獨(dú)柱索塔四索面斜拉索施工關(guān)鍵技術(shù)

張生軍，殷力立，井雪峰，謝德寬

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241007）

獨(dú)柱索塔四索面斜拉索施工關(guān)鍵技術(shù)

張生軍，殷力立，井雪峰，謝德寬

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241007）

嘉紹跨江大橋?yàn)橹骺?428m 的六塔獨(dú)柱式四索面斜拉橋。獨(dú)柱、四索面的結(jié)構(gòu)決定了斜拉索施工難度大、控制精度高。文章介紹了嘉紹大橋斜拉索施工的主要方法和創(chuàng)新工藝，為同類工程提供了借鑒與參考。

斜拉索；四索面；分幅；施工技術(shù)

1 工程概況

嘉紹大橋主橋?yàn)榱乃髅娣址撓淞航Y(jié)構(gòu)，塔柱為獨(dú)柱型，其跨徑布置為 70+200+5 × 428 +200+70=2 680m，是世界上最長(zhǎng)最寬的多塔斜拉橋。大橋斜拉索索面按空間四索面結(jié)構(gòu)對(duì)稱布置，單個(gè)主塔 96 根斜 拉索，全 橋共計(jì) 576 根[1]。斜拉索總體布置見圖1。

斜拉索采用高強(qiáng)平行鋼絲拉索，所用鋼絲為抗拉強(qiáng)度不低于 1 670MPa、直徑 7mm 的鍍鋅高強(qiáng)度、低松弛鋼絲，鋼絲束外纏繞纖維增強(qiáng)聚脂帶，然后外擠高密度聚乙烯保護(hù)套，PE保護(hù)套顏色根據(jù)景觀設(shè)計(jì)要求確定。根據(jù)索力的不同，采用 PES7-91、PES7-109、PES7-121、PES7-139、PES7-151、PES7-187、PES7-253 七種規(guī)格，斜拉索最長(zhǎng) 233.804m（ Z5W-B12、Z6W-B12 號(hào)索，型號(hào) 7-253 ），亦 為最大 重量 19.1 t[1]。另外，在Z3～Z8 還各設(shè)有 4 根規(guī)格為 PES7-55 的塔梁臨時(shí)拉索，共計(jì)16根。

2 斜拉索施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，嘉紹大橋斜拉索采用梁端軟牽引、塔端張拉的施工工藝，結(jié)合大橋具體情況和斜拉索結(jié)構(gòu)等，斜拉索施工存在以下特點(diǎn)及難點(diǎn)：

1）全橋斜拉索數(shù)量多，編號(hào)復(fù)雜，易發(fā)生混淆，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

2）塔內(nèi)空間有限，常規(guī)設(shè)備在塔內(nèi)有限空間內(nèi)布置較多，需要合理布置設(shè)備和機(jī)具。

3）獨(dú)柱索塔總體剛度較小，加之橋面結(jié)構(gòu)分幅布置，斜拉索索力較難控制，橋面線性調(diào)整難度大。

3 施工順序及主要施工設(shè)備

3.1 單塔斜拉索施工順序

與常規(guī)的雙索面施工有所不同，為保證獨(dú)柱索塔塔偏合理，后續(xù)鋼箱梁線性可控，斜拉索梁端牽引應(yīng)先同時(shí)進(jìn)行內(nèi)側(cè)4根，再外側(cè)4根同時(shí)進(jìn)行。

圖1 單塔斜拉索總體布置圖Fig.1 General layoutofsingle tower stay cab le

3.2 主要施工設(shè)備

橋面上主要用到的施工設(shè)備有 900 t·m 塔吊、卷揚(yáng)機(jī)、汽車吊、放索小車、索盤、千斤頂、油泵車、叉車等。塔頂主要布置4臺(tái)5 t卷揚(yáng)機(jī)，用于塔內(nèi)斜拉索提升。單塔詳細(xì)設(shè)備及機(jī)具見表1。

表1 斜拉索施工設(shè)備及機(jī)具一覽表（單塔）Table1 Listof the construction equipmentsand instrumentsof stay cable（single tower）

另外，由于塔吊所處位置占據(jù)了斜拉索空間，表中 900 t·m 塔吊僅用于 1 號(hào)斜拉索施工，在 2號(hào)斜拉索施工之前必須拆除。

4 施工過程

4.1 總體施工工藝

主要施工工藝流程見圖2。

圖2 斜拉索施工工藝流程圖Fig.2 Process flow chartof stay cable construction technology

嘉紹大橋斜拉索施工借鑒了上海長(zhǎng)江大橋（獨(dú)柱型）、寧波外灘大橋（四索面）的施工經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行了調(diào)整：

1）大橋水域漲落潮明顯，大型起重船舶無法長(zhǎng)時(shí)間?？浚崩鞅仨毻ㄟ^陸路運(yùn)輸?shù)竭_(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)。

2） 斜拉索最重近 20 t，現(xiàn)場(chǎng)主要起吊設(shè)備無法將其吊至橋面?，F(xiàn)場(chǎng)決定臨時(shí)配備 100 t履帶式吊車并加長(zhǎng)臂桿用于吊裝。

3） 獨(dú)柱結(jié)構(gòu)由于剛度小，塔偏控制難度大。因此斜拉索梁段牽引時(shí)必須保證“內(nèi)側(cè)、外側(cè)依次同時(shí)進(jìn)行”，盡量保證同步。

4.2 施工準(zhǔn)備

在斜拉索正式張掛前應(yīng)進(jìn)行以下工作：

1） 認(rèn)真核對(duì)拉索編號(hào)，并在顯著位置標(biāo)明，避免斜拉索張掛位置錯(cuò)誤。

2）索導(dǎo)管清理：掛索前，對(duì)索塔鋼錨箱內(nèi)及梁端的索道管進(jìn)行檢查、清理，清除焊渣、毛刺及水泥砂漿等各種可能劃傷斜拉索的雜物[2]。

3） 梁端臨邊的安全防護(hù)、塔內(nèi)張拉端的安全保障必須嚴(yán)格維護(hù)到位。

4.3 斜拉索塔端安裝

塔端安裝前，利用橋面汽車吊將斜拉索裝至索盤上。由于塔端安裝時(shí)梁端自由，因此采用硬牽引即可。塔端提升采用塔冠內(nèi)卷揚(yáng)機(jī)為導(dǎo)向，以塔頂卷揚(yáng)機(jī)承重提升，首先從塔內(nèi)錨箱對(duì)應(yīng)的索導(dǎo)管中將連接裝置滑下，在橋面與斜拉索塔端錨頭連接，然后，選擇與斜拉索塔端錨頭間距比對(duì)應(yīng)的索道管長(zhǎng)度略長(zhǎng)處作為塔頂卷揚(yáng)機(jī)起吊位置，并安裝內(nèi)墊雙層黑橡膠皮的專用夾具作為起吊點(diǎn)[3]。

上述工作完成后，即可進(jìn)行塔端斜拉索的提升。提升過程中應(yīng)注意盡量保證兩臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)的同步，橋面施工人員利用叉車配合進(jìn)行展索，以保證斜拉索提升時(shí)自然釋放，防止拉索扭轉(zhuǎn)。待斜拉索錨杯露出塔端索錨管錨墊板后，依次安裝工作螺母、鋼絲繩切換為張拉桿、安裝千斤頂、安裝工具螺母。圖3為斜拉索塔端安裝示意圖。

4.4 斜拉索梁端牽引就位

在新安裝梁段與上一梁段完成焊接之后，即可進(jìn)行斜拉索梁端安裝。由于梁端作業(yè)空間較小，加之該橋斜拉索噸位均不大，因此采用軟牽引進(jìn)行梁端斜拉索施工。首先利用橋面 5 t卷揚(yáng)機(jī)牽引梁端斜拉索錨頭至梁端索導(dǎo)管外，然后用軟牽引——鋼絞線束、穿心式千斤頂牽引錨頭至梁端錨固面錨固。梁端軟牽引見示意圖4。

值得強(qiáng)調(diào)的是，梁端壓錨固定時(shí)要嚴(yán)格根據(jù)監(jiān)控指令控制 D0值 （D0指的是梁端錨頭外露有效絲牙長(zhǎng)度，不包括蓋板），誤差控制在±2 mm 內(nèi)。

圖3 斜拉索塔端安裝示意圖Fig.3 Installation diagram of the type of pylon of stay cable

圖4 斜拉索梁端軟牽引壓錨示意圖Fig.4 Sketchmap of softdrawbar anchor of suspension cable

4.5 臨時(shí)橫梁的安裝、頂推

梁段臨時(shí)橫向連接的作用之一是懸臂拼裝過程調(diào)節(jié)兩幅梁之間的間距；其二是對(duì)于不設(shè)橫梁梁段，可以用于抵消斜拉索張拉產(chǎn)生的水平分力。因此在拉索張拉之前、標(biāo)準(zhǔn)梁段環(huán)縫焊接完成之后，必須將臨時(shí)橫梁的安裝、頂推到位。臨時(shí)橫梁結(jié)構(gòu)見圖5。

臨時(shí)橫梁安裝好后即可進(jìn)行頂推。頂推過程中應(yīng)雙控——即測(cè)量控制梁段偏位、線形，油泵控制頂推力（不超過 120 t，否則可能引起鋼箱梁變形），直至符合要求。頂推完成后立即用卡板將φ 740 鋼管焊接抵死，防止斜拉索張拉過程中發(fā)生偏動(dòng)。

圖5 臨時(shí)橫梁結(jié)構(gòu)詳圖Fig.5 Detaildrawingof temporary beam structure

4.6 斜拉索張拉

為保證鋼箱梁梁段線形、標(biāo)高符合要求，索力滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，斜拉索應(yīng)進(jìn)行初次張拉及二次張拉的施工作業(yè)。為保證獨(dú)柱索塔塔偏合理、主梁不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，對(duì)單個(gè)主塔而言，8根斜拉索必須做到同步張拉。

另外，在靠近每個(gè)索塔縱橋向及橫橋向?qū)ΨQ安裝4根臨時(shí)拉索，拉索一端連接鋼箱梁，另一端連接塔柱，安裝斜拉索的目的是防止鋼箱梁在斜拉索張拉過程中因索力的不平衡造成軸線繞塔柱扭轉(zhuǎn)，影響橋梁的合攏；同時(shí)，在斜拉索安裝過程中會(huì)控制塔偏，而塔偏必然會(huì)造成斜拉索在縱橋向的水平分力不平衡，臨時(shí)拉索起到抵消水平分力的作用。

4.6.1 初次張拉

初次張拉在斜拉索梁端、塔端安裝完成后即可進(jìn)行，其主要目的是保證橋面吊機(jī)行走的安全，具體的張拉力以監(jiān)控單位出具的“一張指令”進(jìn)行，不得欠張拉。根據(jù)最大、最小張拉力的計(jì)算確定，Z7、Z8 選用額定張拉力為 280 t千斤頂，Z6 塔 1 號(hào)～11 號(hào)索選用額定張拉力 280 t千斤頂，12 號(hào)索由于索重最大，選用額定張拉力為 350 t的千斤頂。

4.6.2 二次張拉

在橋面吊機(jī)行走到下次吊梁位置后，即可進(jìn)行斜拉索的二次張拉作業(yè)。

1） 張拉平臺(tái)：斜拉索的索道管在塔端的結(jié)構(gòu)方式為鋼錨箱，可以利用鋼錨箱的工作面為張拉平臺(tái)，但需要做好臨邊安全防護(hù)。

2） 張拉桿選擇：塔內(nèi) 8 根索同時(shí)張拉，而塔內(nèi)空間有限，為防止張拉時(shí)拉桿互相碰撞，經(jīng)計(jì)算選用合適長(zhǎng)度組合的拉桿。

3） 拉索二次張拉：張拉過程仍然根據(jù)監(jiān)控單位的“二張指令”進(jìn)行，塔內(nèi)張拉反饋信息到監(jiān)控處，監(jiān)控根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)指導(dǎo)塔內(nèi)再次張拉，如此反復(fù)，直至梁段線形、標(biāo)高符合要求。由于鋼箱梁受熱脹冷縮效應(yīng)明顯，二次張拉應(yīng)選擇夜間溫度較恒定時(shí)進(jìn)行。圖6為塔端斜拉索張拉示意圖及張拉現(xiàn)場(chǎng)。

圖6 塔端斜拉索張拉示意圖及張拉現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.6 Sketchmap and sitem ap of stretch-draw of the typeof pylon of stay cable

4.7 全橋調(diào)索

待全橋合龍、梁段焊接完成后，需將橋面上的橋面吊機(jī)、吊車、集裝箱等大型荷載完全清除，進(jìn)行全橋調(diào)索。調(diào)索依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是“索長(zhǎng)+線形為主，索力為輔”，參考調(diào)索指令，按錨杯伸出增量長(zhǎng)度 Δ 調(diào)整（Δ 為正表示張拉，Δ 為負(fù)表示放索），并按伸出量D3校核。實(shí)施時(shí)如二者不一致，應(yīng)及時(shí)反饋，由監(jiān)控單位控制確定。

調(diào)索施工應(yīng)選擇在夜間或溫度較均勻時(shí)進(jìn)行。為合理控制線形，Z3～Z8 塔必須同步實(shí)施同一索號(hào)的索力調(diào)整：調(diào)索順序按索號(hào)從小到大實(shí)施，即：Z3～Z8 塔先同步調(diào)整 1 號(hào)索，再同步調(diào)整 2號(hào)索，……，最后同步調(diào)整12號(hào)索。

5 斜拉索保護(hù)及減振措施

5.1 斜拉索的保護(hù)

斜拉索外包高密度聚乙烯保護(hù)套（PE），是保護(hù)內(nèi)部高強(qiáng)鋼絲的“外衣”，如若出現(xiàn)損傷，就有可能降低高強(qiáng)度鋼絲的使用壽命，進(jìn)而影響橋面結(jié)構(gòu)的安全。

5.1.1 運(yùn)輸及起吊過程中的保護(hù)

拉索裝卸過程中必須采用吊帶或?qū)Ｓ玫蹙?，?yán)禁吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)使用鋼絲繩等硬質(zhì)吊具扣吊拉索。在場(chǎng)地堆放或者汽車運(yùn)輸時(shí)，必須在拉索下方墊置軟質(zhì)襯墊加以保護(hù)，不能零亂堆放。堆放地應(yīng)遠(yuǎn)離氣割、焊接作業(yè)區(qū)[4]。

5.1.2 施工過程中的保護(hù)

首先，在拉索進(jìn)入索導(dǎo)管前，應(yīng)將索壁上的雜物、毛刺、砂漿清除干凈，避免索導(dǎo)管與之摩擦受損。其次，斜拉索在梁端牽引和塔端安裝過程中，應(yīng)配備專用的夾具，以保證在較大的牽引力情況下索皮不破壞。索夾結(jié)構(gòu)見圖7。

圖7 索夾結(jié)構(gòu)示意圖Fig.7 Sketchmap of cable clam p structu re

5.2 斜拉索的臨時(shí)減振

嘉紹大橋所在地氣候惡劣，常年風(fēng)速較大，在鋼箱梁的懸拼過程中，斜拉索的風(fēng)振非常明顯，直接影響了懸拼線形的控制，因此，在施工過程中，在斜拉索梁端設(shè)置臨時(shí)減振裝置，此舉大大減弱了斜拉索施工過程中的振動(dòng)。具體見圖8。

圖8 斜拉索臨時(shí)減振圖片F(xiàn)ig.8 Tem porary vibration reduction of stay cable

6 結(jié)語

嘉紹大橋獨(dú)特的四索面分幅結(jié)構(gòu)決定了其斜拉索施工與常規(guī)工藝有所不同。施工中所運(yùn)用的對(duì)稱同步張拉控制、臨時(shí)橫梁頂推技術(shù)、軟牽引技術(shù)及臨時(shí)斜拉索技術(shù)均較為成功，鋼箱梁線形和斜拉索索力亦處于可控范圍內(nèi)，有力地保障了大橋的成橋質(zhì)量。

[1]嘉興至紹興跨江公路通道嘉紹大橋施工設(shè)計(jì)圖[R].北京：中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2009. Construction design of Jiaxing to Shaoxing Bridge of the highway tunnelacross the river from Jiaxing to Shaoxing[R].Beijing：CCCC highway consultantsCo.，Ltd.，2009.

[2]陳明憲.斜拉橋建造技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2004. CHENMing-xian.Construction technology of cable-stayed bridge [M].Beijing：China Communications Press，2004.

[3]余定軍，張洪興.重慶奉節(jié)長(zhǎng)江大橋斜拉索施工技術(shù)[J].重慶建筑，2007（11）：20-22. YUDing-jun，ZHANGHong-xing.Construction technique for stay cablesofChongqing Fengjie YangziRiver Bridge[J].Chongqing Architecture，2007（11）：20-22.

[4]范國(guó)華，楊長(zhǎng)虹.金塘大橋斜拉索施工技術(shù)[J].交通工程建設(shè). 2009（3）：54-58. FAN Guo-hua，YANG Chang-hong.Construction technique of the stay cable of Jintang Bridge[J].TransportEngineering，2009（3）：54-58.

Key construction technology of the stay cablesw ith four cable p lane to the single pillar tower

ZHANGSheng-jun，YIN Li-li，JINGXue-feng，XIEDe-kuan
（The Fourth EngineeringCo.，Ltd.ofCCCCSecond Harbor Engineering Co.，Ltd.，Wuhu，Anhui241007，China）

The Jiashao River-Crossing Bridge is designed asa cable-stayed bridgewith amain span 428metres，six towers，single pillar type and four cable planes.The structure of single pillar and four cable planes determines the construction of the stay cables difficult and high control accuracy.This paper introduces themain construction method and innovative process of the stay cables to the Jiashao River-Crossing Bridge.

stay cables；four cable p lanes；framing；construction technology

U 443.38

A

1003-3688（2014）01-0061-05

10.7640/zggw js201401012

2013-05-27

張生軍 （1981 — ），男，甘肅景泰人，工程師，從事橋梁公路工作。E-mail：zhshj5337@gmail.com