山區(qū)懸索橋主纜架設施工方法技術創(chuàng)新

王漢玲

(西南交通大學土木工程學院,四川成都 610031)

主纜作為懸索橋最重要的主受力構件，主纜索股架設后的線形決定了懸索橋成橋線形，因此主纜架設是懸索橋施工過程中最關鍵的施工步驟[1]，并且懸索橋主纜施工精度對全橋成橋狀態(tài)的結構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施工精度，提高主纜架設施工精度以保障全橋成橋線形及受力滿足要求[2]。

對于山區(qū)懸索橋而言，架設環(huán)境非常惡劣，溫度和風力變化較大，往往難以達到主纜索股垂度調整的氣象要求，極端情況下會使得索架設施工延誤數月，嚴重影響橋梁施工進度的安排，且多變的氣象條件對主纜的架設精度和質量也將造成較大影響。如沿襲懸索橋主纜架設的常規(guī)方法，則可能導致施工進度的拖延以及施工經濟性的惡化。為此需要針對性地采取一些創(chuàng)新技術，解決山區(qū)惡劣氣候環(huán)境對主纜架設的影響。本文以赤水河大橋為工程背景，介紹在山區(qū)懸索橋主纜架設施工方法創(chuàng)新，可為類似工程提供一些參考。

1 主纜架設常規(guī)施工方法

主纜架設方法主要有空中編纜法(AS法)和預制平行絲股法(PPWS法)，我國近年修建的大跨徑懸索橋大多采用了預制絲股法。采用預制絲股架設主纜，先根據主纜索股無應力下料長度在預制場提前制作主纜索股，預制索股進場后利用拽拉設施將預制索股通過貓道拽拉架設。牽引結束后，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)定時進行索股垂度調整，即對基準索股的跨中絕對標高和一般索股的跨中相對標高進行控制調整、錨固。

主纜索股分為基準索股和一般索股，所以主纜索股垂度調整分為基準索股和一般索股垂度調整2種[3]?；鶞仕鞴刹捎媒^對高程法來調整垂度；一般索股采用相對高程法進行垂度調整。索股垂度調整對氣候條件有著較為嚴苛的要求。一般在夜間溫度穩(wěn)定且風力較小之后進行，溫度穩(wěn)定的要求是長度方向索股的溫差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、風力超過12 m/s(六級風)、存在雨霧，則要等條件成熟再進行調整。

通長索股垂度調整順序是先中跨后邊跨，最后調整錨跨。索股線形變化時，跨中某點的高程和里程都會發(fā)生變化，因此，可以多次測量索股實際展示出來的線形(垂度)，再根據實測線形去反算該跨的實際長度，與該跨所需理論長度對比后，將多余的索股長度調出去或者短了的索股長度從鄰跨調進來，先調整中跨，將中跨誤差調到邊跨，再調整邊跨，將邊跨調到錨跨，最終所有的索股長度誤差被趕往錨跨，而錨跨具有長度調節(jié)拉桿，最終通過錨跨張拉及錨跨拉桿工作長度的調整把誤差消掉。錨跨則利用千斤頂張拉索股張力進行調整，垂度調整完成后，應作上標記，以便后續(xù)索股架設時檢查有無滑移。且基準索股調整完成后，必須連續(xù)觀測3個晚上，確認基準索股誤差在允許范圍內。

2 工程概況

赤水河大橋的主橋為主跨1 200 m的雙塔單跨簡支鋼桁架加勁梁懸索橋，主纜計算跨徑325 m+1 200 m+205 m，垂跨比 1∶9.6。結構整體布置圖如圖1所示。

圖1 赤水河大橋整體布置(單位：cm)

全橋設兩根通長主纜，主纜中心距為27 m，采用預制平行鋼絲索股法(PPWS)制作。單根主纜由169股通長索股組成。每根預制索股由91根直徑為φ5.35 mm的高強度鍍鋅鋁鋼絲組成。鋼絲的公稱抗拉強度1 860 MPa。主纜在架設時豎向排列成尖頂的近似正六邊形，緊纜后主纜為圓形。索夾內孔隙率18 %，直徑為φ733 mm，索夾外孔隙率20 %，直徑為φ742 mm。

索股兩端設索股錨頭，索股錨頭采用熱鑄錨，在錨杯內澆注鋅銅合金，使主纜鋼絲與錨杯相連。錨杯內錨固錐體的錐角及錨固長度采用經驗公式計算確定，錨固力及可靠性通過足尺試驗驗證。

3 基于多股多標準絲的懸索橋主纜索股標記點架設法

目前對于主纜索股的制造，采用單根標準絲標定長度，標準絲上的長度標記點即是索股上的長度標記點。若主纜架設時采用多標準絲來標定一根索股的長度，標準絲和主纜索股工藝制造工藝與現有工藝一致，但索股成股后，索股長度標記點取各標準絲位置的平均值，如此便可以提高索股長度的精度；采用多基準索股來進行架設，主纜索股工藝制造工藝與現有工藝一致，但多根基準索股架設后，對多基準索股相對標高進行測量和修正，如此便可以提高主纜的精度。當精度提高到一定程度后，索股架設就可以采用與索鞍上的標記點對位安裝而不必進行復雜的索股垂度調整。

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算，得到主纜索股無應力長度L，計算時應考慮索股各層之間預留間隙Δ的影響。每根索股的長度應分段給出，分段點為各索鞍IP位置、各跨跨中點、錨固點。以三跨主纜懸索橋為例，可分為8段9個標記點進行標記，標志位置如圖2 所示分別是：m0為左岸錨頭澆注時錨杯口與索股相對位置點；m1為左岸散索鞍豎彎切點(切斷面)；m2為左岸跨跨中標記點；m3為左岸主索鞍標記點；m4為中跨跨中標記點；m5為右岸主索鞍標記點；m6為右岸跨跨中標記點；m7為右岸散索鞍豎彎切點(切斷面)；m8為右岸錨頭澆注時錨頭與鋼絲的相對位置標記點。

圖2 三跨懸索橋標記點位置(單位：m)

最后根據索股長度與線形的一一對應關系、多標準絲和多索股對精度提升的關系式以及規(guī)范對主纜索股架設精度的要求確定出滿足要求的標準絲根數以及基準索股根數。為便于測量，選出的多根標準絲建議排布于基準索股的頂部或側面位置，基準索股位置建議選在各個角點索股、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

將檢驗合格的鋼絲經牽引至標準絲生產線，利用室內基線分段法或者其它精度更高的方法將鋼絲進行標記制造多根標準絲。每根標準絲應進行精確標記：在標記處沿鋼絲長度方向，噴涂紅和藍兩種油漆，各60 mm寬，紅藍分界線為標準絲標記控制截面。

圖3 多標準絲索股標記點標記位置

橋梁鞍座在制造時，對索股在鞍座處的標記位置(索鞍IP點)進行索鞍標記，以便在進行主纜架設時進行索股的標記點對位架設。

3.3 索股架設

塔頂門架施工完成后，將主索鞍各個構件分次吊裝至橋塔頂部并在設計位置進行安裝。

由于橋塔施工過程中存在的橋塔施工偏差，索鞍位置偏差，以及索股的實際的彈性模量和膨脹系數與設計的偏差，使得實際的鞍座IP點與理論值存在定的偏差，因此在基準索按標記點架設前需通過錨塔聯測，然后計算出索股長度變化值。上述誤差因素引起的索股長度變化對于每根索股的影響大致相同，因此可以將索股長度變化轉為主索鞍標記點修正，對索鞍處索股對位點進行修正并進行標記。

在索鞍處索股對位點進行修正之后，依據修正過的位置進行基準索股的架設，將基準索股的標記點與修正的索股對位點對位架設。

多根基準索股對位架設完畢后，測量多基準索股的相對高差并與理論值進行對比，若差值較大，則該基準索股制造誤差較大，對其進行修正。一般索股架設與傳統方法一致，以基準索股的位置為參考，或者選擇另一根參考索股，用卡尺測量好索股層之間的層距后，進行正常的架設和錨固。建議邊緣索股的參考索股選擇基準索股，非邊緣索股的參照索股選擇邊緣已架設的一般索股。

4 應用

赤水河大橋自2018年10月中旬開始架設基準索股，到2018年11月29日完成338根索股的架設，僅用了一個半月的時間，平均1天完成7.5根索股的架設。2018年12月22日完成緊纜工作，緊纜后進行空纜線形測量，將實測數據與理論數據進行比較，該橋空纜線形誤差滿足設計規(guī)范要求。

5 結束語

赤水河大橋采用基于多股多標準絲的懸索橋主纜索股標記點架設法，不需要進行索股垂度調整，避免了山區(qū)惡劣氣候環(huán)境對主纜架設施工工期的延誤。通過對基準索股以及參考索股的精確控制，保證了主纜架設的精度與安全，成為國內山區(qū)大跨徑懸索橋主纜架設的成功案例，可為今后山區(qū)懸索橋建設提供借鑒和參考。