鋼桁架懸索橋主纜施工關鍵技術研究

摘要 主纜是鋼桁架懸索橋上的核心承重構件，但具有一定的施工難度。為明確鋼桁架懸索橋主纜施工的關鍵技術，文章結合黑水河特大鋼桁架懸索橋工程實例，著重探討了基于大型起吊設備牽引的主纜施工工藝。結果顯示，案例工程在預定工期內完成了主纜施工，達到了驗收標準?？梢?，鋼桁架懸索橋主纜施工通過汽車吊、塔吊等輔助設備，依次規(guī)范完成牽引、入錨、入鞍、調整、固定等施工工序，能夠取得理想的施工效果，可供同類工程參考借鑒。

關鍵詞 鋼桁架懸索橋；主纜索；施工技術；牽引系統(tǒng)；質量控制

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）17-0104-03

0 引言

作為懸索橋的核心承重構件，主纜不僅承載橋梁的縱向荷載，還通過其張拉作用將荷載有效地傳遞到橋塔和錨碇上，確保整個橋梁結構的穩(wěn)定性和安全性。但這類工程往往處在較為惡劣的環(huán)境下，具有一定的施工難度。對此，案例工程借助大型汽車吊、塔吊等輔助設備，以規(guī)范的施工流程如期完成了主纜的安裝施工，以下著重探討黑水河特大鋼桁架懸索橋主纜施工的關鍵技術，具體如下。

1 鋼桁架懸索橋概述

1.1 鋼桁架懸索橋的結構特點

鋼桁架懸索橋結構特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面[1]：

（1）鋼桁架懸索橋的主要承重結構由鋼桁架和懸索組成。鋼桁架作為橋梁的上部結構，具有高強度、輕質和良好的受力性能等特點，能夠有效地承受橋梁的縱向和橫向荷載。而懸索則通過錨固在橋塔上的主纜，將荷載傳遞到橋塔和錨碇上，實現(xiàn)橋梁的整體受力平衡。

（2）鋼桁架懸索橋具有優(yōu)美的外觀和較大的跨越能力。鋼桁架的結構形式使得橋梁在視覺上呈現(xiàn)出輕盈、通透的特點。同時，懸索的布置方式也使得橋梁能夠跨越較大的距離。

（3）鋼桁架懸索橋還具有較好的適應性和靈活性。由于鋼桁架和懸索的組合結構，使得橋梁能夠適應不同的荷載條件和變形要求。在橋梁運營過程中，鋼桁架懸索橋能夠根據(jù)實際需要進行調整和維護，保證橋梁的安全性和穩(wěn)定性。

1.2 主纜在鋼桁架懸索橋中的作用

（1）主纜是鋼桁架懸索橋中的主要承重構件之一。主纜承受車輛、行人等產生的縱向荷載，并通過懸索的傳遞作用，將這些荷載分布到橋塔和錨碇上。主纜的高強度材料選擇和合理的張拉工藝，保證了其能夠承受巨大的拉力，從而確保橋梁的穩(wěn)固性和安全性。

（2）主纜的張拉作用對鋼桁架懸索橋的整體受力平衡起著關鍵作用。在橋梁施工過程中，通過張拉主纜，可以調整橋梁的線形和受力狀態(tài)，使其滿足設計要求。同時，在橋梁運營過程中，主纜的張拉狀態(tài)還能夠根據(jù)荷載的變化進行自適應調整，保持橋梁的受力平衡和穩(wěn)定性。

（3）主纜還影響鋼桁架懸索橋的整體剛度和振動性能。主纜的布置和張拉狀態(tài)直接影響橋梁的整體剛度分布，合理的主纜設計和張拉工藝可以優(yōu)化橋梁的振動性能，減少風振、地震等外部因素對橋梁的影響。

2 鋼桁架懸索橋主纜施工關鍵技術分析

2.1 項目概況

黑水河特大橋為主跨550 m的鋼桁梁懸索橋，橋址位于涼山彝族自治州寧南縣碼口鎮(zhèn)山后頭，橫跨黑水河兩岸，位于兩條活動斷裂帶上；其寧南岸錨碇為重力式錨碇，攀枝花岸錨碇為隧道式錨碇。主纜采用公稱直徑為φ5.2 mm、公稱抗拉強度為1 860 MPa的高強度鍍鋅鋁鋼絲。主纜采用PPWS法安裝，包含61股中通長索股及4根背索。每索股含127根直徑為5.2 mm、抗拉強度為1 860 MPa的鍍鋅鋁鋼絲。架設時主纜豎向排列成近似正六邊形，緊纜后變?yōu)閳A形。索夾孔隙率分別為18%（內）和20%（外），寧南跨及中跨的索夾尺寸為506 mm（內）和512 mm（外）；攀枝花跨的索夾尺寸為522 mm（內）和529 mm（外）。主纜索股總重量為2 366 910 kg。

2.2 主纜的施工方法與工藝流程

2.2.1 主纜牽引系統(tǒng)

在貓道架設完后，在索股托滾上牽引架設第3根牽引索，寧南岸重力錨設置兩臺卷揚機，利用拽拉器連接3根牽引索，并將牽引索置入門架導輪。牽引索在攀枝花岸隧道錨散索鞍支墩后轉向，形成主纜索股架設所用的雙線往復式門架拽拉器牽引系統(tǒng)[2]。

2.2.2 主纜索股牽引

主纜索股架設分為一般索股架設和基準索股架設兩類。由于每根主纜含索股61股（攀枝花岸主纜另設4根背索），以1＃索為基準索股。牽引從寧南岸前錨室出發(fā)，至攀枝花岸前錨室結束。主纜索股牽引流程如圖1所示[3-4]。

圖1 主纜索股牽引流程圖

（1）索股放索機構

黑水河特大橋主纜單根索股重約19.16 t，單根長度約906.3 m，索股平均無應力長度約904.6 m，索盤采用水平放索的方式，放索架采用機械制動，以防止索股產生“呼啦圈”現(xiàn)象。

（2）施工準備

在主纜預制完成后，采用定型捆扎帶綁扎，使其斷面呈正六邊形。定型捆扎帶每隔1.5 m設置一道，每道纏繞6層，纏繞寬度為40 mm，每根索股設置591道。

（3）牽引系統(tǒng)完善

沿貓道全線布置托輪，作為索股行走于貓道上的支撐，貓道上托滾布置間距為6 m。在主、散索鞍上，利用索鞍旁的螺栓孔安裝滾輪，保證索股順利通過，滾輪尺寸與貓道面層上的托滾滾輪相同。

（4）存索區(qū)布置

該項目主纜存放場設置于寧南岸重力錨錨塊及錨塊后方，錨塊后方全部回填至錨塊頂標高，表面進行混凝土硬化，錨塊側面設置1臺川建P6015塔吊作為牽引錨頭使用，錨塊上設置一臺110 t汽車吊起吊及轉運索盤。

（5）索股牽引

利用汽車吊將待架設的索股從存索區(qū)運至放索區(qū)放索架上，人工配合塔吊將主纜錨頭牽引至伸縮式施工平臺上。錨頭澆筑完成后，在外伸平臺上將錨頭與牽引繩拽拉器進行連接，調整拽拉器的平衡。啟動主牽引卷揚機，使索股進入錨跨，在錨塊與散索鞍支墩之間設置懸掛式軌道，其上布置主纜導輪，使主纜順利通過錨跨。

（6）開始牽引

在準備工作完成后，同時啟動主、副牽引卷揚機進行索股牽引，密切監(jiān)視貓道上托架滾輪的索股形態(tài)。兩臺卷揚機保持同步運行，收放速度一致，被動卷揚機維持一定反拉力。在正常情況下，索股牽引速度為邊跨15～20 m/min，主跨20～25 m/min。

（7）錨頭過塔頂

當索股錨頭牽引至塔頂門架附近時，在靠近塔頂索鞍兩側，加密滾輪的布置，使?jié)L輪的豎向曲線平滑過渡。拽拉器通過牽引繩牽引通過塔頂大導輪組，主纜通過設置于主索鞍上的滾輪向前滑移，索股過塔進入主跨貓道。

2.2.3 索股上提、橫移

利用塔頂和錨碇門架卷揚機進行索股的上提與橫移。連接卷揚機、動滑車、定滑車組與握索器，構建提升橫移系統(tǒng)。完成所有安裝后，同步啟動卷揚機，提升索股并橫移至設定位置。

2.2.4 索股整形、入鞍

（1）索股整形

在入鞍前，需將索股斷面整理為設計規(guī)定的矩形截面，并放入鞍座內的設定位置。在索鞍前后約3 m處安裝六邊形夾具，解除纏包帶。用鋼片梳將索股斷面由六邊形調整為四邊形，再用專用四邊形夾具夾緊，并用木槌敲打索股。

（2）索股入鞍

索股入鞍順序：塔頂由邊跨至主跨，散索鞍由錨跨至邊跨。注意索股著色標志絲在鞍槽內的位置，確保鋼絲平行。完成后，連接索股兩端錨頭與相應位置的錨固系統(tǒng)，進行臨時錨固。

2.2.5 主纜索股垂度調整

索股垂度調整要求在風速較小、夜間溫度穩(wěn)定的時間段進行。索股調整順序為先中跨后邊跨，再錨跨。基準索股垂度用絕對高程法調整，通過三角高程測量法控制。主跨、邊跨索股垂度調整完成后，再調整錨跨索股張力。錨跨張力采用液壓螺栓拉伸器（穿心液壓千斤頂）進行調整，使每根索股的張力控制在設計要求范圍內，并擰緊拉桿螺母或填塞錨墊板進行錨固[5]。

2.2.6 錨跨張力調整

每根索股垂度調整完成后，應及時用拉伸器或千斤頂張拉調整兩錨跨索股的張力。索股張力的調整量需根據(jù)測力計讀數(shù)與錨頭移動量進行雙控確定，精度要求為實際拉力與設計值的誤差不超過設計錨固力的3%。

2.2.7 主纜索固定

在架設一定數(shù)量的索股后，為保持主跨索股的排列和形狀，每150 m設置V形保持器，并在其間設置主纜豎向保持器，及時在主、散索鞍處安裝鞍槽隔板。索股架設完成后，填壓鋅填塊，安裝蓋板和緊固拉桿，并進行現(xiàn)場質量驗收。

2.2.8 監(jiān)控測量

（1）主塔位移監(jiān)控測量

在施工過程中，隨著主纜的架設及后期鋼桁梁的架設，主塔隨著加載可能會出現(xiàn)偏位，因此在施工過程中，需對主塔位移進行監(jiān)控測量。在每個塔柱塔頂四周設置4個監(jiān)控測量點，作為主塔位移及高程的監(jiān)控測量點，共計16個，在主纜架設期間應對塔頂位移進行測量。

（2）主纜牽引系統(tǒng)監(jiān)控測量

在主纜施工期間，需對主纜牽引繩的受力狀況進行監(jiān)控，避免牽引繩斷裂，致使主纜脫落。監(jiān)控通過卷揚機控制系統(tǒng)進行，在施工過程中記錄卷揚機的拉力，并與牽引鋼絲繩的破斷拉力值進行對比。當拉力接近破斷拉力值時，應立即停止牽引，并采取措施減小卷揚機拉力。

2.3 主纜施工中的關鍵問題及其影響

主纜施工中的關鍵問題包括以下幾個方面[6]：

（1）主纜施工中的關鍵問題之一是施工精度控制。由于主纜是懸索橋的主要承重構件，其施工精度直接決定了橋梁的線形、受力分布和整體穩(wěn)定性。在施工過程中，主纜的定位、張拉力的施加，以及錨固點的精度控制都至關重要。任何微小的偏差都可能導致主纜受力不均，進而影響橋梁的整體性能。

（2）主纜的材料選擇與質量控制也是關鍵問題之一。主纜作為承受巨大拉力的構件，其材料的選擇必須滿足高強度、高耐久性和良好的抗腐蝕性能等要求。同時，在施工過程中，對主纜材料的質量控制也至關重要，包括材料的檢測、驗收、存儲和使用過程中的保護等，都需要嚴格把關，確保主纜的施工質量。

（3）主纜施工中的安全問題也不容忽視。由于主纜施工涉及高空、張拉等高風險作業(yè)，因此在施工過程中必須采取嚴格的安全措施，確保施工人員的生命安全。同時，對施工過程中的安全監(jiān)控和應急預案的制定也必不可少，以應對可能出現(xiàn)的突發(fā)情況。

3 主纜施工中的質量控制與安全保障

在鋼桁架懸索橋的主纜施工過程中，質量控制是確保橋梁結構安全、穩(wěn)定和耐用的關鍵環(huán)節(jié)。為了確保主纜施工的質量，需要采取一系列嚴格的質量控制措施。主要包括以下內容：

（1）材料質量控制是主纜施工的基礎。在選擇主纜材料時，應確保材料符合相關標準和規(guī)范要求，具備足夠的強度、耐久性和抗腐蝕性。因此，應對材料進行全面檢測，包括對材料的化學成分、力學性能、尺寸精度等方面進行嚴格把關。同時，在施工過程中，還需要對材料的存儲、運輸和使用進行規(guī)范管理，避免材料出現(xiàn)損壞或變質等問題。

（2）施工過程的質量控制是關鍵。在主纜施工過程中，應嚴格控制各個施工環(huán)節(jié)的質量，確保施工符合設計要求和技術標準，包括主纜的定位、張拉力的施加、錨固點的制作等關鍵步驟。在施工過程中，應加強對施工人員的培訓和管理，提高施工人員的技能水平和質量意識。同時，還應采用先進的施工設備和工藝，確保施工過程的精度和穩(wěn)定性。

（3）質量檢測和評估也必不可少。在施工過程中，應定期對主纜施工進行質量檢測，包括主纜的線形、張拉力、錨固點的質量等方面，并對檢測數(shù)據(jù)進行及時記錄和分析，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，及時采取相應的措施進行整改。同時，在施工完成后，還應進行整體的質量評估，確保主纜施工符合設計要求和技術標準。

（4）質量管理和監(jiān)督體系也是關鍵。為了確保主纜施工的質量，應建立完善的質量管理和監(jiān)督體系，包括制訂詳細的質量管理計劃、設立專門的質量管理部門、加強施工現(xiàn)場的監(jiān)督和檢查等。通過這些措施，可以及時發(fā)現(xiàn)和解決施工過程中的質量問題，確保主纜施工的質量和安全。

4 結語

鋼桁架懸索橋作為一種重要的橋梁結構形式，其主纜的施工質量直接關系橋梁的安全性和穩(wěn)定性。該文不僅深入分析了各個施工環(huán)節(jié)的技術要求和操作細節(jié)，還探討了如何通過創(chuàng)新和改進提高施工效率和橋梁的整體性能。通過采用該文提出的技術和方法，可以有效提高鋼桁架懸索橋主纜施工的效率和質量。這不僅有助于降低建設成本，還能顯著提升橋梁的整體性能和安全性，該研究的成果為鋼桁架懸索橋主纜施工提供了有效的技術指導和參考。

參考文獻

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