斜拉橋索導(dǎo)管及鋼錨箱精準(zhǔn)定位施工技術(shù)

袁 鴻，袁 濤

（中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

洋塘大橋位于浙江省桐廬縣，主橋為獨塔雙索面混凝土主梁斜拉橋，橋梁總長度為607 m。索塔為內(nèi)傾式“H”形，橫橋向內(nèi)傾角度為1.62°，總高度為81.492 m，橋面以上索塔高度65 m，塔柱中心間距為23.8~28.648 m。

為了使斜拉索受力合理及準(zhǔn)確定位，并降低工程造價，采用上塔柱為內(nèi)置式鋼錨箱結(jié)構(gòu)與中塔柱為預(yù)應(yīng)力混凝土錨固結(jié)構(gòu)相結(jié)合的錨固體系。其中，由于塔柱為內(nèi)傾式，為避免拉索與導(dǎo)管口發(fā)生碰撞，對索導(dǎo)管的精準(zhǔn)定位十分重要。鋼錨箱與主塔之間依靠剪力釘連接，而鋼錨箱之間采用焊接連接，混凝土錨固段采用牛腿進行錨固。因主塔預(yù)埋鋼錨箱的制作工藝復(fù)雜，材料、精度要求高，鋼錨箱的加工拼裝是施工的難點。

1 索導(dǎo)管精準(zhǔn)定位技術(shù)

斜拉索是連接主塔和主梁的紐帶，而斜拉索導(dǎo)管是固定拉索的重要構(gòu)件。索導(dǎo)管若定位不精準(zhǔn)，會導(dǎo)致斜拉索和索導(dǎo)管管口發(fā)生摩擦，損壞拉索，直接影響工程質(zhì)量和減少斜拉索的使用年限[1]。在斜拉橋施工過程中，為防止錨固端的偏位，保證索導(dǎo)管和拉索位于同一設(shè)計平面內(nèi)，對錨固墊板中心和索導(dǎo)管中心的三維空間坐標(biāo)定位具有很高的精度要求[2]。索導(dǎo)管的定位精度控制包括2 個方面：一個是索導(dǎo)管軸線與設(shè)計斜拉索軸線的相對偏差，不能超過±5 mm；另一個是錨固點的空間位置三維坐標(biāo)偏差，不能超過±5 mm，且應(yīng)同向[3]。

1.1 索導(dǎo)管三維坐標(biāo)計算模型

索導(dǎo)管中軸線和設(shè)計拉索的相對定位精度直接影響索導(dǎo)管的定位精度，而索導(dǎo)管中軸線位置和設(shè)計拉索中軸線位置的相對偏差取決于索導(dǎo)管端口三維坐標(biāo)的精度。由此可知，索導(dǎo)管的精確定位主要由索導(dǎo)管端口的三維坐標(biāo)決定[4]。

索導(dǎo)管的三維坐標(biāo)可分為平面坐標(biāo)（x 和y 方向）和高程坐標(biāo)（z 方向）兩個部分。根據(jù)索導(dǎo)管的空間分布可知（圖1），梁上錨固點至塔柱上索導(dǎo)管頂點斜拉索長S 為

圖1 索導(dǎo)管空間示意圖

式中：x1，y1，z1為梁上錨固點三維坐標(biāo)設(shè)計值；x2，y2，z2為索導(dǎo)管頂點坐標(biāo)設(shè)計值。

因此，由圖1 可知，主塔處索導(dǎo)管中軸線出塔點坐標(biāo)為

式中：α 為索導(dǎo)管與橋面投影夾角；β 為索導(dǎo)管在橋面投影與縱橋向夾角；索導(dǎo)管梁上錨固點坐標(biāo)（x1，y1，z1）可由設(shè)計圖紙得出。

以索導(dǎo)管中軸線為基礎(chǔ)，根據(jù)實際錨固點和中軸線處出塔點的三維坐標(biāo)關(guān)系可知，在斜拉索中心線處，即索導(dǎo)管中軸線處，x 軸方向與z 軸方向斜率成線性變化。因此，可通過索導(dǎo)管中軸線任一點處高程推算出該點的三維坐標(biāo)。索導(dǎo)管任一點的定位數(shù)學(xué)模型可表示為

式中：kx、ky為乘常數(shù)；bx、by為加常數(shù)；zi為自變量，表示斜拉索中心線上某一點的實測高程；xi、yi分別是與zi相對應(yīng)的斜拉索中心線上某一點所對應(yīng)的x 和y 軸坐標(biāo)值。

因此，可通過式（5），在施工過程中，每隔一段距離通過測量高程，便可以計算出在該點高程下的理論坐標(biāo)，并與理論值進行對比，以確保索導(dǎo)管的精準(zhǔn)定位。

根據(jù)式（1）—式（6）計算出東塔柱上索導(dǎo)管中軸線的相對坐標(biāo)值見表1，結(jié)果顯示索導(dǎo)管定位滿足定位標(biāo)準(zhǔn)。

表1 東塔柱索導(dǎo)管C01-1 中軸線相對坐標(biāo)值m

1.2 索導(dǎo)管精密定位裝置

索導(dǎo)管精密定位裝置由索導(dǎo)管定位板和專用小棱鏡裝置組成。其中，索道管定位板有錨固定位板和出口定位板2 種。錨固點定位板是用于觀測錨固點中心位置的定位板，是一塊與索導(dǎo)管內(nèi)徑尺寸一樣的圓形蓋板，并在四周焊接對稱的4 塊鋼條，如圖2（a）所示。在蓋板中心有一個圓形沖眼，這個沖眼就是錨固點的中心。出口定位板是用于觀測塔壁索導(dǎo)管出口處中心位置，是一塊與索導(dǎo)管內(nèi)徑一致的半圓形蓋板。使用時將半圓形蓋板垂直并緊貼于索導(dǎo)管內(nèi)壁，則該半圓形蓋板的中心即為索導(dǎo)管的中軸線位置，如圖2（b）所示。

圖2 索導(dǎo)管定位板示意圖

1.3 主塔索導(dǎo)管定位安裝

首先需要確定塔柱內(nèi)的三維坐標(biāo)控制點，該控制點分為平面控制點和高程控制點。平面控制點可采用極坐標(biāo)法進行確定，高程控制點可采用幾何水準(zhǔn)法或三角高程法進行確定。

再將塔柱內(nèi)的基本控制點平移至平行于坐標(biāo)軸的豎直面內(nèi)，作為索導(dǎo)管及勁性骨架的平面定位控制點。在勁性骨架位置上焊角鐵，用水準(zhǔn)儀將高程控制點投影到角鐵上所為豎直方向的基準(zhǔn)面。根據(jù)索導(dǎo)管微調(diào)螺栓，如圖3 所示，以豎直基準(zhǔn)面和水平標(biāo)志點對索導(dǎo)管進行管口位置微調(diào)。

最后，再利用布設(shè)的測量控制網(wǎng)和高精度全站儀在定位好的勁性骨架上測放出索導(dǎo)管的中心線和控制面處的索導(dǎo)管下緣切點。根據(jù)中心線和下緣切點牢固焊接固定架立桿，安裝固定架橫桿和圓弧板。

1.4 主梁索導(dǎo)管定位安裝

由于主梁一直處于施工狀態(tài)，從預(yù)制到拼裝調(diào)索，索導(dǎo)管三維坐標(biāo)一直隨著主梁位置的變化而發(fā)生變化。因此，主梁索導(dǎo)管和主塔索導(dǎo)管的定位方法有很大區(qū)別。

索導(dǎo)管錨固點三維坐標(biāo)可根據(jù)索導(dǎo)管長度、錨墊板厚度、索導(dǎo)管與梁面高差夾角等相對位置關(guān)系計算得出。在主梁上定位出索導(dǎo)管錨固點三維理論坐標(biāo)值，并吊裝安放索導(dǎo)管。再采用逐漸趨近法移動索導(dǎo)管，根據(jù)全站儀實測出索導(dǎo)管控制點的三維坐標(biāo)，并計算出實測值與理論值偏差是否在允許范圍以內(nèi)。最后，用鋼卷尺對索導(dǎo)管與主梁模板等重要部位的相對位置尺寸進行反復(fù)測量，符合要求后采取焊接的方法牢固定位。由于主梁施工時的施工線形與設(shè)計成橋線形有一定的預(yù)抬量ΔZ，在平面位置保持原設(shè)計值不變的前提下，將主梁索導(dǎo)管在豎向方向上進行整體抬高ΔZ。通過嚴格控制索導(dǎo)管與主梁的相對位置，可有效地保證索導(dǎo)管預(yù)制主梁和斜拉索之間的關(guān)系，確保了斜拉索的線形和工程質(zhì)量。

2 鋼錨梁安裝技術(shù)

2.1 鋼錨梁制作

本項目上塔柱的為內(nèi)置式鋼錨箱結(jié)構(gòu)（拉索C09—C17）（圖4），其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4（a）所示。鋼錨箱采用Q345qC鋼材，側(cè)板厚35 mm。由于側(cè)板為主受力拉板，且厚度較厚，為防止層狀撕裂，要求不低于Z15的性能要求，鋼錨梁各截面尺寸如圖5所示。支撐板和承壓板直接傳遞索力結(jié)構(gòu)，根據(jù)索力的大小，支撐板與承壓板采用40 mm，端板厚度為30 mm；錨下墊板厚度采用80 mm。

圖4 鋼錨箱結(jié)構(gòu)圖

圖5 鋼錨箱立面圖

索塔錨固區(qū)部分順橋向預(yù)應(yīng)力通過ΦS15.2-12 鋼絞線施加，單端張拉，張拉端和固定端均采用低回縮量錨具，橫橋向采用JL32 精軋螺紋鋼。預(yù)應(yīng)力均為“一”字形，4 組布置形成“口”形環(huán)向束。鋼錨箱與混凝土塔之間依靠剪力釘連接，如圖4（b）所示，錨箱階段之間采用焊接連接。

2.2 鋼錨梁安裝

在牛腿的預(yù)埋鋼板上放出鋼錨梁橫橋向兩側(cè)邊線和兩端邊線[5]。安裝時，直接將鋼錨梁兩側(cè)對準(zhǔn)牛腿預(yù)埋鋼板上的放樣線即可。鋼錨梁安裝定位可按如下步驟。

1）用塔機吊裝鋼錨梁，上塔柱鋼錨梁采用塔機吊裝，吊裝盡量選擇風(fēng)速在10 m/s 以下的時段進行。每個節(jié)段上層鋼錨梁采用臨時支撐架支撐，鋼錨梁采用四點起吊，錨梁臨時吊點設(shè)置在錨箱順橋向兩側(cè)，吊索采用Φ19 鋼絲繩。

2）在主塔節(jié)段混凝土澆筑完成后，先定位下層鋼錨梁，再用卷揚機將上層鋼錨梁下放定位。在預(yù)埋鋼錨梁兩端底部埋件過程中，依靠定位后的模板系統(tǒng)形成單個塔柱的縱橫軸線，利用縱橫軸線分別對鋼錨梁底部鋼埋件的平面位置進行控制，埋件標(biāo)高控制主要依靠模板頂標(biāo)高進行控制。

3）利用索導(dǎo)管測量加工的定位板，測量出錨固點和出塔點的三維坐標(biāo)是否符合設(shè)計和規(guī)范要求，進行微調(diào)，滿足要求后固定。鋼錨箱安裝與節(jié)段混凝土施工異步進行，即若在安裝3—4 節(jié)段的鋼錨箱時，可澆筑第2—3 節(jié)段處的混凝土。鋼錨梁安裝采用塔機整體吊裝進行安裝。

4）主塔施工完畢后，對牛腿預(yù)埋板和鋼錨梁進行檢查測量，復(fù)測無誤后施焊固定。

3 結(jié)束語

在主塔的索塔施工時需預(yù)埋索導(dǎo)管，該索導(dǎo)管的精準(zhǔn)定位對拉索的施工具有重大影響。本項目采用三維坐標(biāo)一體化的方法，分別用全站儀在上下游塔柱內(nèi)建立三維坐標(biāo)系，再通過平移建立平行于坐標(biāo)軸的豎直面，利用空間的點和面的關(guān)系，調(diào)整索導(dǎo)管的管口三維坐標(biāo)到設(shè)計值。分別通過平面坐標(biāo)控制和高程控制，實現(xiàn)對索導(dǎo)管的三維坐標(biāo)控制。在上塔柱施工中，拉索采用內(nèi)置式預(yù)制鋼錨箱結(jié)構(gòu)。通過對鋼錨箱底部鋼埋件的平面和標(biāo)高控制，實現(xiàn)對鋼錨箱的精準(zhǔn)定位。由此可見，斜拉橋索塔施工階段對施工質(zhì)量要求非常高，需要通過不斷對施工方案進行優(yōu)化、明確技術(shù)工藝并做好現(xiàn)場質(zhì)量和安全管控等措施，才能保證斜拉橋斜拉索工程的施工效果。