斜拉橋工程中的斜拉索施工技術(shù)研究

晏澍瑞、江建龍

（江西省交通投資集團有限責(zé)任公司九江管理中心，江西九江 332000）

0 引言

斜拉索施工技術(shù)在橋梁工程施工中有重要意義，主要內(nèi)容包含斜拉索運輸、備料、掛索、張拉、調(diào)索、防護，及施工的質(zhì)量、進度、安全、環(huán)保等各方面。所以，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)深入分析其特點，結(jié)合實際情況，應(yīng)用合理的方式優(yōu)化斜拉索施工技術(shù)，保障橋梁工程順利實施。

1 斜拉橋工程中的斜拉索施工技術(shù)分析

1.1 施工方案

斜拉索安裝施工主要包括運輸裝卸、橋面展索、塔端安裝并臨時錨固、梁端預(yù)埋件及轉(zhuǎn)換裝置安裝、梁端斜拉索與前支點掛籃牽引錨固、梁端預(yù)緊、梁端一張、梁端二張、梁端轉(zhuǎn)換裝置拆除、塔端三張、塔端索力調(diào)整及附屬設(shè)施安裝等工序。根據(jù)索重和梁端牽引索力，斜拉索在橋面的搬運、起吊等由塔吊與汽車吊進行；塔內(nèi)的牽引錨固由5t 卷揚機配合塔吊進行；橋面牽引由10t 卷揚機進行；當(dāng)牽引力大的時候，采用千斤頂進行。

1.2 斜拉索安裝

斜拉索盤擺放在橋面合適的位置；在塔頂，5t 卷揚機鋼絲繩通過對應(yīng)索號的索導(dǎo)管落到橋面，并與斜拉索索錨頭連接；塔吊吊鉤鉤住安裝在索體合適位置的索夾上；在塔吊起鉤過程中，卷揚機隨機收緊鋼絲繩。在塔吊將斜拉索起吊過程中，通過吊鉤自旋轉(zhuǎn)釋放索盤內(nèi)力，達到展索的目的，同時卷揚機持續(xù)收緊鋼絲繩，將斜拉索上端緩慢拉入導(dǎo)管，其間調(diào)整塔吊吊鉤上下，控制拉索順利入洞。卷揚機將斜拉索牽引入洞進塔，直到錨頭露出塔端錨墊板，此時旋緊螺母臨時錨固。使用塔外吊籃將工作人員送到塔外，拆除塔吊吊鉤以及索夾。塔端錨固完成后，拆除卷揚機牽引系統(tǒng)，橋面將預(yù)埋導(dǎo)管、墊板、螺旋筋擺放就位。將斜拉索、體系轉(zhuǎn)換剛性拉桿連接，并穿過預(yù)埋導(dǎo)管。當(dāng)剛性拉桿穿過張拉錨梁后，安裝350t 千斤頂，對拉索進行預(yù)緊及一張，一張索力與工況以監(jiān)控單位下達的一張指令為準(zhǔn)。一張完成后，安裝預(yù)埋導(dǎo)管勁性骨架，將預(yù)埋件位置固定。當(dāng)混凝土底板澆筑完成（一般澆筑量為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段總澆筑量的一半）后，對拉索進行二張，二張索力與工況以監(jiān)控單位下達的指令為準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段混凝土全部澆筑后，張拉機具不拆除。節(jié)段混凝土達到強度后，可視為體系轉(zhuǎn)換完成，拆除梁端體系轉(zhuǎn)換裝置，在塔端進行第三次張拉[1]。

1.3 斜拉索梁端掛設(shè)

在下錨頭按照計算好的長度安裝索夾，將索套管套入斜拉索的合適位置。利用汽車吊起吊，掛2 根吊帶同時起吊，形成一個與下梁端預(yù)埋管角度一致的夾角。慢慢往錨箱內(nèi)放，在放的過程中，用葫蘆鉤住索體以控制索體下放的角度，同時安裝橋面5t 卷揚機循環(huán)系統(tǒng)，一直牽引至張拉桿到梁下掛籃下的千斤頂后面螺母戴帽。當(dāng)梁端錨固到位后，根據(jù)斜拉索的長度及牽引力，1～5 號索塔端直接牽引蓋帽，6～16 號索塔端進行硬牽引。硬牽引的長度及張拉桿按計算數(shù)據(jù)確定，只增加1 根短張拉桿時。當(dāng)千斤頂張拉到能拆除哈佛螺母時，安裝工作螺母，用連接套連接錨頭和張拉桿按照監(jiān)控單位的指令進行張拉。如果有2 根及以上短張拉桿時，利用千斤頂牽引將哈佛螺母拆除，再安裝工作螺母，重復(fù)上述工藝，斜拉索掛設(shè)完畢。

1.4 斜拉索附屬件安裝

全橋索力調(diào)整結(jié)束后，開始安裝斜拉索附件，主要包括塔端的上減震器、保護罩，梁端的下減震器、防水罩、保護罩。附件安裝應(yīng)遵循先塔后梁的原則。

1.5 防水罩安裝

防水罩為廠家定型產(chǎn)品，防水罩上口處的密封橡膠圈與吊索PE 一起加工，出廠時套在拉索上。安裝防水罩時，在防水罩上口處和下口處，定位固定好密封橡膠圈，填充9501B，涂抹不干性密封膏；定位安裝不銹鋼防水罩，將兩半用螺栓連接成一個整體，防水罩四周均用密封膠密封。

1.6 外置阻尼器安裝

外置阻尼器包含連接支架基座、連接支架、阻尼裝置、索體夾具等。連接支架基座在鋼梁制造時，焊接在上弦頂面相應(yīng)的位置，連接支架、阻尼裝置、索體夾具在鋼梁及斜拉索安裝完成之后進行。在鋼梁運輸及安裝過程中，應(yīng)在連接支架基座上方設(shè)置橡膠蓋板，防止雨水進入。在阻尼器支架立柱安裝前，應(yīng)確保基座內(nèi)部干燥。外置阻尼器安裝步驟如下：將連接支架安裝到連接支架基座上；技術(shù)人員在索體上放出索體夾具安裝位置；在索體的相應(yīng)位置安裝索體夾具；安裝阻尼裝置，調(diào)試減震器[2]。

2 工程案例

以某工程為例，該工程采用塔梁墩固結(jié)體系，鋼塔柱縱向呈雙柱式，高59m，傾角75°。斜拉索采用中央雙索面豎琴形布置，共設(shè)置20 對斜拉索，邊中跨各10對，梁端通過錨箱錨固于梁上，塔上采用齒塊錨固。斜拉索為φ7mm 高強度鍍鋅平行鋼絲拉索，采用雙層PE護套，護套表面擠塑雙螺旋線抑制風(fēng)雨振，其張拉端與固定端采用冷鑄錨結(jié)構(gòu)。斜拉索共有4 種規(guī)格，分別為PESC7-55、PESC7-73、PESC7-91、PESC7-109，最大索長為117.48m，重約3.15t[3]。

3 斜拉橋工程中的斜拉索施工技術(shù)施工策略

平行鋼絲斜拉索的掛索施工主要通過牽引吊裝設(shè)備，將兩端索頭分別穿過塔端及梁端的預(yù)埋管與錨墊板，到達錨固位置進行臨時錨固，并且保證斜拉索兩端錨具螺紋及索體外包PE 層不受損壞。施工的進度及質(zhì)量直接影響整個橋梁建造，是一個十分重要的工序。

3.1 施工準(zhǔn)備

掛索施工前，使用汽車吊將成品索盤吊運至橋面上，并按照掛索位置將斜拉索按順序擺放，以方便之后掛索起吊工序，減少二次搬運。掛索施工的牽引吊裝系統(tǒng)主要由卷揚機、滑輪、電動葫蘆、手拉葫蘆和汽車吊等組成。施工前，使用汽車吊將電動葫蘆、手拉葫蘆等運送至塔上，并在塔上焊接牢固的固定點，為牽引設(shè)備提供反力點。同時，將卷揚機焊接固定于橋面上，并在橋面上每根斜拉索預(yù)埋管的位置，焊接吊點并安裝滑輪，配合卷揚機使用。在梁內(nèi)焊接牢固的固定點，作為使用手拉葫蘆的掛點[4]。

3.2 短索掛索施工

斜拉索掛索施工的重點是對牽引吊裝設(shè)備的利用，因此斜拉索自重及長度不同，對應(yīng)的掛索工序也有差別。該差別主要體現(xiàn)在，在塔端與梁端高差較大，索體較重，梁端牽引時的戴帽力差別很大。對于部分索體，其戴帽力可能已經(jīng)超過橋面牽引系統(tǒng)的工作極限，因此對于不同位置及長度的索體有不同的掛索施工工藝。對于該工程中位于橋塔高程較小的斜拉索，長度及自重較小，梁端牽引設(shè)備正常工作荷載完全滿足需求，施工較為簡單。將錨具上的螺母擰下，將螺紋清理干凈，保證螺母能夠順利擰進。在錨具內(nèi)螺紋段安裝變徑套，變徑套上連接吊環(huán)，作為上端掛索牽引時電動葫蘆的吊點。在斜拉索索體上距錨具4～6m 的位置，安裝抱箍作為起吊索體的吊點。具體安裝位置要以掛索施工時，錨頭牽引到位后，抱箍與預(yù)埋管不相互干涉為準(zhǔn)。安裝抱箍時，在抱箍與索體之間需加設(shè)橡膠護墊，防止抱箍在夾緊狀態(tài)下對斜拉索PE 層產(chǎn)生破壞。使用汽車吊通過索體上的抱箍吊點，將索體起吊至塔端預(yù)埋管管口附近，同時操作人員在塔內(nèi)將牽引繩穿過錨墊板與預(yù)埋管，然后與錨具端頭的吊環(huán)連接，牽引繩的另一端與塔內(nèi)電動葫蘆連接。開啟電動葫蘆，將索頭牽引進預(yù)埋管內(nèi)。在牽引過程中，汽車吊需不斷調(diào)整高度，同時操作人員手拉葫蘆不斷調(diào)整錨具在預(yù)埋管的位置及角度，以防止錨具外螺紋及索體PE 層被刮傷。將錨具部分牽引出錨墊板10cm 左右，擰緊螺母后，完成塔端斜拉索掛施工。使用汽車吊配合棉繩，將斜拉索在橋面展開，并將錨頭吊至梁端預(yù)埋管位置。與塔端相同，在梁端錨具內(nèi)螺紋擰進變徑套，在變徑套上安裝吊環(huán)，作為下穿時牽引的吊點。與塔端相同，在斜拉索索體上，安裝抱箍作為牽引吊點。與塔端不同的是，梁端主要靠卷揚機配合滑輪牽引。操作人員將牽引繩從預(yù)埋管內(nèi)穿出，一端與錨具上安裝的吊環(huán)連接，另一端與梁內(nèi)手拉葫蘆連接。使用卷揚機與滑輪作為牽引裝置，梁內(nèi)手拉葫蘆配合牽引繩做導(dǎo)向裝置，將斜拉索下穿入梁內(nèi)，待錨具穿出錨墊板10cm 左右，擰上螺母，完成整個掛索施工[5]。

3.3 長索掛索施工

對于索長較長的斜拉索來說，斜拉索安裝方式與短索相似，不同的是長索的塔端安裝高程較大，索體自重較大。在梁端牽引時，牽引設(shè)備很難滿足對牽引力的要求。目前，現(xiàn)場施工處理該問題的常用方法為，在將索頭穿入塔端臨時錨固之后，將錨具內(nèi)安裝的變徑套及吊環(huán)換成張拉桿，再使用千斤頂將索頭下放，通過張拉桿的接長，降低塔端錨頭的臨時錨固點，直至梁端所需牽引力在現(xiàn)場設(shè)備工作范圍內(nèi)。等到梁端掛索施工完成后，再通過千斤頂將索頭拉至設(shè)計位置。對于該工程而言，塔端預(yù)留空間較小，能夠容納的設(shè)備及操作人員較少，因而這一工序常常需要耗費大量時間，正常施工方法無法滿足工期要求。為加快施工進度，針對長索掛索施工，需將塔端安裝先牽引就位后，再通過千斤頂對下放和提升工序不斷優(yōu)化。在長索塔端施工時，將原先安裝在錨具上的變徑套與吊環(huán)改成工程上常用的精軋螺紋鋼及其連接器，并改裝精軋螺紋鋼的連接器，將其外徑擴大并加工出與錨具內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋。直接通過對螺紋鋼長度的控制，達到降低塔端錨頭高度，減少梁端戴帽力的目的。確定螺紋鋼長度之后，在螺紋鋼另一端安裝連接器，并在連接器端頭安裝吊耳作為吊點。之后塔端掛索施工，無須將錨頭牽引至設(shè)計位置，只需將螺紋鋼牽引至計算位置，再用兩半式墊板將螺紋鋼臨時固定，接著采取梁端穿索。梁端穿索完成后，開展同一高程的另一根斜拉索的掛索施工，施工方法相同。待同一高程的2 根對稱的斜拉索掛索施工完成后，在塔端2 根索錨固點的中心位置安裝千斤頂。通過扁擔(dān)梁將2 根索上的螺紋鋼連接在一起，千斤頂作用于扁擔(dān)梁上，同時提升2 根索，就位后安裝螺母，完成長索掛索施工。優(yōu)化工序后，不僅在塔端掛索時，將索頭下放與拉升工作省去，而且將千斤頂提升工序從原先每根索1 次變成2 根索1 次，明顯加快施工進度[6]，

3.4 斜拉索張拉及調(diào)索

斜拉索掛索施工完成后，根據(jù)監(jiān)控指令對斜拉索實行多次調(diào)索張拉。張拉前，需對油表、千斤頂進行標(biāo)定，并且保證施工過程中配套使用。張拉時，同號索同步、對稱張拉，保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。張拉時，以索力控制為主，斜拉索伸長量為輔，及時與監(jiān)控聯(lián)系，根據(jù)現(xiàn)場情況，及時調(diào)整索力，直至達到設(shè)計線形[7]。

4 斜拉橋工程中的斜拉索施工技術(shù)應(yīng)用

4.1 單跨橋梁

無論是橋面下拉索系統(tǒng)還是組合拉索系統(tǒng)都非常適合單跨橋梁。然而，兩種系統(tǒng)之間存在一定的差異，對設(shè)計有很大的影響。由于組合斜拉橋的有效偏心量約等于跨中和支點處偏心量之和，因此，與橋面下斜拉橋相比，組合斜拉橋斜拉索所需的橫截面面積約為橋面下斜拉橋的一半。然而，錨索數(shù)量需求導(dǎo)致同樣數(shù)量的用鋼量。此外，錨索所需的配重對結(jié)構(gòu)每平方米的材料費用有顯著影響[8]。

4.2 多跨橋梁

對于連續(xù)橋梁，只有組合（拉索）斜拉橋系統(tǒng)在車輛荷載下有較高的效率。雖然斜拉索受時間影響的損失較大，但橋面下斜拉索系統(tǒng)適用于實現(xiàn)跨徑細分。橋面下拉索系統(tǒng)適用于跨徑獨立（簡支）的多跨橋梁，在保證道路使用者舒適度的前提下，采用半連續(xù)板結(jié)構(gòu)[9]。

4.3 不平衡跨徑分布取消橋墩

橋面下（拉索）斜拉橋和組合（拉索）斜拉橋系統(tǒng)允許取消中跨橋墩。通過橋面下拉索布置和組合拉索布置，即便高架橋中存在一個特定的跨度是其他跨度的兩倍，主梁仍可采用相同的特性（如梁高、混凝土強度、鋼筋、鋼材數(shù)量）。在這些情況下，跨度細分應(yīng)優(yōu)先考慮永久狀態(tài)，其次是時間效應(yīng)，盡管時間依賴效應(yīng)造成的損失不可忽略。然而，主梁的高跨比不夠小，斜拉索系統(tǒng)的效率還不夠高。因此，在大跨度的橋梁中，由于車輛活荷載的作用，橋面的彎矩會增加一倍。相應(yīng)設(shè)計策略應(yīng)該是抵消車輛活荷載作用下彎矩增加，同時減小跨徑細分后引起的恒態(tài)彎矩[10]。

5 結(jié)語

綜上所述，斜拉索施工技術(shù)在斜拉橋工程中有著至關(guān)重要的作用，相關(guān)施工人員需要加以重視。結(jié)合實際橋梁工程，合理使用相應(yīng)的施工技術(shù)，通過優(yōu)化施工準(zhǔn)備，加強長、短索掛索、斜拉索張拉及調(diào)索施工等方式，促進斜拉橋工程中的斜拉索施工技術(shù)應(yīng)用，充分發(fā)揮斜拉索施工技術(shù)的價值，以此推動橋梁工程未來發(fā)展。