蕰藻浜大橋主纜系統(tǒng)施工方法

王培曉

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

0 引 言

隨著我國(guó)橋梁技術(shù)的發(fā)展，在跨江海、山區(qū)懸崖山谷等極限困難條件下，突破交通障礙并建立區(qū)域交通聯(lián)系已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。在眾多跨越障礙的橋梁中，自錨式懸索橋因其剛?cè)岵?jì)的美觀效果、優(yōu)異的受力特性、成熟的施工工藝等特點(diǎn)，在橋梁建設(shè)中越來(lái)越受到青睞[1]。自錨式懸索橋不設(shè)重力式地錨，主纜錨固于加勁梁梁端，加勁梁傳力于主纜，同時(shí)又承受主纜端部的水平與豎向分力，從而形成主梁存在較大的軸向壓力，為自平衡受力體系。與地錨式懸索橋相比可以不受地質(zhì)條件的影響，由于免去了巨大的錨錠，降低了工程造價(jià)[2]。自錨式懸索橋的施工方法與傳統(tǒng)地錨式懸索橋不同，一般采用先梁后纜的施工方法，特殊環(huán)境下也可采取技術(shù)措施，先纜后梁，然后進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，形成自錨體系。纜索系統(tǒng)的施工是自錨式懸索橋施工控制的重要部分，本文以薀藻浜大橋主橋?yàn)槔?，?duì)獨(dú)塔空間索面自錨式懸索橋纜索體系施工方法進(jìn)行論述，為同類工程提供借鑒。

1 工程概況

上海市嘉定區(qū)南翔大型居住區(qū)澄瀏南路跨蕰藻浜大橋主橋?yàn)楠?dú)塔空間索面自錨式懸索橋，孔跨布置為155 m+40 m+38.5m（見(jiàn)圖1）。主橋邊跨跨度為78.5 m，設(shè)置一個(gè)輔助墩，將邊跨跨度劃分為40 m+38.5 m；主跨跨度為155 m，邊跨與主跨跨度比為0.51。主梁分幅設(shè)置，通過(guò)鋼箱橫梁連接，形成縱橫梁體系。主跨主梁采用鋼箱梁，邊跨及錨跨主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，主跨橋塔附近設(shè)置鋼- 砼過(guò)渡段。主塔位于兩幅主梁的橫橋向中間位置，為獨(dú)柱型式。主塔在主梁下方設(shè)置一道橫梁，對(duì)主梁提供豎向支承。

圖1 薀藻浜大橋效果圖

全橋共設(shè)兩根主纜，其結(jié)構(gòu)為預(yù)制平行絲股（PWS），每根主纜由37 根127 絲φ5.1 mm 的鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成。每根鋼絲束極限破斷力為4 332.7 kN，主纜抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 670 MPa。主纜施工采用預(yù)制平行索股逐根架設(shè)的方法（PPWS）。

吊索順橋向間距為10 m，在主跨錨固于鋼箱梁橫橋向兩端，采用單吊索。全橋共有吊索28 根，采用低松弛預(yù)應(yīng)力鍍鋅鋼絲，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa。主跨端部1 號(hào)吊桿和14 號(hào)吊桿采用127-φ7 鍍鋅平行鋼絲束，其余吊索均采用91-φ7 鍍鋅平行鋼絲束。

2 纜索系統(tǒng)施工難點(diǎn)

（1）薀藻浜大橋主橋?yàn)楠?dú)塔空間索面自錨式懸索橋, 主纜集中錨固于加勁梁兩端橫梁上，懸索受拉，加勁梁受壓，形成內(nèi)部自身平衡體系，而傳統(tǒng)懸索橋則依靠加勁梁重力傳遞于主纜，使得主纜承受巨大拉力，通過(guò)主纜兩端錨固于兩端地錨結(jié)構(gòu)上形成平衡體系，這是兩者結(jié)構(gòu)受力上的根本區(qū)別。自錨式懸索橋是自身受力平衡系統(tǒng),它不能借助外力來(lái)平衡自身內(nèi)部的力，故只有索塔兩側(cè)荷載對(duì)稱平衡才能保證全橋力的均衡。平衡、對(duì)稱原理是自錨式懸索橋設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，更是施工過(guò)程中必須遵循和控制的重點(diǎn)。

（2）薀藻浜大橋纜索系統(tǒng)為空間結(jié)構(gòu)，從空纜到成橋的施工過(guò)程中，主纜的空間變形及吊桿轉(zhuǎn)角比較大，吊桿之間的相互影響使吊桿的張拉調(diào)整極其復(fù)雜，吊桿的調(diào)整施工控制難度大，體系轉(zhuǎn)換難度大。

（3）對(duì)于大跨度自錨式懸索橋而言，要求結(jié)構(gòu)內(nèi)力和標(biāo)高的最終狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求，控制主纜索股無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度、錨跨索股張力勻值性、對(duì)索夾初始安裝位置和主索鞍分階段頂推的控制、以及吊桿加載張拉方案優(yōu)化難度大。

（4）獨(dú)塔空間索面自錨式懸索橋相對(duì)于傳統(tǒng)地錨懸索橋的索股更為復(fù)雜：首先，空纜時(shí)的初始安裝應(yīng)力及鋼絲彈性伸長(zhǎng)值?。黄浯?索股在水平及豎向兩個(gè)方向的彎曲，鋼絲長(zhǎng)度在股內(nèi)不能較好的補(bǔ)嘗，存在長(zhǎng)度差。導(dǎo)致空間索面自錨式懸索橋的索股架設(shè)中出現(xiàn)鼓絲的現(xiàn)象比地錨懸索橋架設(shè)要相對(duì)嚴(yán)重，架設(shè)好這樣的索股難度大。

（5）邊跨兩根主纜平行間距為1 m，而纏絲機(jī)寬度為2.4 m 左右，單側(cè)至少需要約1.2 m 的間隙，操作空間不足，無(wú)法進(jìn)行纏絲。

3 施工采取措施

（1）為滿足空纜到成橋的施工過(guò)程中，主纜的橫橋向位移及吊桿轉(zhuǎn)角比較大的情況，針對(duì)這一難點(diǎn)，優(yōu)化吊桿結(jié)構(gòu)，在吊桿的下端錨圈下設(shè)置推力關(guān)節(jié)軸承，上端銷軸設(shè)置關(guān)節(jié)軸承，提高吊桿在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的調(diào)整能力，適應(yīng)主纜在位移中的產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，見(jiàn)圖2。

圖2 吊桿上端及下端轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖

（2）針對(duì)主纜線型控制，在架設(shè)中控制好基準(zhǔn)索股的線型，通過(guò)反復(fù)觀察和調(diào)整達(dá)到控制指令及規(guī)范對(duì)架設(shè)的精度要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一般索股的架設(shè)。為確保主纜內(nèi)各鋼絲受力均勻，在主纜架設(shè)中，各索股進(jìn)入鞍座槽路，應(yīng)處于自由懸掛、若即若離的狀態(tài)，量測(cè)其中點(diǎn)的矢高，進(jìn)行調(diào)股。索夾的施工放樣在懸索橋施工中是相當(dāng)重要的一環(huán)。索夾的位置準(zhǔn)確與否，將關(guān)系到結(jié)構(gòu)受力狀況。因此在這一環(huán)節(jié)，我們主要采取加強(qiáng)測(cè)控，反復(fù)測(cè)量，多種手段相互效核的辦法保證索夾的定位位置準(zhǔn)確。

（3）與其他工程不同，索股牽引系統(tǒng)中主纜索股輸送的滾輪全部采用滾動(dòng)軸承，這極大的減小了索股在牽引過(guò)程中的阻力，使索股牽引過(guò)程中鋼絲串動(dòng)減少，保持索股的原態(tài)。在索股的關(guān)鍵點(diǎn)（轉(zhuǎn)索鞍起彎點(diǎn)，主索鞍起彎點(diǎn)等），用特殊工裝加強(qiáng)這些點(diǎn)的夾持握裹，使索股鋼絲在這些點(diǎn)位不產(chǎn)生串動(dòng)，其目的是均勻分配股內(nèi)不相等的長(zhǎng)度差。同樣采用特殊工裝梳理在各起彎點(diǎn)產(chǎn)生的股絲，使其沿全索股均勻分配。

（4）針對(duì)邊跨兩根主纜平行間距不足的問(wèn)題，在邊跨靠近主索鞍和轉(zhuǎn)索鞍的第一個(gè)索夾位置用千斤頂橫向撐開主纜，使主纜橫向間距達(dá)2 m 左右（便于纏絲機(jī)正常工作）。如此以后，中間的主纜均可采用纏絲機(jī)進(jìn)行纏絲，靠?jī)啥说乃鲓A段內(nèi)主纜采用人工纏絲的方式進(jìn)行纏絲，見(jiàn)圖3。

圖3 原主纜間距及主纜撐開后示意圖

4 纜索系統(tǒng)施工方法介紹

4.1 牽引系統(tǒng)施工

牽引系統(tǒng)是主纜索股架設(shè)的必備設(shè)備，它的優(yōu)劣直接影響到主纜架設(shè)的成敗和質(zhì)量,主纜拽拉牽引系統(tǒng)采用單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)，牽引系統(tǒng)的牽引索兩端分別卷入主、副卷?yè)P(yáng)機(jī)，一端用于卷繩進(jìn)行牽引，另一端用于放繩，兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置聯(lián)動(dòng)，使?fàn)恳髯魍鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。采用單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；且容易實(shí)現(xiàn)較大的牽引力，牽引作業(yè)時(shí)能控制速度等特點(diǎn)。

（1）在牽引系統(tǒng)方案確定后結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地、索盤運(yùn)輸?shù)缆窢顩r等實(shí)際因素，5 t 主牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)布置在錨固端橫梁面上，放索區(qū)布置在一側(cè)，對(duì)應(yīng)的3 t 副卷?yè)P(yáng)機(jī)放置在另一側(cè)岸，牽引過(guò)程采用人工打梢收放牽引繩，形成一套單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)。牽引系統(tǒng)分別由主、副卷?yè)P(yáng)機(jī)、牽引滑道、轉(zhuǎn)向滑輪組、錨梁和塔頂門架、φ26 承重索、φ16 牽引索等組成，總體布置見(jiàn)圖4。

圖4 纜索牽引系統(tǒng)示意圖

（2）主纜拽拉牽引系統(tǒng)采用單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)，相對(duì)設(shè)置承重索，以用于主纜索股架設(shè)支承索股錨頭及其它的吊運(yùn)。承重索采用φ26 mm 鋼絲繩,分別錨固于塔頂門架及主梁預(yù)埋位置，其矢跨比選擇略小于主纜線形。承重索上安裝3 t開口滑車作跑馬滑車，滑車下懸掛2 t手拉葫蘆用于調(diào)整主纜索股的錨頭與滑道的間距，讓錨頭始終高于滾輪支架20～30 cm，布置見(jiàn)圖5。承重索在塔端錨固采用鋼絲繩夾直接與塔頂?shù)跹b鋼架連接，梁端錨固采用同貓道承重索一致的錨固方式。

圖5 主纜牽引示意圖

4.2 主纜索股架設(shè)施工

4.2.1 索股的牽引

（1）通過(guò)牽引索攜持主纜索股，從放束場(chǎng)出發(fā)向另一側(cè)行進(jìn),牽引速度以15 m/min 左右為宜,牽引最初幾根索時(shí)，要降低牽引速度。在牽引過(guò)程中設(shè)專人隨索股錨頭前進(jìn)，全程跟蹤，隨時(shí)用承重索上的手拉葫蘆調(diào)整錨頭的高度，防止錨頭與貓道碰，注意臨時(shí)承重繩在受力后出現(xiàn)下?lián)?以及扭轉(zhuǎn)、磨損及鋼絲鼓絲等現(xiàn)象出現(xiàn)。

（2）每個(gè)塔頂設(shè)專人負(fù)責(zé)錨頭的交替轉(zhuǎn)換，在這里輔以2 t 手拉葫蘆協(xié)助攜持裝置及錨頭翻過(guò)塔頂。

（3）前錨頭牽引到達(dá)前端橫梁錨管口，解除錨頭與承重索上的手拉葫蘆的連接。檢查整根索股的扭轉(zhuǎn)情況，從前端錨頭開始往后端錨頭方向用人工將索股扭正，保證有紅色絲的平面平行朝上，且紅色絲位于六邊形的右上角。

4.2.2 索股橫移整形入鞍

（1）當(dāng)索股牽拉到位后，在每個(gè)塔頂距索鞍兩側(cè)約5 m 位置分別將握索器安裝在索股上，并將它與掛在門架上的手拉葫蘆相連，通過(guò)收緊手拉葫蘆把索股從貓道滑輪上提起，當(dāng)平穩(wěn)、緩緩地把索股主索鞍部分同步提升到索塔頂主索鞍上方約30 cm 后，停穩(wěn)，檢查并確認(rèn)全跨徑索股已完全離開滑輪，用手拉葫蘆將索股橫向移到索鞍承纜槽正上方，等待整形（見(jiàn)圖6）。

圖6 索股提升及橫移就位

（2）預(yù)制索股為六邊形，在索股入鞍前需將索股整形成矩形斷面。在距索鞍兩側(cè)約0.8 m 處的索股上安裝六邊形夾具，拆除兩個(gè)六邊形夾具之間索股的綁扎帶，在距索鞍約0.5 m 處開始用四邊形整形器將索鞍部分索股整形成矩形，整形時(shí)用短鋼片分層整理，以保證整形效果。整形時(shí)將四邊形整形器從邊跨往中跨方向梳理前移，并用木錘或橡皮錘敲打索股表面，使索股在索鞍段全部整成設(shè)計(jì)形狀的矩形，用四邊形定形夾具和不干膠布每隔2 m 進(jìn)行固定。

（3）整形完成后，兩吊鉤同時(shí)平緩下降，將整形后的索股放入索鞍承纜槽內(nèi)規(guī)定的位置。入鞍方向：塔頂鞍座部位是從邊跨側(cè)向中跨側(cè)進(jìn)行，入鞍時(shí)嚴(yán)格控制索股紅色絲在索鞍的位置，以防索股的扭轉(zhuǎn)。入鞍時(shí)將索股在索鞍的標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，并用木楔楔緊。

4.2.3 主纜線形調(diào)整

（1）基準(zhǔn)索股主跨與邊跨跨中垂度調(diào)整方法是采用三角高程法測(cè)量，利用在跨中設(shè)置棱鏡測(cè)出基準(zhǔn)索股跨中點(diǎn)高程，計(jì)算出索股跨中點(diǎn)垂度，與設(shè)計(jì)垂度比較，依據(jù)垂度調(diào)整表，計(jì)算出索股需移動(dòng)調(diào)整長(zhǎng)度，同時(shí)進(jìn)行溫度修正，來(lái)進(jìn)行垂度調(diào)整。在單根基準(zhǔn)索股的絕對(duì)垂度滿足要求的同時(shí)，要調(diào)整兩根索股的相對(duì)垂度。

（2）主跨垂度調(diào)整完以后，開始調(diào)整邊跨垂度。邊跨調(diào)整方法采用在端橫梁后端的主纜錨墊板上安裝千斤頂張拉索股，通過(guò)調(diào)整螺母在錨具上的位置來(lái)調(diào)整邊跨主纜索股的長(zhǎng)度，即調(diào)整索股邊跨的垂度，直至邊跨線形符合設(shè)計(jì)要求。

（3）在穩(wěn)定的溫度時(shí)間內(nèi)，多次觀察索股垂度，并連續(xù)觀察三個(gè)夜晚以上，確認(rèn)基準(zhǔn)索股垂度穩(wěn)定度達(dá)到要求。如觀察中，因天氣或其它原因引起變化，需重新調(diào)整直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2.4 主纜緊纜

構(gòu)成主纜的全部索股的垂度調(diào)整結(jié)束后，各索股之間，索股內(nèi)部都存在空隙，其表觀直徑比所要求的直徑大的多。為了能夠順利地進(jìn)行索夾安裝及纏絲作業(yè)，需要把主纜截面緊固為圓形，盡可能縮小內(nèi)部空隙，緊纜施工分為預(yù)緊纜和正式緊纜。

（1）首先要進(jìn)行預(yù)緊纜，主纜架設(shè)完了后即使垂度調(diào)整好了的索股群，如果索股之間產(chǎn)生溫度差，索股的排列就會(huì)產(chǎn)生微妙的變化，因此夜間溫度均勻，排列整齊的索股，到了白天，受日照的影響也會(huì)產(chǎn)生起伏、扭曲等紊亂現(xiàn)象。在夜間溫度條件好的情況下，主纜表面溫度趨于一致時(shí)，拆除掉主纜形狀保持器后馬上進(jìn)行預(yù)緊纜作業(yè)。緊纜順序采用跳躍方式，均由邊跨、中跨自跨中、四分點(diǎn)、八分點(diǎn)位置向兩邊緊纜。 首先將預(yù)緊點(diǎn)附近6～7 m 范圍的外層綁扎帶解掉，索股的綁扎帶采取邊預(yù)緊邊拆除的辦法，不要一次全部拆光，在主纜外層包上一層起保護(hù)作用的麻布袋或塑料布條。用φ10 mm 鍍鋅鋼絲繩千斤頭配合手拉葫蘆捆扎主纜，人工收緊主纜，用大木錘沿主纜周圍敲打、振動(dòng)，初整圓后用鋼帶打包機(jī)在主纜上每隔3～5 m 打上一道鋼帶，帶扣放在索股群的側(cè)下方。按上述順序先疏后密的進(jìn)行，直至把索股群大致整成圓形為止，且預(yù)緊纜的目標(biāo)空隙率在24%～28%之間。

（2）預(yù)緊纜作業(yè)完成后，進(jìn)行正式緊纜，使用主纜緊纜機(jī)將主纜截面緊固為圓形，并達(dá)到設(shè)定的空隙率（一般目標(biāo)空隙率設(shè)定為20%±l‰左右）。每隔l m 左右緊固一次。當(dāng)緊纜機(jī)緊固到預(yù)緊纜時(shí)所捆扎的軟鋼帶的位置時(shí)，要將其拆除掉，以免影響緊固效果。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）空間索面自錨式懸索橋纜索系統(tǒng)，從空纜到成橋過(guò)程中，空間變形大，受力復(fù)雜，應(yīng)從吊桿的張拉程序上進(jìn)行優(yōu)化，使每根吊索張拉前其轉(zhuǎn)角及位移能進(jìn)入其可調(diào)整的范圍。

（2）預(yù)緊纜過(guò)程中，應(yīng)理順外層索股鋼絲，不得出現(xiàn)交叉及竄絲現(xiàn)象，緊纜過(guò)程中，纜索吊吊掛緊纜機(jī)，處于受力狀況，防止緊纜機(jī)失穩(wěn)側(cè)翻，緊纜機(jī)行走要?jiǎng)蛩?、平穩(wěn)，防止側(cè)翻失穩(wěn)。