矮塔斜拉橋拉索設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)研究

盛維禮

（中鐵十二局集團第一工程有限公司）

斜拉橋廣泛應(yīng)用于大跨度橋梁建設(shè)中，而斜拉索是橋塔與主梁連接的紐帶，同時也是橋體最重要的受力部分，拉索安裝質(zhì)量對橋梁安全性能具有重要影響[1-3]。為充分體現(xiàn)斜拉索的工程應(yīng)用價值，設(shè)計施工階段須重視每一道工序，切忌盲從經(jīng)驗論，施工人員應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求規(guī)范施工。本文結(jié)合淮河特大橋(124+248+124)m 矮塔斜拉橋施工案例，詳細介紹斜拉索的設(shè)計、施工整套工藝流程，為類似橋梁建設(shè)提供參考。

1 工程概況

淮河特大橋(124+248+124)m 矮塔斜拉橋是淮-宿-蚌城際鐵路跨淮河重難點控制工程，鐵路設(shè)計時速350 km/h，雙車道設(shè)計(軌道中心距5m)，通航標準Ⅱ級，通航凈寬220m、凈高10m。

該橋起訖樁號DK156+431.58～156+929.08，全長497.5m，小里程側(cè)梁縫0.3m，大里程梁縫0.25m。采用塔梁固結(jié)體系，主塔最高47.1m，主墩橋墩高27.5m、28m，采用CRTSI 型雙塊式無砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)，懸臂法澆筑。斜拉橋立面布置如圖1所示。

圖1 矮塔斜拉橋立面布置圖

2 斜拉索設(shè)計

該橋斜拉索采用新型預(yù)應(yīng)力材料（環(huán)氧噴涂高強鋼絞線），單根直徑15.2mm，標準抗拉強度為1860MPa，采用可調(diào)換索式錨具，熱擠壓HDPE 管護套，表面設(shè)有雙螺旋線，斜拉索構(gòu)造如圖2所示。

圖2 斜拉索構(gòu)造截面圖

全橋采用三種規(guī)格的斜拉索，即AT-61(8 根)、AT-73(24 根)、AT-91(8 根)，共40 束，最大長度228.576m，最大重量23.302t，斜拉索塔、梁均采用張拉端錨具。

如圖3 所示，錨固端、索體、自由段、抗滑錨固裝置及索鞍等構(gòu)成了斜拉索整體。

圖3 斜拉索整體構(gòu)造

⑴錨固端

如圖4 所示，其主要由錨板、螺母、密封筒組成，同時設(shè)有密封和防松裝置，以及最外層的保護罩，其中錨板、螺母是主要加工構(gòu)件，也是結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件。

圖4 錨固端內(nèi)部構(gòu)造

⑵索體

由預(yù)埋管、錨墊板和減振器組成。其中，預(yù)埋管和錨墊板在結(jié)構(gòu)體系中起支撐作用，墊板下方設(shè)排水槽以便臨時排水；采用可調(diào)節(jié)式減振器，可有效抑制索體的橫向振動，提高索體壽命。

⑶自由段

主要由環(huán)氧涂層高強鋼絞線(受力單元)、HDPE 套管、梁端的防水罩和防護鋼管、鋼質(zhì)索箍等共同構(gòu)成。其中，HDPE 套管規(guī)格為Φ240mm×10mm，專用焊機對焊，以防護鋼絞線；防水罩安裝在HDPE 套管和預(yù)埋管之間；防護鋼管安設(shè)在橋面2.5m 以上，防止拉索和HDPE 套管局部遭人為破壞；鋼質(zhì)索箍用于緊索后拉索整體連接。

⑷抗滑錨固裝置

裝置由減振器、錨固管和鋼質(zhì)索箍共同構(gòu)成，采用單側(cè)雙向抗滑技術(shù)，如圖5 所示。此處減振器亦用于抑制索體橫向振動；錨固管用于支撐減振器，位于索鞍墊板上；鋼質(zhì)索箍則對索體的幾何形狀進行強制定型。

圖5 單側(cè)雙向抗滑原理

⑸索鞍段

其內(nèi)部構(gòu)造如圖6 所示，設(shè)有鎖緊壓環(huán)、抗滑插片、抗滑鍵以及多根分絲管，該段埋設(shè)于索塔內(nèi)部，后期穿索時鋼絞線由分絲管通到另一側(cè)。

圖6 索鞍段內(nèi)部構(gòu)造

3 斜拉索施工關(guān)鍵技術(shù)

斜拉索安裝分4 個主塔進行，按照兩個T 構(gòu)輪換交錯穿索施工，同岸兩主塔鋼絞線張拉數(shù)量差值維持在5根以內(nèi)，從短到長依次安裝，施工流程如圖7所示。

圖7 斜拉索施工流程

3.1 施工平臺

由于施工平臺貫穿拉索施工全過程，必須堅實可靠，其主要由塔頂支架和梁底平臺組成。

⑴塔頂支架：根據(jù)安裝工藝，主塔封頂前裝好預(yù)埋件，封頂后在塔頂安設(shè)支架，支架由雙拼20 槽鋼及雙拼10槽鋼組成。

⑵梁底平臺：梁下張拉作業(yè)平臺根據(jù)掛籃結(jié)構(gòu)，與后支點掛籃連接。平臺底部用鋼板焊接，并設(shè)50cm 高腳踢板，四周密目網(wǎng)圍擋，防止工具等高處墜落。

3.2 HDPE管焊接

由于HDPE 套管是按照標準規(guī)格生產(chǎn)的，所以掛索前通常采用專用焊機將預(yù)處理后的HDPE 管進行焊接成指定長度，焊接所需參數(shù)如表1所示。

表1 HDPE管及其焊接參數(shù)

HDPE管預(yù)處理及焊接時應(yīng)注意：

⑴刨削套管端面的壓力要均衡，刨花連續(xù)成圈且厚度一致方可退刀，刨削后調(diào)整夾具使管口連接處外圓高差不超過1mm；

⑵加熱時盡量保持加熱溫度和壓力恒定、時間精確；

⑶取加熱板和活塞推進需在加熱結(jié)束后的5s 內(nèi)完成，對接時壓力和時間要精準把控，翻轉(zhuǎn)焊縫的高度不超過6mm；

⑷冬季焊接需采取保溫措施確保溫度在20℃左右，冷卻時需將接頭降溫至環(huán)境溫度方可外露；

⑸計算HDPE 管長度時需考慮操作空間和熱脹冷縮效應(yīng)的影響。

3.3 張拉端錨具及支座安裝

將清洗后的錨板按注漿孔向下、排氣孔向上進行固定，嚴格保持墊板排孔圓心連線與墊板中心線一致且在同一豎直平面內(nèi)，誤差不超5mm；此外，橫跨的錨板孔與分絲管口也要相互對齊。

將擋塊均勻焊接在與預(yù)埋口對應(yīng)的預(yù)埋管壁位置，放入調(diào)整導(dǎo)管，然后將張拉底座吊裝至錨固端錨具底部，最后用螺栓將張拉底座與錨固板連接。

3.4 斜拉索預(yù)制及安裝

3.4.1 鋼絞線下料

計算鋼絞線長度時，需考慮塔端HDPE 管的剝皮長度和位置，標識并復(fù)核后在工廠直接下料，以免護套污染或磨損，預(yù)制好的鋼絞線卷索成盤，運至橋面合適位置以待掛索。

3.4.2 鋼絞線剝皮及清潔

鋼絞線剝皮范圍為鞍座拉索前后2 個錨固裝置和下方2 個梁端密封處，剝皮長度既要滿足砂漿填充需求，又要小于塔端錨固裝置的長度；鞍座分絲管鋼絞線無需剝離。鋼絞線清洗時需將其端頭打散，清洗后進行防污處理。

3.4.3 切絲和墩頭

將打散并清洗后的鋼絞線兩端平齊切除外圈6 絲（12cm 左右），用專業(yè)鐓頭器將余下中心絲鐓成半圓形鐓頭，以便牽引。

3.5 HDPE套管吊裝

吊裝前，組裝并固定好梁端的防水罩和防護鋼管、塔端的連接裝置和錨固筒后，將兩端裝好專用索箍和橡膠墊板的HDPE 套管垂直起吊至橋塔頂端兩側(cè)并固定在塔外。

3.6 掛索順序及單根掛索

本橋索束分為61 根（9 排）、73 根（11 排）、91 根鋼絞線（11 排），順橋向左幅塔從左到右、順橋向右幅塔從右到左，自上而下逐排掛索，單根掛索施工流程如圖8。

圖8 單根掛索施工流程

掛索前，先將牽引繩依次穿過梁底錨固端的錨板孔和預(yù)埋管口上端，與穿索器連接，然后整體穿過預(yù)埋管和錨具，去下穿索器，安裝臨時夾片。在橋面上，從鋼絞線盤內(nèi)圈抽出其中一端，通過人工或鋼絲繩牽引的方式，將短束和長束從邊跨位置依次穿過防松裝置、抗滑錨具和索鞍，然后與中跨預(yù)埋管口處的牽引繩相接，穿過中跨錨具并張拉至工作所需長度，接著按照同樣方法完成邊跨鋼絞線的張拉。

3.7 單根張拉

完成掛索后，去除索束抗滑段的HDPE 護套層，洗去油脂，安裝抗滑裝置，流程如圖9所示。

圖9 抗滑裝置安裝流程

為使索中鋼絞線的應(yīng)力滿足設(shè)計要求，要求索力均勻性的離散誤差不超過理論值的3%，橫橋向相同編號拉索索力差值不超過整體索力理論值的1%，整體索力誤差不超過理論值的2%[4]。針對此，本工程采用等張拉力法控制，單根拉索張拉過程如下：

⑴在張拉端安裝臨時夾片和千斤頂，鋼絞線相應(yīng)位置設(shè)置基點；

⑵測量固定端張拉應(yīng)力為15%時的鋼絞線伸長值；

⑶按照3MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa 分級對稱張拉，每穿一根張拉一根，最后同步張拉到位；

⑷最后一級張拉時反復(fù)進行，直至壓力表達到穩(wěn)定的設(shè)計值。

掛索時，應(yīng)控制各拉索點掛索速度，確保同一節(jié)段梁上下側(cè)對稱索束的總索力差在允許范圍內(nèi)；人工安裝的夾片的外露量要一致，縫隙、高度必須滿足索力均勻性的要求。

3.8 緊索及索力調(diào)整

張拉完成后，立即進行梁端緊索，采用專業(yè)緊索器將索束收緊至設(shè)計斷面（空隙用假索進行填充），然后將減振器放置于校正管中，在成束索體對應(yīng)位置墊上環(huán)襯，安裝鋼質(zhì)索箍并收緊螺栓，促使在夾層中的減振器與索體外側(cè)和護管壁內(nèi)側(cè)充分接觸。

緊索完成后，對主梁標高和索力進行測量，若發(fā)現(xiàn)誤差較大，要及時分析原因，科學(xué)調(diào)整索力，調(diào)索過程中做好橋塔和主梁的受力、變形監(jiān)測工作，并充分考慮成橋二次荷載和線型。

3.9 零部件安裝

索力調(diào)整完成后，錨頭梁端預(yù)留一定長度鋼絞線以安裝防松裝置，并將多余鋼絞線切除，擰緊索緊螺母。然后，將塔端防護構(gòu)件（如錨固管、減振器、索箍和連接裝置等）按順序依次安裝，安裝時注意構(gòu)件之間的密封處理。

3.10 防護

作為斜拉橋結(jié)構(gòu)體系中關(guān)鍵組成部分，斜拉索的健康狀態(tài)關(guān)乎橋梁服役的安全及壽命[5]，必須按照相關(guān)技術(shù)標準進行后期防護[6]。例如，在錨具密封筒內(nèi)灌注聚氨酯防腐劑，錨固裝置內(nèi)灌注環(huán)氧砂漿，保護罩內(nèi)涂抹防腐油脂，施工時及時清理表面外露保護罩、防水罩和錨固裝置，并作同等防腐措施等。

4 結(jié)語

淮河特大橋矮塔斜拉橋是淮-宿蚌-城際鐵路跨越淮河的重點推進項目，于2022 年10 月開工建設(shè)，計劃2025 年建成運營，對完善安徽鐵路區(qū)域網(wǎng)，促進皖北城市群與合肥都市圈各方面交流，帶動沿線城市經(jīng)濟和文化發(fā)展具有重要意義。本文對淮河特大橋矮塔斜拉橋拉索的總體設(shè)計和施工關(guān)鍵技術(shù)進行了詳細論述及分析，通過現(xiàn)場施工效果驗證，該斜拉索設(shè)計及施工技術(shù)合理可靠、安全高效。