探討懸索橋錨碇錨固系統(tǒng)施工技術(shù)要點(diǎn)

摘要 主纜錨固系統(tǒng)施工是懸索橋項(xiàng)目施工的重難點(diǎn)，主纜錨固系統(tǒng)施工精度對(duì)主纜受力性能具有重要影響。該文以具體工程為依托，對(duì)錨碇錨固系統(tǒng)施工技術(shù)展開研究，探討了主纜型鋼錨固系統(tǒng)工程特點(diǎn)及施工難點(diǎn)，分析了錨固系統(tǒng)施工關(guān)鍵技術(shù)，提出了錨固系統(tǒng)施工改進(jìn)工藝。經(jīng)對(duì)比，采用新工藝施工錨碇定位支架變形減小87.8%、支架鋼材用量節(jié)約48.6%、施工效率提升35.1%，對(duì)同類工程具有較強(qiáng)借鑒意義。

關(guān)鍵詞 懸索橋;錨碇錨固系統(tǒng);混合型支架;施工技術(shù)要點(diǎn)

中圖分類號(hào) U448.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）11-0145-03

引言

主纜作為懸索橋關(guān)鍵受力節(jié)點(diǎn)，對(duì)懸索橋服役性能、安全性能具有重要影響。主纜錨固系統(tǒng)、施工精度、施工質(zhì)量，直接關(guān)乎主纜受力性能。傳統(tǒng)采用常規(guī)錨碇錨固系統(tǒng)施工技術(shù)，難以保證錨碇定位支架結(jié)構(gòu)施工精度，且施工效率低下、耗材量較大。某大橋采用“V”形混凝土臺(tái)階+型鋼混合型定位支架+逐層安裝錨桿逐層澆筑錨碇結(jié)構(gòu)混凝土的錨碇錨固系統(tǒng)施工技術(shù)改進(jìn)方案，有效提升了錨碇定位支架施工精度，縮短了施工工期，節(jié)約了鋼材消耗量，工藝優(yōu)勢(shì)顯著[1-3]?；诖耍撐囊栽摴こ虨橐劳?，對(duì)懸索橋錨碇錨固系統(tǒng)施工技術(shù)展開研究，對(duì)提高國內(nèi)懸索橋施工質(zhì)量具有重要意義。

1 工程概況

某新建長江特大橋，主橋?yàn)椋?4+84+1092+84+84）m雙塔五跨鋼桁梁懸索橋，設(shè)雙層橋面，上層為雙向八車道高速公路，設(shè)計(jì)行車速度100 km/h;下層為四線鐵路，設(shè)計(jì)行車速度250 km/h。

（1）主纜：采用預(yù)制平行高強(qiáng)鋼絲索股結(jié)構(gòu)

（PPWS），上下游各一根，橫橋向中心距43.0 m，兩端分別與橋南、北端錨碇錨固系統(tǒng)相連;主纜緊圓后半徑650 mm，由352根索股組成，每股由127根Ф5.5 mm鍍鋅鋁高強(qiáng)鋼絲組成，鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa。

（2）橋梁南、北兩端，分別設(shè)置在上下游方向各設(shè)置一個(gè)重力式錨碇，主要由基礎(chǔ)、錨體、主纜錨固系統(tǒng)構(gòu)成。錨體按受力功能結(jié)構(gòu)，分錨塊、鞍部、前錨室及壓重塊四組構(gòu)件。北錨碇、南錨碇結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。

2 主纜型鋼錨固系統(tǒng)工程特點(diǎn)分析

2.1 工程特點(diǎn)

該橋梁為跨長江特大橋，主纜直徑達(dá)1.3 m，主纜錨固系統(tǒng)作為節(jié)點(diǎn)構(gòu)件系統(tǒng)，是傳遞、轉(zhuǎn)換主纜受力的核心構(gòu)件，具有構(gòu)件數(shù)量多、質(zhì)量大、安裝精度要求高、混凝土澆筑量大等特點(diǎn)，是該橋梁節(jié)點(diǎn)工程。

（1）全橋設(shè)錨梁44根、錨桿768根，構(gòu)件量多、質(zhì)量大，錨固系統(tǒng)一岸合重達(dá)6 721.153 t。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，錨桿長、寬、高制造偏差不得超過3 mm;錨桿安裝在X軸、Y軸、Z軸安裝偏差分別要求控制在10 mm、5 mm、5 mm以內(nèi);后錨梁安裝位置偏差不得大于5 mm，安裝偏角偏差不得超過0.15°，安裝精度要求高。

（3）橋南側(cè)錨碇錨塊，混凝土澆筑量達(dá)103 279 m3;北側(cè)錨碇錨塊，混凝土澆筑量達(dá)135 347 m3，合計(jì)澆方量達(dá)238 626 m3，混凝土澆方量較大。

2.2 施工難點(diǎn)

基于以上工程特點(diǎn)分析，總結(jié)該橋梁工程主纜錨固系統(tǒng)施工難點(diǎn)如下：

（1）定位支架變形控制及錨桿、錨梁安裝精度控制要求高、控制難度大。

（2）多工序涉及高空、有限空間作業(yè)，易發(fā)生安全事故，質(zhì)量、安全管理風(fēng)險(xiǎn)高、難度大。

（3）基礎(chǔ)持力層為微風(fēng)化巖層，硬度較高，該工程采用爆破開挖，需控制爆破能量，降低對(duì)鄰近化工廠擾動(dòng)，施工進(jìn)度受到影響，工期較緊。

3 錨固系統(tǒng)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 錨固系統(tǒng)常規(guī)施工工藝及其改進(jìn)思路

以往中、大公路懸索橋施工，錨固系統(tǒng)構(gòu)件數(shù)量少、質(zhì)量小，采用先安裝全型鋼定位支架，再澆筑錨碇錨塊混凝土方案的常規(guī)工藝，支架變形要求相對(duì)較低，變形量易于控制，可較好滿足錨梁錨桿安裝精度要求;該橋梁為跨長江特大橋，錨固系統(tǒng)構(gòu)件數(shù)量多、質(zhì)量大，若采用常規(guī)工藝，難以有效控制定位支架變形，易對(duì)錨梁錨桿精度造成影響，無法滿足設(shè)計(jì)安裝精度要求，更無法滿足錨梁錨桿安裝施工“少調(diào)整、快施工”的施工原則[4-6]。常規(guī)工藝全型鋼定位支架見圖3。

為解決常規(guī)支架安裝工藝弊端，保證支架變形控制符合要求，確保桿件、錨梁安裝精度符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)合該工程工況特點(diǎn)，提出錨固系統(tǒng)常規(guī)施工技術(shù)改進(jìn)方案：根據(jù)錨梁、錨桿安裝位置，先施作“V”形混凝土臺(tái)階，設(shè)預(yù)埋件，再進(jìn)行定位支架安裝施工，有效控制支架變形，最后逐層安裝錨桿，并逐層澆筑錨碇混凝土，保證錨桿安裝精度和錨碇大體積混凝土澆筑施工符合質(zhì)量要求，見圖4。

3.2 錨固系統(tǒng)施工改進(jìn)工藝

主纜錨固系統(tǒng)中，定位支架僅對(duì)施工階段錨梁及錨桿起定位、支撐作用，在橋梁交付服役后，該結(jié)構(gòu)并非錨體受力結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)采用常規(guī)工藝施工，是施作完錨桿后，再進(jìn)行錨碇混凝土分層澆筑施工[7]。為滿足類似該橋梁的特大型橋梁錨固系統(tǒng)施工需求，采用常規(guī)工藝，須增大支架鋼材用量，對(duì)鋼材規(guī)格要求也更高，以確保有效控制支架變形。鑒于橋梁交付服役后，定位支架并非受力結(jié)構(gòu)，若加大鋼材用量，提高鋼材規(guī)格，顯然不符合現(xiàn)代工程經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約性要求。改進(jìn)后錨固系統(tǒng)常規(guī)施工方案，可有效克服常規(guī)方案弊端，如下：

（1）根據(jù)施工圖紙中后錨梁、最下層錨桿構(gòu)件安裝位置，及構(gòu)件安裝后與水平面夾角值，先施作“V”形混凝土臺(tái)階，并準(zhǔn)確設(shè)置預(yù)埋件，再一次完成錨梁安裝，錨桿分批安裝，并逐層澆筑錨碇混凝土。

（2）經(jīng)改進(jìn)后的方案，有效利用了錨體混凝土結(jié)構(gòu)作用，使“V”形混凝土結(jié)構(gòu)與型鋼支架結(jié)合，形成穩(wěn)固的混合型定位支架，滿足支架變形控制要求，為有效控制錨桿、錨梁安裝精度提供便利。

（3）混合型定位支架結(jié)構(gòu)，在獲得比常規(guī)方案采用的純型鋼結(jié)構(gòu)支架更大的結(jié)構(gòu)剛度的同時(shí)，有效降低了支架體量，有利于節(jié)約鋼材。同時(shí)，因錨體為大體積混凝土構(gòu)件，采用錨桿分批安裝、錨體分層澆筑，可有效保證混凝土構(gòu)件澆筑施工質(zhì)量，且隨澆筑層數(shù)增加，可隨之提高已裝錨梁、錨桿、支架構(gòu)件整體穩(wěn)定性[8]。

4 南、北錨碇錨固系統(tǒng)施工對(duì)比分析

該橋梁錨碇錨固系統(tǒng)，原定均采用常規(guī)工藝施工，施作完南錨碇錨固系統(tǒng)后，項(xiàng)目技術(shù)人員根據(jù)該橋梁工況，結(jié)合錨固系統(tǒng)施工要求，在對(duì)常規(guī)方案施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)型方案，并利用改進(jìn)方案進(jìn)行了北錨碇錨固系統(tǒng)，取得了良好的工程效果，對(duì)兩種施工方案對(duì)比如下：

4.1 定位支架變形

南錨碇定位支架由8組桁架組成，主要使用5種規(guī)格的寬翼緣H型鋼：HW150×150、HW200×200、HW250×250、HW300×300、HW400×400。北錨碇定位支架，由6組桁架組成，主要采用HN400×200型鋼、I25a型鋼。

南、北錨碇支架，均采用Midas Civil有限元軟件進(jìn)行了受力分析，結(jié)果表明：定位支架應(yīng)力均滿足規(guī)范要求;南、北錨碇定位支架結(jié)構(gòu)最大變形量分別為20 mm、2.43 mm;表明改進(jìn)方案可有效控制結(jié)構(gòu)變形，且通過構(gòu)造混合型定位支架，顯著提升了支架體系支撐剛度[10]。

4.2 工期及精度等對(duì)比分析

4.2.1 工期對(duì)比

南錨碇及錨固系統(tǒng)，采用常規(guī)方案施工，施工周期402 d;北錨碇及錨固系統(tǒng)，采用改進(jìn)方案施工，從施作“V”形混凝土臺(tái)階構(gòu)件至錨碇混凝土施作完畢，施工周期261 d，節(jié)約工期141 d，施工效率提升35.1%，工期效益顯著。

4.2.2 支架用鋼量對(duì)比

南、北錨碇錨固系統(tǒng)定位支架總用鋼量分別為1 869 t、

960 t，改進(jìn)方案節(jié)約支架鋼材909 t，鋼材耗費(fèi)量減少48.6%。

4.2.3 精度對(duì)比

南、北錨碇錨固系統(tǒng)，錨桿、錨梁、定位支架安裝精度，均達(dá)到設(shè)計(jì)、規(guī)范精度要求。精度對(duì)比見表1。

由表1可知，北錨碇錨固系統(tǒng)錨桿各軸向上下幅安裝精度，均明顯高于南錨碇，表明改進(jìn)方案可有效保證錨固系統(tǒng)安裝精度要求。

4.3 施工方案進(jìn)一步優(yōu)化要點(diǎn)

經(jīng)該橋梁南、北錨碇錨固系統(tǒng)施工，對(duì)常規(guī)工藝方案、改進(jìn)工藝方案施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提出改進(jìn)方案的進(jìn)一步優(yōu)化措施，如下：

（1）錨桿支架混凝土臺(tái)階、后錨梁支架臺(tái)階高度優(yōu)化：將當(dāng)前兩臺(tái)階高度不一，后續(xù)可將兩臺(tái)階高度均設(shè)置為3 m，好處有兩點(diǎn)：1）便于搭設(shè)施工通道，進(jìn)一步提升施工便捷性、施工效率;2）有利于減小前錨面支架高度，進(jìn)一步強(qiáng)化支架變形控制，提升支架穩(wěn)定性。

（2）錨桿支架桁片制作、施工優(yōu)化：當(dāng)前錨桿桁架為整體設(shè)計(jì)制作，需分塊切割，再進(jìn)行吊裝、焊接施工，造成分塊偏多、焊接作業(yè)量大的問題;若支架桁片采用模塊化制作，現(xiàn)場(chǎng)采用先栓接再焊接的方式連接，可有效降低分塊量和焊接作業(yè)量，提升施工效率。

（3）錨桿前端安裝精度控制優(yōu)化：除應(yīng)加強(qiáng)單根桿件安裝精度控制要求外，還應(yīng)強(qiáng)化整體精度控制，確保錨桿整體平均精度，進(jìn)一步保證錨固系統(tǒng)整體施工質(zhì)量。

5 結(jié)論

該文以某新建長江特大橋?yàn)橐劳?，研究了該橋梁北錨碇錨固系統(tǒng)施工采用的改進(jìn)型錨固系統(tǒng)施工方案，并對(duì)常規(guī)方案和改進(jìn)方案進(jìn)行了定位支架變形、工期及精度等對(duì)比分析，提出了改進(jìn)方案的進(jìn)一步優(yōu)化措施，結(jié)論如下：

（1）經(jīng)該文總結(jié)形成錨碇錨固系統(tǒng)改進(jìn)施工方案，可有效利用錨體混凝土結(jié)構(gòu)作用，使“V”形混凝土結(jié)構(gòu)與型鋼支架結(jié)合形成穩(wěn)固的混合型定位支架，有效解決了特大橋梁定位支架變形控制及錨桿、錨梁安裝精度的難題。

（2）該橋梁南、北錨碇錨固系統(tǒng)，分別采用了常規(guī)方案、改進(jìn)方案施工，經(jīng)對(duì)比采用改進(jìn)方案，支架變形控制效果提升了87.8%、工期節(jié)約35.1%、支架鋼材消耗量減少48.6%，整體工程效益顯著。

（3）經(jīng)進(jìn)一步總結(jié)改進(jìn)施工方案，提出可在錨桿支架混凝土臺(tái)階、后錨梁支架臺(tái)階的高度控制、錨桿支架桁片制作、錨桿前端安裝精度幾個(gè)方面，進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)方案。

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收稿日期：2022-04-15

作者簡介：張晨子（1994—），男，本科，助理工程師，研究方向：公路工程施工。