非對(duì)稱混合梁斜拉橋GT型帶索鞍拉索錨固體系工法研究

摘要：依托四平市東豐路上跨鐵路立交橋工程，對(duì)非對(duì)稱獨(dú)塔斜拉橋結(jié)構(gòu)形式的索鞍拉索體系施工方法進(jìn)行研究，在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐久性、安全性、適應(yīng)性等方面具有研究和推廣價(jià)值。本文重點(diǎn)介紹，GT型帶索鞍拉索結(jié)構(gòu)體系的工藝原理、施工工序、工藝要點(diǎn)，質(zhì)量控制措施，為該類型索-塔錨固結(jié)構(gòu)在其他項(xiàng)目施工過(guò)程中提供一些建議。

關(guān)鍵詞：非對(duì)稱混合梁；斜拉橋；GT型帶索鞍；拉索錨固體系

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，我國(guó)橋梁施工技術(shù)能力的不斷提高，復(fù)雜、新型橋梁不斷涌現(xiàn)。因自重輕，跨度大，經(jīng)濟(jì)效益顯著的混合梁斜拉橋，在橋梁結(jié)構(gòu)型式上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。四平市東豐路上跨鐵路立交橋?yàn)楠?dú)塔單索面非對(duì)稱混合梁斜拉橋，斜拉索系統(tǒng)國(guó)際上首次采用單根可換式GT型帶索鞍斜拉橋拉索體系，由于混合梁橋結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，并具有非對(duì)稱性等特點(diǎn)，而拉索體系是非對(duì)稱混合梁斜拉橋中關(guān)鍵部位的一部分，在施工中如何保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、耐久性、安全性、適應(yīng)性，開(kāi)展拉索錨固體系工法研究具有非常重要意義和推廣價(jià)值。

1 工法原理

首先對(duì)塔端錨固體系在傳統(tǒng)的矮塔斜拉橋錨固體系上進(jìn)行了優(yōu)化，采用雙向交叉錨固，并進(jìn)行了足尺模型試驗(yàn)，驗(yàn)證其是否安全可靠。

根據(jù)第三方監(jiān)控單位下達(dá)的張拉控制力、錨固點(diǎn)相對(duì)位移量、主梁截面物理參數(shù)、斜拉索幾何物理參數(shù)等編制等值張拉力計(jì)算表，確定每一根鋼絞線的張拉力與安裝在其上的傳感器變化值。然后計(jì)算每束鋼絞線的下料長(zhǎng)度，在工廠內(nèi)進(jìn)行下料，在鋼絞線的一端安裝抗滑鍵，將鋼絞線纏繞在絞盤上，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)等待施工。

在施工現(xiàn)場(chǎng)的橋面上設(shè)置雙向、交叉循環(huán)牽引系統(tǒng)，在橋塔兩側(cè)塔端分絲管索鞍處設(shè)置4個(gè)施工吊籃用于塔端穿索、防護(hù)罩安裝等施工，將鋼絞線張拉千斤頂、油泵、壓力表進(jìn)行檢驗(yàn)，以上準(zhǔn)備工作完成之后進(jìn)行斜拉索施工。HDPE套管采用塔式起重機(jī)配合安裝，然后對(duì)稱、同步進(jìn)行索塔兩側(cè)的鋼絞線穿設(shè)、張拉工作，待全橋附屬工程施工完成、竣工通車前調(diào)整斜拉索索力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行錨具防腐處理、減震器安裝等，完成斜拉橋拉索體系施工。

2 施工工藝流程

3 施工要點(diǎn)

3.1 HDPE管焊接

斜拉索采用單層PE防護(hù)單絲涂覆環(huán)氧涂層鋼絞線斜拉索體系，單根鋼絞線直徑15.2mm，公稱抗拉強(qiáng)度1860MPa，彈性模量Ep=1.95～2.05x105MPa。HDPE管焊接時(shí)，對(duì)段管編號(hào)、段管長(zhǎng)度、焊接頭預(yù)熱溫度、預(yù)熱壓力、加熱時(shí)間、切換時(shí)間、焊接壓力、冷卻時(shí)間和焊接時(shí)間等進(jìn)行記錄。

3.1.1 焊接長(zhǎng)度

L焊= L0-L6-A5-L7-L8-L9/2+L10

式中：

L0——兩側(cè)塔梁墊板間距（mm），該數(shù)據(jù)由設(shè)計(jì)院提供；

L6——梁端預(yù)埋管長(zhǎng)度及鋼墊板厚度之和（mm）；

A5——梁端防水罩HDPE管限位長(zhǎng)度（mm）；

L7——塔端連接裝置長(zhǎng)度（mm）；

L8——塔端錨固筒長(zhǎng)度（mm）；

L9——分絲管長(zhǎng)度（mm）；

L10——HDPE外套管進(jìn)入塔端連接裝置長(zhǎng)度（mm）。

通過(guò)以上計(jì)算公式，可計(jì)算出該橋HDPE外套管焊接長(zhǎng)度。

3.1.2 焊接工藝

HDPE管結(jié)構(gòu)如圖所示，管節(jié)的連接采用專用發(fā)熱式工具對(duì)焊方式。

HDPE管焊接時(shí)，根據(jù)管材規(guī)格，其焊接條件按照以下幾方面進(jìn)行控制：

1、管材規(guī)格、預(yù)熱溫度（℃）、卷邊高度H=1mm時(shí)的預(yù)熱壓力、預(yù)熱完成后加熱時(shí)間、允許最大切換時(shí)間、焊接壓力、冷卻時(shí)間，參考焊接控制參數(shù)表5.2.3-3。

2、HDPE管焊接前，將管材旋轉(zhuǎn)于夾緊裝置內(nèi)并將之夾緊，在壓力作用下用平行機(jī)動(dòng)旋刀削平兩個(gè)管材的被焊端面。

3、在焊接過(guò)程中，無(wú)論如何焊接壓力都必須保持至焊縫完全滿足冷卻時(shí)間且硬化后才能撤去。

3.2 HDPE護(hù)套管安裝

HDPE套管吊裝前，應(yīng)先將按給定的長(zhǎng)度焊好的套管運(yùn)至中央分隔帶上，然后將梁端整圓式防水罩、梁端防護(hù)鋼管、塔端連接裝置、塔端錨固筒組裝并固定好。

采用塔式起重機(jī)輔助吊裝安裝，組裝完成的HDPE護(hù)套管放置于小型自制軌道上。安裝時(shí)，在套管兩端頭附近裝上專用抱箍，專用抱箍墊上一塊3～5mm橡膠板以增加摩擦。吊鉤吊起塔端護(hù)套管上設(shè)置的專用抱箍，緩慢吊起后向塔端移動(dòng)，通過(guò)抱箍的下卸扣用鋼絲繩拉住塔外連接套管，然后用塔吊將套管一端吊至塔上分絲管口附近并用葫蘆掛好。

3.3 斜拉索張拉及調(diào)索

每根索的鋼絞線均逐根掛索后即用YDCS160千斤頂進(jìn)行張拉。單根張拉時(shí)，要對(duì)張拉油壓、張拉力、傳感器讀數(shù)、初值油壓、測(cè)量初值、測(cè)量終值及回縮值等進(jìn)行記錄。

單根張拉順序?yàn)椋焊鶕?jù)監(jiān)控單位提供的索力值，首先張拉混凝土梁側(cè)，然后張拉鋼箱梁側(cè)，張拉過(guò)程分張拉至施工控制索力50%、100%共2次進(jìn)行，直至索力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.3.1 工藝要點(diǎn)

1、安裝上YDCS160千斤頂；2、加載至單根鋼絞線設(shè)計(jì)應(yīng)力的15%時(shí)測(cè)鋼絞線伸長(zhǎng)初始值；3、用壓力表讀數(shù)控制最后一級(jí)張拉力，使之跟傳感器顯示變化值相同時(shí)，測(cè)終止伸長(zhǎng)值，裝上工作夾片，適度打緊，卸壓至3MPa時(shí)測(cè)回縮值后錨固；4、在掛索結(jié)束后，即拆出傳感器，并按傳感器拆除時(shí)的讀數(shù)再進(jìn)行補(bǔ)張拉；5、在單根張拉完每一根鋼絞線后，應(yīng)嚴(yán)格控制工作夾片的跟進(jìn)平整度。

3.3.2 斜拉索張拉控制

1、控制每根斜拉索各股鋼絞線的離散誤差不大于理論值的3%；2、橫橋向相同編號(hào)斜拉索之間差值不大于整索索力理論值的1%；3、斜拉索整索索力誤差不大于理論索的2%。

3.3.3 索力均勻性控制

為使每根索中各鋼絞線索力均勻，采用等值張拉法進(jìn)行張拉，即每根鋼絞線的拉力以控制壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)，傳感器讀數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。掛索前，將監(jiān)測(cè)傳感器安裝在一根不受外界影響的鋼絞線上，安裝順序?yàn)椋褐ё鶋|板——傳感器——單孔工作錨。隨后張拉時(shí)每根鋼絞線的拉力是按當(dāng)時(shí)傳感器的顯示變化值進(jìn)行控制的。

通過(guò)以上索力控制，索力均勻性可控制在每根斜拉索的各股鋼絞線的離散誤差不大于理論值的±2%；

3.3.4 斜拉索索力調(diào)整

調(diào)索施工時(shí)，應(yīng)對(duì)調(diào)索工況、設(shè)計(jì)調(diào)整索力、設(shè)計(jì)張拉油壓、初動(dòng)力、實(shí)際張拉油壓、實(shí)際調(diào)整索力、回縮值等參數(shù)進(jìn)行記錄。調(diào)索過(guò)程中，鋼絞線拉索張拉到位時(shí)，注意利用打緊器及時(shí)將夾片打緊。當(dāng)索力調(diào)節(jié)至設(shè)計(jì)值時(shí)，調(diào)索完畢。

3.4 梁端緊索、減振器及管口索夾安裝

斜拉索索力調(diào)整完成后應(yīng)立即進(jìn)行梁端緊索、減振器及索夾安裝等工作：

（1）緊索時(shí)，在管口索夾旁相應(yīng)的位置裝上一套緊索器將索收緊，使之成型至設(shè)計(jì)斷面；

（2）將組裝好的減振器推入調(diào)整護(hù)管內(nèi)，直至減振器端面與調(diào)整護(hù)管端口持平，再收緊螺栓，按內(nèi)縮外漲原理，使其內(nèi)外分別與索體和調(diào)整護(hù)管壁緊緊相貼；

（3）在成型的索體相應(yīng)位置裝上鋼質(zhì)索夾并收緊螺栓，使索與索夾之間緊密。

3.5 塔端防護(hù)罩及連接裝置安裝

將防護(hù)罩往塔端分絲管錨墊板上推，一直推到靠近鋼墊板，并用螺桿將之與鋼墊板連接、扭緊。塔端防護(hù)罩安裝完成后，即可依次進(jìn)行連接裝置安裝及錨頭的防腐處理。

3.6 斜拉索防護(hù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨具外露鋼絞線的保護(hù)罩內(nèi)填充防腐油脂，密封筒內(nèi)灌注防腐材料。灌注時(shí)，為保證其密實(shí)度，除用專用的高壓灌漿泵外，還要注意灌漿孔在下排氣孔在上。灌注前檢查進(jìn)漿口與出漿口有沒(méi)有堵塞，確保灌漿線路通暢。檢查灌漿設(shè)備，確保性能良好。灌注過(guò)程注意做好防護(hù)措施，保護(hù)好現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不受污染。

4 質(zhì)量措施

1、發(fā)現(xiàn)PE護(hù)套有破損之處，馬上修補(bǔ)，若損壞嚴(yán)重難以修補(bǔ)，則要棄用此段鋼絞線。為盡量減少人為損壞PE護(hù)套，下料人員嚴(yán)禁穿硬底鞋，同時(shí)下料場(chǎng)要進(jìn)行封閉，以免非下料人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)損壞PE護(hù)套層。

2、為了保證鋼絞線下料長(zhǎng)度準(zhǔn)確，除保證鋼絞線行走路線直線外，還要分組進(jìn)行長(zhǎng)度丈量、標(biāo)識(shí)和復(fù)核。

3、斷料應(yīng)用砂輪切割機(jī)，嚴(yán)禁用氣割等易產(chǎn)生高溫的設(shè)備進(jìn)行斷料。

4、鋼絞線PE層為易燃材料，下料場(chǎng)地要完善防火措施。

5、將鋼絞線兩端的PE剝掉一部分作為工作和錨固長(zhǎng)度。剝皮時(shí)應(yīng)注意刀具不能損傷鋼絞線，清洗時(shí)應(yīng)將鋼絞線端頭打散后并用清洗劑清洗干凈。同時(shí)清洗后的光面鋼絞線要進(jìn)行防污保護(hù)。

6、鋼絞線清洗完成后，在鋼絞線固定端制作錨固鍵，在張拉端打散后端頭約12cm長(zhǎng)度范圍內(nèi)平齊切掉外圈6絲，保留中心絲，然后將鋼絞線復(fù)原。復(fù)原后用LD10鐓頭器將張拉端的中心絲鐓成半圓形鐓頭，供掛索牽引用。

7、對(duì)每種規(guī)格的PE管正式焊接之前進(jìn)行試焊，確定焊接參數(shù)。

8、在冬天進(jìn)行PE管焊接時(shí)要采取取暖措施，保障焊接溫度在20℃左右，冷卻時(shí)用棉紗頭、擋風(fēng)布對(duì)接頭進(jìn)行保暖。冷卻接近室外溫度時(shí)取出PE管，焊好的PE管堆放場(chǎng)地要平整，不能在PE管上堆放雜物，不能踩踏PE管，防止焊好的PE管變形。

9、嚴(yán)格按HDPE焊機(jī)操作規(guī)程焊接，作好詳細(xì)記錄，保證焊接質(zhì)量。

10、HDPE套管計(jì)算長(zhǎng)度，必要時(shí)考慮上下管口掛索操作空間及整體防護(hù)時(shí)熱脹冷縮的影響長(zhǎng)度。

5 總結(jié)

該型拉索錨固體系是一種新型拉索錨固體系，通過(guò)在非對(duì)稱混合梁斜拉橋施工首次應(yīng)用實(shí)踐，驗(yàn)證了拉索施工階段及后期運(yùn)營(yíng)整個(gè)生命周期更加安全可靠，該拉索體系施工方法對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)和施工的非對(duì)稱斜拉橋具有很好的借鑒意義，對(duì)于促進(jìn)非對(duì)稱鋼絞線群錨拉索體系的發(fā)展具有重大的意義。

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作者簡(jiǎn)介：劉秉輝（1965.07-），男，本科，黨員，中鐵九局集團(tuán)第二工程有限公司，總工程師，高級(jí)工程師，中國(guó)施工企業(yè)管理協(xié)會(huì)科技專家，主要從事企業(yè)科技、技術(shù)、節(jié)能減排及工程經(jīng)濟(jì)管理，主持開(kāi)發(fā)多項(xiàng)關(guān)于斜拉橋施工應(yīng)用的發(fā)明專利。

課題項(xiàng)目：本文系中國(guó)中鐵重點(diǎn)課題項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2017-重點(diǎn)-11-01

（作者單位：中鐵九局集團(tuán)第二工程有限公司）