高速鐵路斜拉橋斜拉索施工工藝及索力控制方法

劉海洋

[摘要] 商合杭高速鐵路工程站前九標(biāo)矮塔斜拉橋是標(biāo)段控制性工程，橋梁總體設(shè)計(jì)為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，斜拉索采用半扇形雙索面布置，索體采用OVMAT-55群錨體系鋼絞線斜拉索，斜拉索安裝、張拉與主梁施工同步。本文以該橋的斜拉索施工為例，重點(diǎn)介紹了斜拉索的施工工藝和索力控制方法，為類似橋梁的斜拉索施工提供參考。

[關(guān)鍵詞] 高速鐵路? 群錨體系斜拉索? 施工工藝? 索力控制

1工程背景

商合杭高速鐵路工程站前九標(biāo)矮塔斜拉橋總體設(shè)計(jì)為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，單塔橫橋向左右各設(shè)8對(duì)斜拉索，縱橋向采用半扇形布置，全橋共32對(duì)斜拉索。索體采用OVMAT-55群錨體系鋼絞線斜拉索，在塔端設(shè)置分絲管，通過(guò)抗滑鍵對(duì)斜拉索進(jìn)行縱向鎖定，防止鋼絞線縱向滑移。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，斜拉索各股鋼絞線索力離散誤差不得超過(guò)理論值的3%，相同編號(hào)的橫橋向斜拉索之間的差值不得超過(guò)整索索力理論值的1%，整索索力誤差不大于理論索力的2%，施工難度大，如何滿足設(shè)計(jì)要求，成為本橋斜拉索施工的關(guān)鍵。

2斜拉索施工工藝

2.1施工工藝流程

斜拉索施工工藝流程[1]為：備料→安裝預(yù)埋件→下料→安裝錨具→掛索→第一次張拉→第二次張拉→安裝減震裝置→防腐處理。

2.2掛索工藝

掛索是斜拉索施工流程中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，需在錨固節(jié)段梁體混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后進(jìn)行。掛索包括穿索，斜拉索張拉，錨具、減振裝置安裝，以及斜拉索防護(hù)[2]。

（1）穿索

首先，由于塔端單側(cè)雙向防滑組件安裝在邊跨側(cè)，掛索時(shí)應(yīng)從邊跨側(cè)向中跨側(cè)穿索。穿索從上方錨板孔開始，順序?yàn)椋簭捻敳康降撞?，從?nèi)部到外部。手動(dòng)將鋼絞線拉到穿索機(jī)的后部，拆下在張拉工作長(zhǎng)度內(nèi)的PE護(hù)套，保留中心絲用于牽引，切除鋼絞線周圍的6根鋼絲。手動(dòng)將鋼絞線穿過(guò)穿索機(jī)中的咬合輪，將其沿著PE套管輸送到邊跨塔端分絲管口，然后沿著相應(yīng)分絲管、順著中跨側(cè)HDPE套管輸送至中跨側(cè)梁端索導(dǎo)管口。將牽引繩從梁底穿過(guò)撐腳上的蜂窩板孔和相對(duì)應(yīng)的錨墊板孔，使用連接器與鋼絞線上預(yù)留的中心絲連接，把兩端鋼絞線牽引出洞口至規(guī)定預(yù)留長(zhǎng)度并安裝夾片鎖定。

（2）張拉

斜拉索鋼絞線穿索完成后即可進(jìn)行張拉，循環(huán)55次后整束斜拉索全部穿索張拉完成。單根張拉順序?yàn)椋合葟埨粠Э够I的一端，讓抗滑鍵緊貼錨墊板;再根據(jù)張拉力以及鋼絞線設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量，同時(shí)張拉鋼絞線兩端。

使用YDCS160千斤頂進(jìn)行張拉時(shí)，注意及時(shí)記錄張拉油壓，張拉力，傳感器讀數(shù)，初始油壓，初始測(cè)量值，最終測(cè)量值和回縮值等數(shù)據(jù)。

（3）錨具、減振裝置安裝

在單根斜拉索鋼絞線的第一次張拉完成后，安裝塔側(cè)防滑裝置，其包括防滑鍵，防滑插件，塔側(cè)錨固缸和防滑螺母。在完成斜拉索鋼絞線的第二張拉之后，梁端減振器、索箍安裝等工作開始。

（4）斜拉索防護(hù)

在梁端減震器、索箍安裝完成后，安裝索導(dǎo)管口、鋼絞線和錨具等防護(hù)裝置。

3索力控制方法

3.1索力測(cè)試原理

該橋采用環(huán)氧涂層高強(qiáng)度鋼絞線作為拉索，索力測(cè)試基于張力弦振動(dòng)理論，通過(guò)測(cè)試?yán)髡駝?dòng)的基頻來(lái)計(jì)算索力值。根據(jù)索力的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，進(jìn)一步引導(dǎo)隨后的鋼絞線張拉的索力控制。

（1）振動(dòng)頻率法計(jì)算原理

使用連接到斜拉索的高靈敏度傳感器收集激勵(lì)下拉索的振動(dòng)信號(hào)。在對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜濾波，放大和分析等之后，可以確定斜拉索的固有頻率，并且根據(jù)固有頻率和索力之間的關(guān)系得到索力。

（2）自振頻率的確定

斜拉索抗側(cè)向變形的剛度由斜拉索的物理剛度和幾何剛度組成。在橋梁的正常運(yùn)行階段，斜拉索的剛度主要由幾何剛度提供。因此，在振動(dòng)頻率法中，可以忽略斜拉索的抗彎剛度，這不僅大大簡(jiǎn)化了拉索的固有頻率的計(jì)算，而且對(duì)索力計(jì)算結(jié)果的影響也很小。

（3）拉索振動(dòng)長(zhǎng)度的確定

在振動(dòng)頻率量測(cè)法中，如何確定拉索的振動(dòng)長(zhǎng)度對(duì)于精確計(jì)算索力也是至關(guān)重要的。在安裝施工階段減振器之前，索長(zhǎng)計(jì)算長(zhǎng)度一般取拉索上下兩個(gè)索孔出口處錨板中心的空間距離。安裝減振器后，減振器相當(dāng)于附加支撐，整根拉索被減振器分隔成三段：中間長(zhǎng)、兩端短;減振器對(duì)拉索有一定的約束作用，減小了拉索的自由長(zhǎng)度，拉索的振動(dòng)長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以糾正。

3.2索力控制流程

（1）斜拉索初張拉階段

在斜拉索張拉過(guò)程中，由監(jiān)控單位發(fā)出監(jiān)控指令，提供單鋼索線力值的初始張力，通過(guò)斜拉索上的壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)索力。在第18根鋼絞線、第36根鋼絞線以及55根鋼絞線張拉完成后，設(shè)置三個(gè)階段的動(dòng)態(tài)監(jiān)控流程。

斜拉橋各構(gòu)件在掛索過(guò)程中是一個(gè)漸變過(guò)程，因此在掛索時(shí)，每一根拉索的索力是同步發(fā)生變化的。制作安裝平行鋼絞線拉索的關(guān)鍵是控制單根鋼絞線索力均勻性（索力離散性）。因此，在本工程中采用等值張拉力法控制單根鋼絞線索力均勻性，同時(shí)進(jìn)行鋼索張拉。操作步驟如下：

①在張拉端第二排的第1根鋼絞線上安裝壓力傳感器，控制索力為P傳單，以減少PE管對(duì)控制索力的影響。

②后續(xù)按壓力傳感器變化值控制每根鋼絞線索的張拉力，索力為：

單根鋼絞線索的控制初張力為：

張拉設(shè)備及配套用壓力表和測(cè)力傳感器是控制索力的關(guān)鍵，其性能和質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)索力最有效的保障。因此施工單位要嚴(yán)格把控張拉設(shè)備及配套用壓力表和測(cè)力傳感器的進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量。每次斜拉索張拉前，必須對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，張拉設(shè)備用壓力表和測(cè)力傳感器必須經(jīng)過(guò)檢定和校準(zhǔn)，滿足要求后方可進(jìn)場(chǎng)使用。斜拉索張拉過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)需配備5套張拉設(shè)備及配套用壓力表和測(cè)力傳感器，其中1套備用。斜拉索張拉要求橫橋向左右同步進(jìn)行，縱橋向?qū)ΨQ張拉。

溫度變化會(huì)影響斜拉索的長(zhǎng)度，進(jìn)而影響拉索力。為減小溫度對(duì)拉索力的影響，斜拉索張拉應(yīng)在一天中溫度較低的時(shí)段進(jìn)行，必要時(shí)夜間張拉。為保證施工質(zhì)量，應(yīng)計(jì)算張拉前鋼絞線伸長(zhǎng)量。鋼絞線張拉力應(yīng)基于油壓表測(cè)定的索力值，以伸長(zhǎng)量作為校核。張拉前后需要觀測(cè)索塔與主梁間的變位情況。

（2）斜拉索二次調(diào)索階段

為了使每根索中的鋼絞線受力均勻，還需要在橋梁結(jié)構(gòu)完成后對(duì)斜拉索進(jìn)行二次調(diào)索。在掛索之前，選擇一根不受外界影響的鋼絞線，在其上安裝監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)傳感器安裝順序?yàn)椋褐ё鶋|板→監(jiān)測(cè)傳感器→單孔工作錨。

4結(jié)語(yǔ)

作為斜拉橋的重要受力構(gòu)件，斜拉索的施工質(zhì)量十分關(guān)鍵，關(guān)系到整個(gè)橋梁的安全性和耐久性。本工程應(yīng)用的OVMAT-55型群錨體系鋼絞線斜拉索具有運(yùn)輸簡(jiǎn)便、重量輕、可更換、張拉簡(jiǎn)便、維護(hù)簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)的橋梁建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越多。本文以商合杭高速鐵路跨潁河矮塔斜拉橋?yàn)槔?，介紹了群錨體系斜拉索施工工藝流程和等值法張拉控制過(guò)程，對(duì)類似橋梁的斜拉索施工提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 龍躍， 吳秋凡. OVM200鋼絞線群錨斜拉索的構(gòu)造及施工工藝[C]// 中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)年會(huì). 1996.

[2] 陳新培， 王二強(qiáng)， 姜洪偉. 平行鋼絞線斜拉索施工工藝[J]. 低溫建筑技術(shù)， 2014， 36（12）：72-74.