丹陽北二環大橋主塔斜拉索施工工藝探討

唐志俊 史建偉 中交三航局南京分公司

1 工程概況

丹陽市北二環大橋改建搶修工程為一座塔墩梁固結的獨塔雙索面混凝土斜拉索橋，計算跨徑為89.2+109.2(m)，邊跨距離主塔中心線67 m處設置一個輔助墩。主塔為矩型斷面，橋面以上塔高55 m，橋寬36.2 m(含風嘴)。橋面拉索標準索距 6.5 m，塔上拉索索距 2～4（m）。

斜拉索采用Φ7鍍鋅高強平行鋼絲成品索，標準強度為1670 MPa，拉索采用雙層PE護套，兩端均采用張拉端冷鑄錨（如圖 1、圖 2）。

圖1 斜拉索示意圖

圖2 斜拉索結構圖

全橋共設斜拉索2x15對，分Φ7-223、211、187、163、139 合計 5 種規格。

索號表示：

主跨索Z01-Z15；

邊跨索B01-B15。

最大索（Z15）長 112 m,重約 8.3 t。

最大成橋索力為：Z13：568.6 t。

主跨拉索間距6.5 m，邊跨拉索標準間距 6.5 mm，錨固區 3～4.5(m)。

主跨、邊跨、主梁都采用前支點掛籃懸臂澆筑施工工藝。

前支點體系轉換最大索力（B14）：520.2 t。

二次最大張拉力(B14)：298.7 t。

斜拉索安裝施工工藝流程如下：施工準備-拉索塔端掛索（臨時錨固）-橋面展索、梁端拉索錨頭按設計位置定位-掛籃弧首錨固-塔端拉索牽引錨固-主邊跨塔內張拉-索力轉換-調索-安裝上下減震器及錨具防護罩-防腐處理-安裝橋面拉索不銹鋼保護套。

2 斜拉索掛索

斜拉索掛索是將斜拉索的兩端，分別穿入梁上和塔上預留的索孔（索導管），并初步固定在索孔端面的錨板上。斜拉索掛索是斜拉橋施工中極其重要的一個環節，只有掌握了掛索技術，才能加快斜拉索安裝速度，從而縮短主梁標準段施工周期，加快施工進度。

2.1 斜拉索塔上掛索工藝

根據索重、索長、索的牽引力以及不同的施工區段可分別采取不同的施工方法，分別敘述如下：

前期：1#～6#索因索長小于55 m，索重小于3 t，采用橋塔根部放索方案。用塔吊直接起吊，放索到橋面以上高度，橫移斜拉索至施工區段，松鉤使斜拉索下落至橋面適當長度后，用橋面卷揚機把斜拉索拖至待裝錨管附近，拖拉距離以滿足掛索要求為宜。放索時拆下螺母，裝上牽引裝置，為掛索作準備。此階段不需放索盤，直接從地面起吊上橋,索離開地面后,靜停幾分鐘,讓其自由旋轉釋放扭力。

中期：7#～10#索因索長大于55 m，索重小于7t，采取橋面放索方案。通過橋面吊機將索吊上橋、裝盤，橋面索盤倒運通過平板車完成。塔端通過塔外卷揚機提升放索，在放索過程中直接上塔完成塔端掛索過程，梁端通過卷揚機拖拉到索道管附近完成全部放索。8＃索在7#索施工完成后及時上橋，在7#梁段養護過程中，放索到位適當位置并做好掛索的準備工作。重復以上施工過程完成7＃～10＃的放索任務。

后期：10#～15#索采取橋面放索方案。索長大于80 m，為了盡可能地釋放扭力,此階段的索在橋面通過橋面卷揚機牽引完全展開。展開時先用平板車把索倒運至梁端,然后用橋面卷揚機把索向塔端牽引至索完全展開。

2.2 斜拉索梁上（掛籃端）掛索工藝

上索頭在塔上臨時錨固后，可用塔吊二次吊索，將下錨頭吊起，放在錨頭小車上，索下放置尼龍托輪和托棍，卷揚機牽引直接把索展開。在距離下錨頭后數米處安裝哈夫夾和卷揚機滑輪組，掛藍端龍門架配合，牽引拉索，把下錨頭喂進梁下索導管，錨頭露出錨箱錨板后，按設計要求的外伸量，旋合錨杯螺母，螺母要離開索導管墊板一定距離（大于4 cm）不要碰觸錨墊板（見圖3、圖4）。安裝弧首連接桿組件，安裝弧首張拉撐腳和千斤頂，將拉索在弧首處錨固。圖5為梁上掛索示意圖。

圖3 梁上掛索示意圖

圖4 塔上掛索示意圖

圖5 梁上（掛籃端）掛索示意圖

2.3 斜拉索安裝牽引力計算

根據拉索的長度、上下兩端錨墊板中心距離，可估算出牽引力T，拉索上端離塔柱上相應索孔錨板端面的距離ΔL為:

式中：

L0--上下兩端錨墊板中心距離；

ω--拉索單位長度重量；

L--拉索長度；

LX--拉索長度水平投影；

T--牽引力；

A--鋼絲截面積；

E--彈性模量。

施工前根據設計提供的索力及斜拉索相關技術參數，對每對索張拉時錨杯螺母剛旋平錨杯端面時的牽引力進行計算，來確定拉桿長度和預留長度（見圖6）。

圖6 安裝索力計算圖式

3 斜拉索張拉

3.1 張拉準備

(1)在成品索掛索完成后，塔內張拉前的準備工作也要立刻進行。

(2)拆除掛索時使用的牽引頭，選擇與成品索錨頭內部螺紋相配套的變徑套，旋入錨頭內。此時應該注意，變徑套所有螺紋一定要旋入錨頭的內螺紋底部，多余的螺紋部分應留在外面。

(3)將千斤頂的撐腳安放到合適的位置，使之在裝拉桿及千斤頂就位時不要移動。撐腳的中心與錨具中心，應保持同心，不得有偏心的現象，以免在以后的張拉中將錨具的外螺紋拉傷。

(4)裝入拉桿時到位后,千斤頂就位。千斤頂在放下時要輕，和撐腳的接觸面要平，并且要求對中。

(5)裝配螺母。螺母裝上后不要旋得太緊，以便給千斤頂活動的余地。應離千斤頂1-2(cm)，這樣有利于調節千斤頂、撐腳與錨具的中心位置。同時，也有利于千斤頂的供油。

3.2 張拉順序（以監控指令為準）

(1)第一次，斜拉索牽引到位，連接張拉桿，掛籃模板調整到設計標高，開始張拉，使張拉力到達指定控制標準。

(2)第二次，梁段混凝土澆筑至1/2時，使張拉力到達指定控制標準,梁段全部混凝土澆筑完成時，根據掛籃標高或再次張拉調節。

(3)第三次，在主梁預應力束張拉完成后，啟動千斤頂將調節拉桿拉出，然后向前旋動下錨錨圈，使其緊密貼合錨下墊板，卸除斜拉索與掛籃的連接拉桿組件，實現體系轉換，使得原先錨固于掛籃的索力轉換到主梁上去。當已澆梁段完成體系轉換后，同時對本梁段的拉索進行第三次張拉調整索力。

3.3 張拉工藝

(1)接通油泵和千斤頂的油管，檢查精密壓力表是否與千斤頂相符，在未張拉之前，可以在空載的情況下活動兩個行程，確保千斤頂在張拉時無任何問題。

(2)啟動油泵，在張拉過程中成品索緩慢上升。與此同時，應將成品索的錨圈緩慢下旋，使其不致離錨墊板的位置過高。

(3)當達到設計、監測監控給定的張拉噸位后，應先穩住油壓，檢查索力值是否正確。然后旋緊螺母，使螺母能與錨墊板充分結合。

(4)最后卸除油壓回油、關機、斷電、完成張拉的全過程。

3.4 張拉施工要點及安全措施

3.4.1 張拉施工要點

(1)施工要嚴格按設計所提出的張拉程序及張拉力進行。如施工中出現異常現象，應停止施工，并及時報請現場監理和設計，待查明原因，采取措施后再繼續施工。

(2)千斤頂、油泵等整個加載系統在施工前必須標定，以確保張拉控制的準確性。施工中應同時觀察油壓表讀數，是否同設計計算值等同，確保張拉力控制在標準范圍內。

(3)當張拉設備如千斤頂、壓力表等損壞或超過規定使用期限，應重新進行標定。

(4)張拉操作必須逐級、平穩、對稱進行，以每10%～20%噸位分級為宜，不允許出現超載現象，并作好張拉記錄。

(5)在張拉過程中，要不斷擰緊斜拉索冷鑄錨的錨環，防止千斤頂回油時，斜拉索產生沖擊損壞千斤頂和油泵。

(6)張拉斜拉索和索力調整應在溫度比較穩定的夜間進行。如需在白天施工，應有設計計算提供的張拉力溫度修正值。

3.4.2 張拉安全措施

(1)作業場地兩端外側應設有防護欄桿和警告標志。

(2)作業前，應檢查被拉錨具，當有損傷時應及時進行處理。

(3)高壓油泵起動前，應將各油路調節閥松開，然后開動油泵，待空載運轉正常后再緊閉回油閥，逐漸擰開進油閥，待壓力表指示值達到要求、油路無泄漏、確認正常后，方可作業。

(4)作業中，操作應均勻，平穩。張拉時，兩端不得站人。在有壓力情況下，嚴禁拆卸液壓系統任何零件。

(5)高壓油泵不得超載作業，安全閥應按設備額定油壓調整，嚴禁任意調整。

(6)在測量伸長值時應先停止拉伸，操作人員必須站在側面操作。

(7)高壓油泵停止作業時，應先斷開電源，再將回油閥緩慢松開，待壓力表退回零位時，方可卸開通往千斤頂的油管接頭，使千斤頂全部卸荷。

(8)各指示儀表應定期校驗其準確值。