山區(qū)懸索橋主纜架設(shè)施工方法技術(shù)創(chuàng)新

王漢玲

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都 610031)

主纜作為懸索橋最重要的主受力構(gòu)件，主纜索股架設(shè)后的線形決定了懸索橋成橋線形，因此主纜架設(shè)是懸索橋施工過程中最關(guān)鍵的施工步驟[1]，并且懸索橋主纜施工精度對(duì)全橋成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)線形及受力均有決定性的影響，因此施工過程中需要格外重視主纜架設(shè)施工精度，提高主纜架設(shè)施工精度以保障全橋成橋線形及受力滿足要求[2]。

對(duì)于山區(qū)懸索橋而言，架設(shè)環(huán)境非常惡劣，溫度和風(fēng)力變化較大，往往難以達(dá)到主纜索股垂度調(diào)整的氣象要求，極端情況下會(huì)使得索架設(shè)施工延誤數(shù)月，嚴(yán)重影響橋梁施工進(jìn)度的安排，且多變的氣象條件對(duì)主纜的架設(shè)精度和質(zhì)量也將造成較大影響。如沿襲懸索橋主纜架設(shè)的常規(guī)方法，則可能導(dǎo)致施工進(jìn)度的拖延以及施工經(jīng)濟(jì)性的惡化。為此需要針對(duì)性地采取一些創(chuàng)新技術(shù)，解決山區(qū)惡劣氣候環(huán)境對(duì)主纜架設(shè)的影響。本文以赤水河大橋?yàn)楣こ瘫尘?，介紹在山區(qū)懸索橋主纜架設(shè)施工方法創(chuàng)新，可為類似工程提供一些參考。

1 主纜架設(shè)常規(guī)施工方法

主纜架設(shè)方法主要有空中編纜法(AS法)和預(yù)制平行絲股法(PPWS法)，我國(guó)近年修建的大跨徑懸索橋大多采用了預(yù)制絲股法。采用預(yù)制絲股架設(shè)主纜，先根據(jù)主纜索股無應(yīng)力下料長(zhǎng)度在預(yù)制場(chǎng)提前制作主纜索股，預(yù)制索股進(jìn)場(chǎng)后利用拽拉設(shè)施將預(yù)制索股通過貓道拽拉架設(shè)。牽引結(jié)束后，將索股從滾輪上提起并橫移至鞍座上方，整形后入鞍。待晚上氣溫穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行索股垂度調(diào)整，即對(duì)基準(zhǔn)索股的跨中絕對(duì)標(biāo)高和一般索股的跨中相對(duì)標(biāo)高進(jìn)行控制調(diào)整、錨固。

主纜索股分為基準(zhǔn)索股和一般索股，所以主纜索股垂度調(diào)整分為基準(zhǔn)索股和一般索股垂度調(diào)整2種[3]。基準(zhǔn)索股采用絕對(duì)高程法來調(diào)整垂度；一般索股采用相對(duì)高程法進(jìn)行垂度調(diào)整。索股垂度調(diào)整對(duì)氣候條件有著較為嚴(yán)苛的要求。一般在夜間溫度穩(wěn)定且風(fēng)力較小之后進(jìn)行，溫度穩(wěn)定的要求是長(zhǎng)度方向索股的溫差ΔT≤2 ℃，斷面方向索股的溫差ΔT≤1 ℃[4]。若不具備溫度穩(wěn)定的條件、風(fēng)力超過12 m/s(六級(jí)風(fēng))、存在雨霧，則要等條件成熟再進(jìn)行調(diào)整。

通長(zhǎng)索股垂度調(diào)整順序是先中跨后邊跨，最后調(diào)整錨跨。索股線形變化時(shí)，跨中某點(diǎn)的高程和里程都會(huì)發(fā)生變化，因此，可以多次測(cè)量索股實(shí)際展示出來的線形(垂度)，再根據(jù)實(shí)測(cè)線形去反算該跨的實(shí)際長(zhǎng)度，與該跨所需理論長(zhǎng)度對(duì)比后，將多余的索股長(zhǎng)度調(diào)出去或者短了的索股長(zhǎng)度從鄰跨調(diào)進(jìn)來，先調(diào)整中跨，將中跨誤差調(diào)到邊跨，再調(diào)整邊跨，將邊跨調(diào)到錨跨，最終所有的索股長(zhǎng)度誤差被趕往錨跨，而錨跨具有長(zhǎng)度調(diào)節(jié)拉桿，最終通過錨跨張拉及錨跨拉桿工作長(zhǎng)度的調(diào)整把誤差消掉。錨跨則利用千斤頂張拉索股張力進(jìn)行調(diào)整，垂度調(diào)整完成后，應(yīng)作上標(biāo)記，以便后續(xù)索股架設(shè)時(shí)檢查有無滑移。且基準(zhǔn)索股調(diào)整完成后，必須連續(xù)觀測(cè)3個(gè)晚上，確認(rèn)基準(zhǔn)索股誤差在允許范圍內(nèi)。

2 工程概況

赤水河大橋的主橋?yàn)橹骺? 200 m的雙塔單跨簡(jiǎn)支鋼桁架加勁梁懸索橋，主纜計(jì)算跨徑325 m+1 200 m+205 m，垂跨比 1∶9.6。結(jié)構(gòu)整體布置圖如圖1所示。

圖1 赤水河大橋整體布置(單位：cm)

全橋設(shè)兩根通長(zhǎng)主纜，主纜中心距為27 m，采用預(yù)制平行鋼絲索股法(PPWS)制作。單根主纜由169股通長(zhǎng)索股組成。每根預(yù)制索股由91根直徑為φ5.35 mm的高強(qiáng)度鍍鋅鋁鋼絲組成。鋼絲的公稱抗拉強(qiáng)度1 860 MPa。主纜在架設(shè)時(shí)豎向排列成尖頂?shù)慕普呅危o纜后主纜為圓形。索夾內(nèi)孔隙率18 %，直徑為φ733 mm，索夾外孔隙率20 %，直徑為φ742 mm。

索股兩端設(shè)索股錨頭，索股錨頭采用熱鑄錨，在錨杯內(nèi)澆注鋅銅合金，使主纜鋼絲與錨杯相連。錨杯內(nèi)錨固錐體的錐角及錨固長(zhǎng)度采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定，錨固力及可靠性通過足尺試驗(yàn)驗(yàn)證。

3 基于多股多標(biāo)準(zhǔn)絲的懸索橋主纜索股標(biāo)記點(diǎn)架設(shè)法

目前對(duì)于主纜索股的制造，采用單根標(biāo)準(zhǔn)絲標(biāo)定長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)絲上的長(zhǎng)度標(biāo)記點(diǎn)即是索股上的長(zhǎng)度標(biāo)記點(diǎn)。若主纜架設(shè)時(shí)采用多標(biāo)準(zhǔn)絲來標(biāo)定一根索股的長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)絲和主纜索股工藝制造工藝與現(xiàn)有工藝一致，但索股成股后，索股長(zhǎng)度標(biāo)記點(diǎn)取各標(biāo)準(zhǔn)絲位置的平均值，如此便可以提高索股長(zhǎng)度的精度；采用多基準(zhǔn)索股來進(jìn)行架設(shè)，主纜索股工藝制造工藝與現(xiàn)有工藝一致，但多根基準(zhǔn)索股架設(shè)后，對(duì)多基準(zhǔn)索股相對(duì)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量和修正，如此便可以提高主纜的精度。當(dāng)精度提高到一定程度后，索股架設(shè)就可以采用與索鞍上的標(biāo)記點(diǎn)對(duì)位安裝而不必進(jìn)行復(fù)雜的索股垂度調(diào)整。

3.1 前期工作

首先為了防止上層索股擠壓下層索股，也使已架索股在緊纜前能夠通風(fēng)散熱，索股各層之間需留一些間隙，需要確定跨中截面最大層距Δ。

然后通過有限元建模計(jì)算，得到主纜索股無應(yīng)力長(zhǎng)度L，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮索股各層之間預(yù)留間隙Δ的影響。每根索股的長(zhǎng)度應(yīng)分段給出，分段點(diǎn)為各索鞍IP位置、各跨跨中點(diǎn)、錨固點(diǎn)。以三跨主纜懸索橋?yàn)槔?，可分?段9個(gè)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)志位置如圖2 所示分別是：m0為左岸錨頭澆注時(shí)錨杯口與索股相對(duì)位置點(diǎn)；m1為左岸散索鞍豎彎切點(diǎn)(切斷面)；m2為左岸跨跨中標(biāo)記點(diǎn)；m3為左岸主索鞍標(biāo)記點(diǎn)；m4為中跨跨中標(biāo)記點(diǎn)；m5為右岸主索鞍標(biāo)記點(diǎn)；m6為右岸跨跨中標(biāo)記點(diǎn)；m7為右岸散索鞍豎彎切點(diǎn)(切斷面)；m8為右岸錨頭澆注時(shí)錨頭與鋼絲的相對(duì)位置標(biāo)記點(diǎn)。

圖2 三跨懸索橋標(biāo)記點(diǎn)位置(單位：m)

最后根據(jù)索股長(zhǎng)度與線形的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系、多標(biāo)準(zhǔn)絲和多索股對(duì)精度提升的關(guān)系式以及規(guī)范對(duì)主纜索股架設(shè)精度的要求確定出滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)絲根數(shù)以及基準(zhǔn)索股根數(shù)。為便于測(cè)量，選出的多根標(biāo)準(zhǔn)絲建議排布于基準(zhǔn)索股的頂部或側(cè)面位置，基準(zhǔn)索股位置建議選在各個(gè)角點(diǎn)索股、每列的第一根索股和端列的中心索股。

3.2 索股及鞍座制造

將檢驗(yàn)合格的鋼絲經(jīng)牽引至標(biāo)準(zhǔn)絲生產(chǎn)線，利用室內(nèi)基線分段法或者其它精度更高的方法將鋼絲進(jìn)行標(biāo)記制造多根標(biāo)準(zhǔn)絲。每根標(biāo)準(zhǔn)絲應(yīng)進(jìn)行精確標(biāo)記：在標(biāo)記處沿鋼絲長(zhǎng)度方向，噴涂紅和藍(lán)兩種油漆，各60 mm寬，紅藍(lán)分界線為標(biāo)準(zhǔn)絲標(biāo)記控制截面。

圖3 多標(biāo)準(zhǔn)絲索股標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)記位置

橋梁鞍座在制造時(shí)，對(duì)索股在鞍座處的標(biāo)記位置(索鞍IP點(diǎn))進(jìn)行索鞍標(biāo)記，以便在進(jìn)行主纜架設(shè)時(shí)進(jìn)行索股的標(biāo)記點(diǎn)對(duì)位架設(shè)。

3.3 索股架設(shè)

塔頂門架施工完成后，將主索鞍各個(gè)構(gòu)件分次吊裝至橋塔頂部并在設(shè)計(jì)位置進(jìn)行安裝。

由于橋塔施工過程中存在的橋塔施工偏差，索鞍位置偏差，以及索股的實(shí)際的彈性模量和膨脹系數(shù)與設(shè)計(jì)的偏差，使得實(shí)際的鞍座IP點(diǎn)與理論值存在定的偏差，因此在基準(zhǔn)索按標(biāo)記點(diǎn)架設(shè)前需通過錨塔聯(lián)測(cè)，然后計(jì)算出索股長(zhǎng)度變化值。上述誤差因素引起的索股長(zhǎng)度變化對(duì)于每根索股的影響大致相同，因此可以將索股長(zhǎng)度變化轉(zhuǎn)為主索鞍標(biāo)記點(diǎn)修正，對(duì)索鞍處索股對(duì)位點(diǎn)進(jìn)行修正并進(jìn)行標(biāo)記。

在索鞍處索股對(duì)位點(diǎn)進(jìn)行修正之后，依據(jù)修正過的位置進(jìn)行基準(zhǔn)索股的架設(shè)，將基準(zhǔn)索股的標(biāo)記點(diǎn)與修正的索股對(duì)位點(diǎn)對(duì)位架設(shè)。

多根基準(zhǔn)索股對(duì)位架設(shè)完畢后，測(cè)量多基準(zhǔn)索股的相對(duì)高差并與理論值進(jìn)行對(duì)比，若差值較大，則該基準(zhǔn)索股制造誤差較大，對(duì)其進(jìn)行修正。一般索股架設(shè)與傳統(tǒng)方法一致，以基準(zhǔn)索股的位置為參考，或者選擇另一根參考索股，用卡尺測(cè)量好索股層之間的層距后，進(jìn)行正常的架設(shè)和錨固。建議邊緣索股的參考索股選擇基準(zhǔn)索股，非邊緣索股的參照索股選擇邊緣已架設(shè)的一般索股。

4 應(yīng)用

赤水河大橋自2018年10月中旬開始架設(shè)基準(zhǔn)索股，到2018年11月29日完成338根索股的架設(shè)，僅用了一個(gè)半月的時(shí)間，平均1天完成7.5根索股的架設(shè)。2018年12月22日完成緊纜工作，緊纜后進(jìn)行空纜線形測(cè)量，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，該橋空纜線形誤差滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

赤水河大橋采用基于多股多標(biāo)準(zhǔn)絲的懸索橋主纜索股標(biāo)記點(diǎn)架設(shè)法，不需要進(jìn)行索股垂度調(diào)整，避免了山區(qū)惡劣氣候環(huán)境對(duì)主纜架設(shè)施工工期的延誤。通過對(duì)基準(zhǔn)索股以及參考索股的精確控制，保證了主纜架設(shè)的精度與安全，成為國(guó)內(nèi)山區(qū)大跨徑懸索橋主纜架設(shè)的成功案例，可為今后山區(qū)懸索橋建設(shè)提供借鑒和參考。