懸索橋主纜索股在深槽索鞍約束條件下的入鞍施工技術(shù)

張海良 何旭初 湯亮

一、工程概述

溫州甌江北口大橋是甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線和溫州市南金公路兩大項(xiàng)目跨越甌江的控制性工程，主橋?yàn)椤叭目珉p層鋼桁梁”懸索橋（主纜跨度230+800+800+358m）。中間主塔受主纜荷載偏差影響，需提高主纜與中塔主鞍座間的抗滑移摩擦系數(shù)，以提高抗滑移安全系數(shù)，在鞍座內(nèi)設(shè)計(jì)豎向隔板以提高主纜的抗滑性能。傳統(tǒng)的索鞍鞍槽隔板分節(jié)設(shè)計(jì)，在甌江北口大橋中間塔索鞍設(shè)置了深槽索鞍，隔板通長(zhǎng)焊接在鞍槽底部，鞍槽最深處929.5mm。傳統(tǒng)的索股入鞍施工技術(shù)不能適應(yīng)固定長(zhǎng)隔板深槽索鞍，需要開發(fā)全新的深槽入鞍裝置和入鞍施工技術(shù)。

大橋全橋共2根主纜，采用預(yù)制平行鋼絲索股PPWS，每根索股由127根直徑為5.4mm高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲組成，單纜通長(zhǎng)股數(shù)169股，全橋主纜通長(zhǎng)索股共338股。主纜直徑874mm，通長(zhǎng)索股2295m。

二、現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)和索股深槽入鞍難點(diǎn)

1.預(yù)制成型索股制造、入鞍技術(shù)

預(yù)制成型索股制造技術(shù)即將傳統(tǒng)六邊形單元索股在工廠內(nèi)編制時(shí)將索鞍處預(yù)制制造成與索鞍鞍槽尺寸相匹配的四邊形，便于主纜索股架設(shè)時(shí)直接入鞍操作，提高索股架設(shè)質(zhì)量和功效，減小傳統(tǒng)六邊形索股整形入鞍時(shí)對(duì)索股鋼絲帶來的損傷。

主纜索股預(yù)成型技術(shù)可保護(hù)主纜索股鋼絲鍍層在入鞍時(shí)索股鋼絲鍍鋅層不受損傷，提高現(xiàn)場(chǎng)放索的質(zhì)量和功效，節(jié)省大量的安裝時(shí)間。在美國(guó)舊金山奧克蘭海灣大橋、貴州抵母河大橋、云南龍江特大橋等國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目上廣泛使用，得到各方好評(píng)。

甌江北口大橋主纜索股采用預(yù)成型制造技術(shù)，直接在中塔入鞍時(shí)落入深鞍槽。

2.深槽入鞍施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

（1）超深鞍槽索股入鞍頂推問題。傳統(tǒng)入鞍方法采用木方對(duì)索股頂推固定，深鞍槽帶來木方頂推時(shí)不能快速固定壓實(shí)，頂入時(shí)對(duì)木方的敲擊可能會(huì)引起索股亂絲、挑絲，索股到位后難以保證索股不會(huì)再次振動(dòng)，引起木方松動(dòng)。對(duì)此需要設(shè)置索股跟隨壓實(shí)裝置，索股形狀約束裝置。

（2）索股入鞍時(shí)對(duì)索股形狀的約束。傳統(tǒng)索股入鞍采用鋼片將索股截面由六邊形改為矩形，鋼片不能進(jìn)入鞍槽隔板。甌江北口大橋的鞍槽深度摩擦，隔板深度726～929.5mm，鞍槽弧長(zhǎng)約6900mm，鞍槽內(nèi)有約1.5m左右的索股截面無法約束，索股整型無法保證。入鞍工程中的索股出現(xiàn)亂絲、跳絲。對(duì)此運(yùn)用索股預(yù)制成型技術(shù)，能可靠保證索股入鞍的形狀和質(zhì)量。入鞍過程用輔助支撐約束裝置，保證索股入鞍過程平順。

（3）索股入鞍后對(duì)鞍槽內(nèi)索股的固定。傳統(tǒng)索股入鞍后采用若干根木方對(duì)索股固定，由于深槽隔板后續(xù)索股入鞍時(shí)，松動(dòng)木方會(huì)導(dǎo)致前入索股松散。對(duì)此設(shè)計(jì)專業(yè)自動(dòng)約束跟隨支撐裝置。

（4）索股入鞍過程對(duì)隔板變形的控制。鞍槽最深處929.5mm，按傳統(tǒng)方法入鞍時(shí)需外力敲打、敲擊索股才能緩慢入鞍，施工過程易導(dǎo)致隔板變形，影響后期索股入鞍。保證隔板間距，需采用專用鞍槽隔板定位工裝。對(duì)此在設(shè)計(jì)中設(shè)置專用鞍槽隔板定位工裝。

三、單元索股深槽入鞍方案設(shè)計(jì)

1.入鞍方案設(shè)計(jì)

針對(duì)工程特點(diǎn)并結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行了多次模擬深槽索鞍索股入鞍試驗(yàn)。開發(fā)總結(jié)了“懸索橋主纜索股在深槽索鞍約束條件下的入鞍施工技術(shù)”，設(shè)計(jì)了專用入鞍工裝、裝置，優(yōu)化了入鞍方案，進(jìn)行多次的1∶1模擬入鞍試驗(yàn)驗(yàn)證，以達(dá)到正確快捷入鞍的要求。

2.模擬試驗(yàn)索鞍、輔助工裝、專用設(shè)備設(shè)計(jì)

實(shí)橋索鞍內(nèi)設(shè)14道豎向摩擦板，板厚12～16mm，高726～929.5mm，豎向摩擦板橫向凈距61mm，材料選用Q345C。豎向摩擦板沿高度方向?yàn)檎w結(jié)構(gòu)，沿順橋向分別為對(duì)稱的兩塊，底部與索鞍鞍槽焊接，是主纜抗滑中的重要受力構(gòu)件，其受力特點(diǎn)主要為順橋向抗剪。

（1）試驗(yàn)用模擬索鞍設(shè)計(jì)。模擬索鞍由槽板、隔板、型鋼等焊接組裝而成。槽板和隔板采用Q345C鋼板焊接組裝為鞍體，支架采用型鋼焊接組裝而成。鞍槽尺寸：6700×58.8×945mm，索股與鞍槽單邊間隙按0.8mm設(shè)計(jì)，與實(shí)橋單元索股與鞍槽的設(shè)計(jì)間隙一致，弧長(zhǎng)6900mm，鞍座高3.76m。為便于觀察索股入鞍過程和成型情況，一側(cè)隔板采用有機(jī)玻璃。

（2）索股牽引定型滾輪、預(yù)成型索股吊鉤、齒形整型夾具。索股牽引定型滾輪，可在索股上靈活移動(dòng)，增加入鞍操作的靈活度，避免索股鍍層被破壞。預(yù)成型索股吊鉤便于移動(dòng)吊點(diǎn)位置和拆卸。采用軌道式齒形夾具對(duì)預(yù)成型索股進(jìn)行梳理，保證索股入鞍前截面形狀。

（3）鞍槽固定卡板、精確尺寸的木楔。索股進(jìn)入鞍槽后，每0.5～0.6m用規(guī)格為59×59×1100mm木楔固定索股，兩個(gè)木楔之間用鞍槽固定卡板固定鞍槽頂部，可保證索股截面形狀和防止隔板變形。

（4）頂推機(jī)械臂。頂推機(jī)械臂配備氣缸及吸鐵，吸鐵將工裝固定在鞍槽兩側(cè)隔板頂部提供反力支撐，氣推機(jī)械臂推動(dòng)索股深入鞍槽底部可直接將索股頂推到位，再用木楔固定已入鞍索股，采用自動(dòng)化操作，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

（5）支撐約束三角架。索股入鞍時(shí)需有支撐，對(duì)索股反頂約束，使索股在保持現(xiàn)狀下平順緩慢落入鞍槽內(nèi)，引導(dǎo)預(yù)成型索股平順入鞍，防止索股下表面出現(xiàn)散絲、亂絲現(xiàn)象，保證索股入鞍截面穩(wěn)定，支撐約束三角架采用不銹鋼或尼龍類材料制造，下端設(shè)置滾動(dòng)輪。

四、索股模擬入深鞍槽驗(yàn)證試驗(yàn)

確定了單元索股在深槽索鞍約束條件下的入鞍施工方案后，進(jìn)行了15根索股入鞍模擬施工、模擬驗(yàn)證試驗(yàn)。

1.模擬試驗(yàn)和驗(yàn)證過程

（1）索股橫移：采用卷揚(yáng)機(jī)提起主纜索股，鞍座上方的索股采用矩形吊具，起吊后對(duì)索股進(jìn)行橫移，兩端施加拉力；

（2）確定位置：確定截面形狀，標(biāo)記絲位置正確，確定起始標(biāo)記點(diǎn)與索鞍位置，緩慢降下索股，由起點(diǎn)向中點(diǎn)方向?qū)⑺鞴蓪?dǎo)入鞍槽；

（3）索股入鞍：采用支撐約束三角架和頂推機(jī)械臂從上下兩個(gè)方向?qū)︿摻z約束，防止散絲，機(jī)械臂向下頂索股，支撐約束三角架移動(dòng)，保持機(jī)械臂、約束裝置與索股接觸，散開第二個(gè)定型夾箍后，采用齒形整型夾具向后梳理索股，同時(shí)逐步拆除繞包帶和預(yù)成型夾箍，逐步將索股導(dǎo)入鞍槽就位；

（4）索股固定：當(dāng)索股逐漸就位后，每導(dǎo)入約0.5m安裝一根木楔，將索股固定在鞍槽上，安裝木楔前使用脹緊楔先將索股定位，保證鋼絲不竄動(dòng)；

（5）入鞍完成：索股預(yù)成型段全部入鞍后，拆除前后兩端的鋼質(zhì)夾箍，并準(zhǔn)備下一根索股的入鞍；

（6）第二根索股開始入鞍前，去除第一層定位的全部木楔，重復(fù)第一根索股入鞍步驟至全部索股入鞍。

2.試驗(yàn)總結(jié)

（1）驗(yàn)證了深槽索鞍入鞍的技術(shù)特點(diǎn)：索股預(yù)制成型技術(shù)能可靠保證索股入鞍的形狀和質(zhì)量；入鞍過程需有專用輔助支撐約束裝置，保證索股入鞍過程平順；入鞍過程會(huì)導(dǎo)致索鞍隔板變形量大，設(shè)置專用鞍槽隔板定位工裝保證隔板間距。

（2）完善了“懸索橋主纜索股在深槽索鞍約束條件下的入鞍施工技術(shù)”，操作順利，成功設(shè)計(jì)開發(fā)一整套適用于深鞍槽專用主纜索股入鞍輔助工裝、專用設(shè)備，并結(jié)合模擬試驗(yàn)驗(yàn)證，編制了作業(yè)指導(dǎo)書指導(dǎo)索股正式架設(shè)入鞍。

（3）15束單元索股入鞍試驗(yàn)驗(yàn)證，索股最上層仍然保持平整、無亂絲。索股標(biāo)記絲、標(biāo)記點(diǎn)位置無錯(cuò)位，入鞍后標(biāo)記點(diǎn)位置準(zhǔn)確。

（4）模擬索股入鞍操作時(shí)間基本控制30min左右，熟練操作后可達(dá)到15min左右。

五、結(jié)語

通過多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和對(duì)實(shí)橋應(yīng)用情況的綜合考慮，設(shè)計(jì)一整套適用于深鞍槽約束條件下專用主纜索股入鞍工裝、設(shè)備，運(yùn)用預(yù)制成型制造技術(shù)，解決深鞍槽入鞍問題，入鞍過程平順，達(dá)到了索股入鞍時(shí)在鞍槽內(nèi)不跳絲、不鼓絲、不損傷鋼絲，提高現(xiàn)場(chǎng)索股架設(shè)的質(zhì)量和功效，為實(shí)橋索股架設(shè)提供參考支撐。