空間曲梁單邊懸索橋纜索系統(tǒng)的安裝

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

1 工程概況

上海國際旅游度假區(qū)空間曲梁單邊懸索橋東橋主纜、吊桿索均采用GALFAN（95%鋅+5%鋁）防腐涂層的碳鋼鋼絞線拉索，屈服強(qiáng)度為1 560 MPa。主纜φ115 mm，吊索φ36 mm。主纜分為3段，即2根索塔之間的中跨主纜和每根索塔與橋臺(tái)之間的邊跨主纜，吊桿索共計(jì)33根（圖1）。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)體系示意

2 纜索系統(tǒng)安裝特點(diǎn)與難點(diǎn)

由于本橋主纜成空間懸鏈線布置，吊桿索均為斜向布置，且每根吊桿索的角度均不相同，故纜索系統(tǒng)的安裝精度控制是本橋纜索系統(tǒng)施工的一個(gè)難點(diǎn)。根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)的特殊性，纜索系統(tǒng)的安裝姿態(tài)及精度將直接影響索力的分布及橋梁的線形，需確定合理的安裝順序并采取有效的措施，以確保纜索系統(tǒng)的安裝精度[1-3]。

3 纜索系統(tǒng)施工技術(shù)探討

3.1 主纜的安裝

3.1.1 主纜放索

放索采用放索盤進(jìn)行施工，放索盤在纜索制作加工后同纜索一起運(yùn)輸至施工現(xiàn)場。

將成盤的索安放在放索盤上，錨固端朝上，將索盤放置在展索場地的端頭。用500 kN汽車吊將錨固端抽出一定長度，將50 kN卷揚(yáng)機(jī)連接上放索小車，卷揚(yáng)機(jī)牽引小車至展索場地的另一端，放索完畢（圖2）。

圖2 主纜放索示意

此外本橋外觀質(zhì)量要求高，且纜索系統(tǒng)采用國外進(jìn)口索，無PE保護(hù)套，纜索系統(tǒng)安裝完畢后還需經(jīng)過幾道工序后方可成橋，因此為保證纜索系統(tǒng)外觀在后續(xù)施工時(shí)不受到影響，確保外觀質(zhì)量，決定在纜索系統(tǒng)外表面采用彩條布進(jìn)行包裹保護(hù)，在成橋后進(jìn)行拆除。

3.1.2 主纜掛索施工

本橋主纜長度為90 m，質(zhì)量約為10 t，吊裝高度約21 m，采用1臺(tái)500 kN汽車吊配合1臺(tái)800 kN汽車吊進(jìn)行雙機(jī)抬吊，采用1臺(tái)登高車進(jìn)行纜索銷軸掛設(shè)。

中跨主纜安裝時(shí)，采用500 kN汽車吊與800 kN汽車吊同時(shí)將主纜起吊離開地面，500 kN汽車吊一端先安裝至索塔上的錨固端，登高車行駛至安裝端，人工對纜索銷軸進(jìn)行掛設(shè)緊固。隨后800 kN汽車吊將主纜另一端起吊至另一索塔的錨固端，登高車掛設(shè)纜索銷軸并緊固（圖3）。

圖3 中跨主纜吊裝平面示意

邊跨主纜安裝時(shí)，采用500 kN汽車吊與800 kN汽車吊同時(shí)將主纜起吊離開地面，500 kN汽車吊一端先安裝至橋臺(tái)上的錨固端，人工對纜索銷軸進(jìn)行掛設(shè)緊固。隨后800 kN汽車吊將主纜另一端起吊至索塔的錨固端，登高車掛設(shè)纜索銷軸并緊固（圖4、圖5）。

圖4 邊跨主纜吊裝示意一

圖5 邊跨主纜吊裝示意二

影響主纜安裝精度的主要因素有3個(gè)：橋臺(tái)錨固端本身尺寸及安裝的誤差、索塔錨固端耳板本身尺寸及安裝的誤差、主纜索體本身的長度誤差。

為了減小上述因素對主纜安裝精度的影響，主要采取3個(gè)措施[4-6]。

1）橋臺(tái)固定端預(yù)埋件在加工制作時(shí)控制好其本身尺寸的誤差，在安裝橋臺(tái)固定端預(yù)埋件時(shí)，通過測量定位使其絕對坐標(biāo)位置誤差控制在5 mm以內(nèi)；

2）索塔錨固端耳板的誤差也分為索塔錨固端耳板本身的尺寸誤差與安裝絕對坐標(biāo)位置的誤差，由于鋼索塔錨固端耳板與鋼索塔塔身作為一個(gè)整體進(jìn)行安裝，因此只需控制好鋼索塔整體的制作尺寸誤差與鋼索塔的安裝絕對坐標(biāo)位置誤差即可；

3）由于主纜兩端不設(shè)調(diào)節(jié)端，因此無論主纜本身制作長度比起理論值過長或過短，都會(huì)影響主纜架設(shè)后的空間線形；而主纜設(shè)計(jì)長度是橋成型后主纜受力的長度，故在制作主纜時(shí)需考慮2個(gè)因素：一是索體在下料前需進(jìn)行預(yù)張拉，以消除索體受力伸長時(shí)的非線性因素；二是索體需在應(yīng)力作用下進(jìn)行下料，以保證下料長度的精確。

3.2 索夾與吊桿索安裝

3.2.1 索夾安裝

吊桿索索夾在主纜吊裝前即已全部安裝在主纜上，隨后才進(jìn)行主纜吊裝。本橋吊桿索均為斜向布置且每根吊桿索的角度均不相同，由于本橋是通過索夾的斜向角度來實(shí)現(xiàn)吊桿索的斜向角度，因此索夾的安裝位置以及安裝斜向角度的誤差將直接影響吊桿索的安裝精度，繼而會(huì)影響主纜的安裝精度。

據(jù)以上分析可知，索夾的安裝位置以及安裝斜向角度也是整個(gè)纜索系統(tǒng)安裝精度的關(guān)鍵之一。

索夾的安裝位置及角度在主纜制作時(shí)，通過詳細(xì)的理論計(jì)算，全部標(biāo)記在主纜相應(yīng)位置，具體為在沿索長方向標(biāo)記索夾的位置，沿半徑方向標(biāo)記索夾的理論角度，如圖6、圖7所示。

圖6 吊桿索索夾安裝標(biāo)記示意一

圖7 吊桿索索夾安裝標(biāo)記示意二

在索夾的安裝過程中有以下注意點(diǎn)[7-8]。

1）對照設(shè)計(jì)圖紙，對每個(gè)索夾的尺寸尤其是索夾耳板的角度進(jìn)行檢查驗(yàn)收，發(fā)現(xiàn)有較大誤差及時(shí)通知制作廠家重新加工；

2）每個(gè)索夾都不相同，索夾編號(hào)與主纜上標(biāo)記的索夾編號(hào)要對應(yīng)，以免裝錯(cuò)造成返工操作；

3）索夾高強(qiáng)螺栓施擰要先初擰再終擰，不可直接終擰，也不可超擰或少擰。

3.2.2 吊桿索安裝

本橋成橋方式采用落架法，吊桿索安裝時(shí)的橋面高于成橋狀態(tài)，橋面抬高量滿足無應(yīng)力掛索的要求。

吊桿索安裝采用1臺(tái)500 kN汽車吊進(jìn)行吊裝，1臺(tái)登高車配合吊桿索銷軸安裝，雖然橋面抬高量滿足無應(yīng)力掛索的要求，但主纜索具有較大張力與剛度，吊桿索安裝需采用100 kN手拉葫蘆將吊桿索牽引至鋼箱梁的錨固端（圖8）。

圖8 采用手拉葫蘆牽引吊桿索

由于本工程纜索系統(tǒng)呈空間布置，每根吊桿索的空間角度及安裝姿態(tài)均不相同，且主纜安裝后與成橋狀態(tài)下主纜的線形有較大的差異，因此，為保證吊桿索安裝姿態(tài)滿足成橋狀態(tài)及安裝精度要求，在吊桿索安裝前，先在主纜上設(shè)置臨時(shí)吊桿索，將主纜的安裝姿態(tài)調(diào)整至滿足成橋的狀態(tài)，隨后安裝吊桿索并替換臨時(shí)吊桿索。

吊桿索安裝順序?yàn)椋喊惭b臨時(shí)吊桿索（其位置即為吊桿索的位置）→安裝塔柱上的吊桿索→由塔柱向兩側(cè)對稱安裝其余吊桿索→安裝吊桿索并替換臨時(shí)吊桿索。

對稱安裝吊桿索的目的在于使得塔柱兩側(cè)的主纜受力變形對稱。吊桿索一端設(shè)置調(diào)節(jié)端，影響其安裝精度的因素除索夾的安裝精度外，主要還有與其連接的鋼箱梁耳板的位置偏差。在鋼箱梁制作與安裝時(shí)，需控制好吊桿索耳板的尺寸與絕對坐標(biāo)位置誤差。

3.3 體系轉(zhuǎn)換與監(jiān)測

體系轉(zhuǎn)換就是將鋼箱梁的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成由主纜承受，其過程是通過調(diào)節(jié)吊桿索的索力及主纜的線形控制，使每根吊桿索受力均勻并達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本橋采用落架法進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，整個(gè)落架過程分為4個(gè)階段，通過計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算出每個(gè)落架階段吊桿索的受力理論值。在落架過程中通過應(yīng)力計(jì)得出每根吊桿索的實(shí)際受力值。將實(shí)際受力值與理論受力值進(jìn)行比較，通過調(diào)節(jié)吊桿索的調(diào)節(jié)端長度來改變吊桿索的實(shí)際受力值，以減小實(shí)際受力值與理論受力值的誤差。

落架完成后，判斷空間纜索系統(tǒng)線形是否達(dá)到設(shè)計(jì)線形要求的標(biāo)準(zhǔn)有：一是吊桿索的實(shí)際索力與設(shè)計(jì)索力誤差在允許范圍內(nèi)；二是吊桿索索夾的絕對坐標(biāo)位置與理論坐標(biāo)位置誤差在允許范圍內(nèi)。若某根吊桿索實(shí)際索力與設(shè)計(jì)索力誤差較大，則需調(diào)節(jié)吊桿索的調(diào)節(jié)端長度；若某根吊桿索索夾實(shí)際位置與理論位置誤差較大，則需先在主纜上該吊桿索位置附近設(shè)置1根臨時(shí)吊桿索，同時(shí)對該吊桿索索夾位置進(jìn)行調(diào)整，該索夾上原有的高強(qiáng)螺栓已報(bào)廢，需用新的高強(qiáng)螺栓[9-10]。

4 結(jié)語

圓弧形單邊懸吊索橋結(jié)構(gòu)新穎，受力復(fù)雜，而上海迪士尼景觀橋?yàn)閲鴥?nèi)第1座使用該結(jié)構(gòu)橋形的橋梁。隨著迪士尼景觀橋的建成，其獨(dú)有的外觀定會(huì)受到越來越多的城市建設(shè)者的青睞，該橋形結(jié)構(gòu)的橋梁建成對以后橋梁的發(fā)展具有重大意義。

1）由于迪士尼景觀橋的主纜線形是空間結(jié)構(gòu)的，在體系轉(zhuǎn)換前后所處的平面發(fā)生了變化，故要求在施工過程中加強(qiáng)監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析，使施工工藝規(guī)范化，從而保證主纜線形符合設(shè)計(jì)要求。

2）迪士尼景觀橋的上部懸吊索結(jié)構(gòu)施工達(dá)到了設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求，本文從空間纜索系統(tǒng)的安裝關(guān)鍵技術(shù)上介紹了施工工藝及施工方法，為以后興建的圓弧形單邊懸吊索橋施工提供參考。