(shí)需確保抗滑插片的方向正確；塔端錨固筒安裝完成后，即可依次進(jìn)行減振器、索箍及連接裝置的安裝，在安裝過(guò)程中要注意減振器處索體之間的密封。斜拉索安裝、索力調(diào)整完成之后，按設(shè)計(jì)要求對(duì)斜拉索進(jìn)行防護(hù)，本項(xiàng)目采取的防護(hù)措施是將錨具外露的鋼絞線涂抹油性蠟。

3 結(jié)論

本工程采用的輪胎式穿索機(jī)新施工工藝雖然受到鋼鉸線自身剛度的限制，只適用于160 m以下的鋼絞線安裝，但是能滿足絕大部分矮塔斜拉橋的鋼絞線安裝。該施工工藝安裝拉索鋼絞線時(shí)，基本不發(fā)生打絞現(xiàn)象，安裝效率高、施工質(zhì)量好，能顯著節(jié)約人工成本，為矮塔斜拉橋鋼絞線的安裝提供技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、安全可靠的新施工工藝，也為后續(xù)類似工程的施工提供良好的借鑒。

4 參考文獻(xiàn)

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