武穴長(zhǎng)江公路大橋斜拉索安裝關(guān)鍵技術(shù)

□□ 張澤毅 (湖北省路橋集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430056)

1 工程概況

武穴長(zhǎng)江公路大橋主橋采用主跨為808 m雙塔六跨不對(duì)稱混合梁斜拉橋，橋跨布置為(80+290+808+75+75+75)mPK鋼箱混合梁斜拉橋。15號(hào)主塔單側(cè)索面共26對(duì)，共計(jì)104根斜拉索，分為八種規(guī)格，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 770 MPa，詳細(xì)參數(shù)見表1。斜拉索采用多重防腐系統(tǒng)，包括鋼絲鍍“鋅-鋁”合金層、高密度聚乙烯護(hù)套保護(hù)層以及護(hù)套表面纏包雙層PVF氟化膜膠帶，以保證斜拉索在其設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)免遭腐蝕。斜拉索兩端均采用冷鑄型錨具，錨具由固定端錨杯、錨板、連接筒、彎曲限制器、螺母、前后密封蓋板及冷鑄錨填料等部分組合而成。

表1 斜拉索規(guī)格數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

斜拉索最短為WZ1號(hào)索，最小長(zhǎng)度為138.08 m，重為6.496 t；最長(zhǎng)為WZ26號(hào)索，最大長(zhǎng)度為441.908 m，重為35.038 t。成橋恒載塔端最大索力為4 666.5 kN，梁端最大索力為4 521.1 kN。

所有斜拉索均按照“先塔后梁”的順序進(jìn)行掛設(shè)，張拉順序?yàn)椤傲憾藟哄^，塔端張拉”。15號(hào)主塔104根斜拉索中除WB1～WB3，WZ1～WZ3共計(jì)12根斜拉索錨固在主塔內(nèi)混凝土齒塊上外，其余斜拉索均錨固在預(yù)埋于主塔內(nèi)的鋼錨梁上。平行鋼絲斜拉索示意圖如圖1所示。

圖1 平行鋼絲斜拉索示意圖

2 總體施工方案

斜拉索安裝施工工序主要包括：索股轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝、展索、掛設(shè)、張拉、索力調(diào)整、臨時(shí)減振與永久減振安裝等。綜合考慮斜拉索長(zhǎng)度、質(zhì)量、牽引力以及張拉空間等因素，選定合理的牽引、張拉方式，結(jié)合本橋情況與計(jì)算結(jié)果，將斜拉索安裝施工工藝分為4類：

(1)前5對(duì)斜拉索(WB01～05，WZ01～05)質(zhì)量≯10 t，長(zhǎng)約170 m左右，帶帽索力均<30 t，可直接由塔吊提升后塔端臨時(shí)掛索固定，然后橋面由卷?yè)P(yáng)機(jī)直接牽引入錨就位，再由塔端安裝張拉桿進(jìn)行斜拉索張拉。

(2)第6～12號(hào)索(WB06～12，WZ06～12)相對(duì)較長(zhǎng)，質(zhì)量最大為14 t，采用在塔端安裝1.7 m接長(zhǎng)桿，塔端掛設(shè)錨固，然后梁端直接用卷?yè)P(yáng)機(jī)接鋼絲繩牽引入錨(40 t)，塔端張拉。

(3)第13～20號(hào)索(WB13～20，WZ13～20)較長(zhǎng)，質(zhì)量最大約24 t，采用在塔端安裝1.7 m接長(zhǎng)桿，塔端掛設(shè)錨固，梁端安裝15.2-15鋼絞線接1.7 m長(zhǎng)接長(zhǎng)桿，牽引千斤頂將接長(zhǎng)桿引出后(牽引力150 t)再利用接長(zhǎng)桿將梁端入錨，最后進(jìn)行塔端張拉。

(4)第21～26號(hào)索(WB21～26，WZ21～26)較長(zhǎng)，最大質(zhì)量為35 t，最長(zhǎng)索長(zhǎng)為442 m，即根據(jù)牽引掛索索力計(jì)算結(jié)果，在斜拉索塔端安裝1.7 m接長(zhǎng)桿后臨時(shí)錨固，在梁端錨頭處安裝1.7 m接長(zhǎng)桿及15.2-19鋼絞線，牽引千斤頂將接長(zhǎng)桿引出后(牽引力200 t)再利用接長(zhǎng)桿將梁端入錨，最后進(jìn)行塔端張拉。

斜拉索施工工藝流程如圖2所示。

圖2 斜拉索施工工藝流程圖

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

為確保施工質(zhì)量，在斜拉索進(jìn)場(chǎng)前，需對(duì)其性能進(jìn)行全面檢測(cè)，質(zhì)量合格后，方可進(jìn)行后續(xù)施工。斜拉索到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，需對(duì)塔、梁端的索套管進(jìn)行全面檢查，對(duì)索套管內(nèi)的焊渣、毛刺等進(jìn)行打平磨光，確保掛索時(shí)錨杯外絲扣和斜拉索PE保護(hù)套不受損傷。

3.2 索力計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)資料分別計(jì)算每對(duì)索張拉端的牽引力，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選定牽引鋼絞線數(shù)量及控制方式；對(duì)每根索各牽引階段的牽引力進(jìn)行同步監(jiān)控，牽引鋼絞線長(zhǎng)度根據(jù)牽引空間間距索力計(jì)算得到，斜拉索掛索索力按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：ΔL——斜拉索錨頭與錨墊板端部的中心距離；

L0——斜拉索錨板中心幾何間距；

L——斜拉索長(zhǎng)度；

ω——斜拉索單位長(zhǎng)度質(zhì)量；

Lλ——斜拉索水平投影長(zhǎng)度；

T——斜拉索掛索牽引力；

A——斜拉索的橫截面積；

E——斜拉索的彈性模量。

3.3 斜拉索掛設(shè)

利用塔頂門架上的卷?yè)P(yáng)機(jī)通過斜拉索錨頭后端一定距離的夾具吊起，同時(shí)塔吊將斜拉索錨頭起吊至塔端管道口附近。利用塔頂5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)自塔內(nèi)下放鋼絲繩從對(duì)應(yīng)斜拉索導(dǎo)管內(nèi)穿出并與斜拉索錨頭連接，當(dāng)塔吊將錨頭吊至索管口附近時(shí)，利用20 t手拉葫蘆調(diào)整斜拉索至合適角度后，塔頂卷?yè)P(yáng)機(jī)通過轉(zhuǎn)向滑輪將斜拉索拉出錨墊板，安裝錨杯螺母與錨杯端部平齊。拆除塔內(nèi)卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩與錨頭連接，塔頂門架卷?yè)P(yáng)機(jī)下放斜拉索至橋面進(jìn)行橋面展索，同時(shí)塔端錨頭安裝變徑螺母、張拉桿、撐腳、千斤頂?shù)龋龊盟藸恳龔埨瓬?zhǔn)備工作。

斜拉索與鋼箱梁之間的錨固形式為鋼錨箱式，錨固點(diǎn)位于鋼箱梁風(fēng)嘴處的外腹板上，錨固點(diǎn)距離鋼箱梁頂面1 100 mm，錨固點(diǎn)處設(shè)置一塊80 mm厚的鋼板與受力鋼板之間通過加工措施保證密貼，斜拉索在箱梁外腹板平面內(nèi)投影與外腹板頂面之間的夾角為82.673 9～27.402 8°，所有拉索錨固結(jié)構(gòu)均由鋼箱梁加工制造單位在工廠內(nèi)加工焊接完成，然后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

梁端壓錨根據(jù)不同索長(zhǎng)和牽引力值將斜拉索分為短索、中長(zhǎng)索和長(zhǎng)索三類：

(1)1～12號(hào)索設(shè)計(jì)牽引力均<400 kN，與梁端卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)牽引力匹配，即直接采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引入錨。

(2)13～20號(hào)索設(shè)計(jì)牽引力為500～1 500 kN，計(jì)算確定每根索牽引時(shí)需要的鋼絞線長(zhǎng)度、數(shù)量、軟牽引長(zhǎng)度、牽引到位的理論力值，選用直徑為15.24 mm，最大單根索鋼絞線數(shù)量均為15根，下料長(zhǎng)度為8～10 m，牽引長(zhǎng)度為4～5 m，斜拉索錨具牽引至指定位置時(shí)，控制單根鋼絞線的平均牽引力≯130 kN，以平均2倍的安全系數(shù)保障軟牽引過程中的施工安全。

(3)21～26號(hào)索設(shè)計(jì)牽引力為1 500～2 000 kN，牽引時(shí)選用直徑為15.24 mm，單根索鋼絞線數(shù)量均為19根，下料長(zhǎng)度為10～18 m，牽引長(zhǎng)度為5～9 m，斜拉索錨具牽引至指定位置時(shí)，控制單根鋼絞線的平均牽引力≯130 kN，以平均2倍的安全系數(shù)保障軟牽引過程中的施工安全。斜拉索梁端掛設(shè)流程如圖3所示，斜拉索梁端掛設(shè)示意如圖4所示。

圖3 斜拉索梁端掛設(shè)流程圖

圖4 斜拉索梁端掛設(shè)示意圖

3.4 斜拉索張拉

斜拉索張拉按圖5流程進(jìn)行，主要有以下兩個(gè)核心步驟：

圖5 斜拉索張拉流程圖

(1)靜載試驗(yàn)。在斜拉索張拉設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后必須進(jìn)行靜載試驗(yàn)，包括張拉撐腳、連接套、變徑螺母、張拉桿等，試驗(yàn)荷載為設(shè)計(jì)牽引力和張拉力的1.2倍。現(xiàn)場(chǎng)采用兩根張拉桿通過連接套連接，在兩端用千斤頂對(duì)拉至張拉荷載。

(2)張拉工藝。根據(jù)主塔塔內(nèi)鋼錨梁和塔內(nèi)檢修平臺(tái)的位置，鋼錨梁與檢修平臺(tái)標(biāo)高基本一致，因此，斜拉索張拉利用塔爬梯和鋼錨梁作為操作平臺(tái)，進(jìn)行張拉千斤頂、撐腳等。

斜拉索張拉在塔端進(jìn)行，梁端掛索完成后即可開始塔端牽引與張拉。張拉采用應(yīng)力應(yīng)變雙控措施，以控制拔出量為主，張拉力為輔。張拉時(shí)由施工監(jiān)控單位測(cè)定索力，與油表讀數(shù)相互校核，確保索力最終控制在2%以內(nèi)。拉索張拉過程中必須同時(shí)進(jìn)行高程、塔柱變形觀測(cè)，并與設(shè)計(jì)變位值校核，索塔兩側(cè)對(duì)稱的拉索應(yīng)同步張拉。

3.5 索力調(diào)整

進(jìn)行索力調(diào)整的目的是為了改善主梁和索塔結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，將塔的變形量與偏移量控制在運(yùn)行范圍內(nèi)，使索力終值誤差以及高次超靜定梁的受力狀態(tài)精確度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的98%以上。

4 結(jié)語(yǔ)

斜拉索施工所需拉力較大，所有使用的張拉桿、撐腳等均需進(jìn)行荷載試驗(yàn)確保使用安全。軟牽引、軟硬結(jié)合牽引時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)鋼絞線應(yīng)力均勻控制，防止單根破壞形成連環(huán)效應(yīng)。斜拉索錨頭入索導(dǎo)管時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控協(xié)調(diào)，防止斜拉索與索導(dǎo)管等發(fā)生剮碰。

斜拉索加扭或者退扭對(duì)施工及結(jié)構(gòu)危害較大，盡可能采用較大索盤卷裝斜拉索，斜拉索硬牽引與張拉階段需采用防扭轉(zhuǎn)裝置，通過張拉桿螺母與承壓板之間的摩擦力克服索扭轉(zhuǎn)，承壓板將扭轉(zhuǎn)力傳遞給千斤頂。