懸索橋索股剛性拉桿錨固系統安裝技術

石虎強 王平洲

(中交二公局第二工程有限公司，陜西 西安 710119)

懸索橋索股剛性拉桿錨固系統安裝技術

石虎強 王平洲

(中交二公局第二工程有限公司，陜西 西安 710119)

依托大連南部濱海大道工程懸索橋施工，從后錨面錨固鋼板定位安裝、無縫鋼管定位安裝、索導管安裝三方面著手，闡述了剛性拉桿錨固系統精確安裝定位施工技術，提高了安裝精度，加快了施工進度。

懸索橋，剛性拉桿，索股，安裝

大連星海灣跨海大橋采用“剛性拉桿+后錨面錨固鋼板”形式作為主橋索股錨固形式，這樣可以有效的將主纜拉力傳遞至錨塊整體，從而到達錨碇基礎。采用此類錨固形式，對后錨面錨固鋼板和剛性拉桿的定位精度要求也極為嚴格，保證主纜各索股間受力相近。本文主要就剛性拉桿錨固系統精確安裝定位測量和施工工藝進行簡單闡述，為以后類似懸索橋類錨固系統施工提供經驗借鑒。

1 工程概況

大連星海灣跨海大橋主橋為雙塔三跨地錨式雙層通車鋼桁加勁梁懸索橋，跨徑布置為180+460+180=820 m。每根主纜中含61股平行鋼絲索股，每股含127絲直徑為5.20 mm的鍍鋅高強鋼絲，錨固系統采用剛性拉桿錨固系統，主纜端頭與剛性錨桿連接，通過剛性拉桿錨固在錨塊上，剛性拉桿直徑12 cm，長度16 m，單根重約1.44 t，主纜與剛性拉桿之間采用內外螺紋式連接套連接,該拉桿為國內懸索橋上應用最長的剛性錨桿。本橋主纜錨固系統為預埋無縫鋼管，穿剛性拉桿，后錨面錨固體系。在錨塊結構施工前，安裝、定位無縫鋼管，無縫鋼管采用定位骨架進行定位。在錨塊混凝土施工時，應時刻保證錨固系統定位支架安裝精度和剛度，保證錨固管道，前后錨面鋼板的精確定位。

本橋錨固系統安裝順序為首先進行錨固鋼板安裝，再進行無縫鋼管安裝，錨體混凝土施工完成后進行剛性拉桿的穿入。

2 后錨面錨固鋼板定位安裝

本工程錨固系統形式為后錨式剛性拉桿錨固系統，主纜通過剛性拉桿將拉力傳遞至后錨面錨固鋼板。施工關鍵在于剛性拉桿定位及每根索股錨固系統的前、后錨面精度。后錨面是主纜與錨固系統的連接部位，剛性拉桿與后錨點應該垂直受力才能保證索股拉力的傳遞，所以后錨面錨固鋼板的施工精度控制為本工程施工關鍵之一。

2.1 錨固鋼板定位支架

后錨面錨固鋼板為40 mm厚鋼板，平面尺寸為9.2 m×8.4 m，單塊重量約24 t。此錨固鋼板在其自身重力和上方混凝土荷載作用下會產生較大變形。采用型鋼作為支撐，型鋼布置于兩列錨固點中間，以避免支撐型鋼影響后期剛性拉桿張拉作業。通過臨時支架法能減小鋼板變形，控制在規范要求之內。后錨面錨固鋼板下口設置型鋼支撐，通過此型鋼能準確保證錨固鋼板底口的空間坐標。鋼板空間角度利用下方支架進行調整。

2.2 測量定位

測量工作分為兩步，首先精確測量支架的空間坐標，最為重要的為豎向坐標。粗定位后錨面鋼板時主要控制四個角點的坐標值，調整到偏差小于5 mm。利用輔助工具對鋼板上的孔位進行精確定位，小范圍調整至各個孔位圓心偏差值都小于5 mm。

2.3 三角高程精度分析

應用單向三角高程測量時，測站點A到觀測點B的高差的公式為：

其中，Sab為測站點A到觀測點B的水平距離；α為測站點到觀測點的豎直角；ia為測站點A的儀器高;vb為觀測點B的目標高；R為地球的曲率半徑,R=6 371 000 m。

將上式全微分并轉化成中誤差關系式，得：

其中，ms為距離測量的中誤差；mα為豎直角測量的中誤差；mia,mib分別為儀器高和目標高測量的中誤差；mk為大氣折光誤差。

定位儀器選用LEICA TC2003全站儀，標稱精度為1 mm+1 ppm，0.5″，則有ms=±1.2 mm，mα=±0.5″；此時一般采用相對于后視定向點來測量待測點的高程，不需要量取儀器高和棱鏡高，mia=mib=0 mm；折光系數K的中誤差mk一般為±0.03～±0.05，取±0.05。定位測量時最大水平距離為69 m，最大觀測豎直角為-30°。

從而計算出mh=±0.7 mm。

則測量的誤差區間為(+0.7 mm,-0.7 mm)，該精度能滿足且遠高于設計的錨固鋼板施工定位精度要求。

3 無縫鋼管定位安裝

由于錨固系統中剛性拉桿數量很多，剛性拉桿外側設計有無縫鋼管對其保護，避免混凝土與剛性拉桿直接接觸，從而影響索股拉力的傳遞。結合錨固系統的結構形式，本工程設計有輔助無縫鋼管定位支架，以使無縫鋼管能夠快速定位、安裝。通過無縫鋼管的定位精確安裝以保證剛性拉桿的定位要求。

3.1 剛性拉桿定位支架

本工程錨固系統自IP點至后錨面錨固點為空間放射狀，與沿順橋向成夾角的多面棱錐形狀。利用型鋼制作定位支架，控制無縫鋼管安裝后最大變形量小于2 mm。錨固系統連接前剛性拉桿在無縫鋼管內為簡支梁形式，精確定位無縫鋼管能避免剛性拉桿與管壁之間的接觸，降低剛性拉桿破壞危險。

通過定位支架能保證無縫鋼管軸線的空間角度，鋼管底端與錨固鋼板開孔孔位連接，在安裝過程中還需要對無縫鋼管的平面位置進行限制。在定位支架上設置擋板，避免鋼管左右移動。

3.2 測量定位

控制豎向鋼管平面位置及高程，在安裝索導管定位支架時，主要是控制擋板的位置，首先實測支架橫梁的坐標，根據實測的X值進行內插計算，計算出對應的設計值Y和Z對擋板進行調整。

4 索導管的安裝

4.1 測量原理

錨碇測量重點在無縫鋼管定位，本工程錨固系統和其他項目的索導管定位工藝有很大的不同，需要整體安裝。本工程無縫鋼管最小長度為15 m,不能直接測量鋼管圓心坐標，故利用空間圓原理，在鋼管外徑同一斷面上測三個不同點的三維坐標值，根據空間圓計算公式計算出該斷面的設計坐標，同時得出實測值和設計值的偏差值，根據偏差值對索導管的位置進行精確定位，重復以上步驟直到調到設計要求范圍內。

由于是海上施工，受施工條件的限制，測量點的選擇很有限，最后將測量加密點布設在索導管支架鋼管上，并安裝強制對中器以消除對中誤差，并按照GB/T 18314—2009全球定位系統(GPS)測量規范規定的B級GPS要求進行觀測并定期對加密點進行符合。

4.2 極坐標法平面位置定位精度分析

如圖1所示，A，B兩點為已知控制點，待定點Z坐標計算公式為：

XZ=XA+S×cos(αAB+β)。

YZ=YA+S×sin(αAB+β)。

求全微分得：

dXZ=cos(αAB+β)×dS-S×sin(αAB+β)×dβ。

dXZ=sin(αAB+β)×dS+S×cos(αAB+β)×dβ。

根據協方差傳播定律得到：

其中，mβ為測角中誤差；mS為測距中誤差。Z點的點位中誤差為：

采用標稱精度為1 mm+1 ppm，0.5″的LEICA TCA2003全站儀觀測時：

測量的誤差區間為(+1.1 mm,-1.1 mm)，該精度滿足且遠高于設計的錨固鋼板、索導管施工定位精度要求。

4.3 計算公式

公式：(X-X1)/(X2-X1)=(Y-Y1)/(Y2-Y1)=(Z-Z1)/(Z2-Z1)。

由上式可得到下列計算公式：

Y=(X-X1)×(Y2-Y1)/(X2-X1)+Y1。

Z=(X-X1)×(Z2-Z1)/(X2-X1)+Z1。

其中,X1,Y1,Z1均為索導管下端坐標值;X2,Y2,Z2均為索導管上端坐標值;X，Y,Z均為索導管任意斷面坐標值。

實例計算：在編號為Ⅰ1索導管任意斷面上測量三點坐標(見表1，表2)。

表1 實測坐標表

表2 設計坐標表

根據計算公式：將實測三點坐標代入可得實測索導管圓心的坐標X=-438.138,Y=12.598,Z=13.492，在同一個X數值上對應的唯一的Y和Z值，可根據上式計算出該斷面處索導管的設計坐標X=-438.138,Y=12.6,Z=13.492，可根據兩組數據的差值對索導管進行調整。

5 結語

錨固系統作為懸索橋主要受力結構之一，其施工精度關系到主橋受力安全，同時錨固系統的定位安裝也是懸索橋施工的難點之一。本工程采用的“剛性拉桿+后錨面錨固鋼板”形式作為錨固系統結構形式，能夠有效的將主纜拉力傳遞至錨碇，同樣也增加了施工精度控制的難度，需要同時控制后錨面鋼板和剛性拉桿的施工精度。通過采用輔助支架定位法，可以極大提高安裝精度，加快施工進度。通過采用空間圓原理推算圓心，可以將施工精度控制在設計要求范圍之內。

[1] 岳建平，田林亞.變形監測技術與應用[M].北京：國防工業出版社，2007.

[2] 同濟大學應用數學系.高等數學[M].第5版.北京：高等教育出版社，2004.

[3] GB/T 18314—2009，全球定位系統(GPS)測量規范[S].

Installation technology of cable strand rigid bar anchorage system of suspension bridge

Shi Huqiang Wang Pingzhou

(ChinaCommunication2ndBureau2ndEngineeringCo.,Ltd,Xi’an710119,China)

Based on the suspension bridge construction of southern Dalian coastal highway engineering, starting from three aspects of post-anchorage steel board orienting installation, seamless steel pipe orienting installation and cable conduit pipe installation, the paper introduces specific installation orienting construction technology of rigid bar anchorage system, which not only improves installation accuracy, but also speeds up construction schedule.

suspension bridge, rigid bar, cable strand, installation

2015-03-07

石虎強(1984- )，男，工程師； 王平洲(1979- )，男，工程師

1009-6825(2015)14-0186-02

U448.25

A