荊岳長江公路大橋超長斜拉索全軟牽引安裝技術

萬 華

(湖南路橋建設集團公司,湖南長沙 410004)

0 前言

目前,國內大部分掛索施工一般采用塔端軟牽引+硬牽引+硬張拉和梁端軟牽引+硬牽引+硬張拉兩種方法進行。采用第一種安裝方法時,由于張拉桿一般為脆硬材料制成,其斷裂前無明顯的塑性變形,且處于高空或索導管內,無法觀測,因而在實際操作中張拉桿易斷裂而導致斜拉索墜落(該事故在國內斜拉橋施工中層出不窮),同時,張拉桿的使用受塔腔內空間的限制而難以操作;采用第二種安裝方法時,需在懸臂梁前端設置大型的可移動吊架,由于該吊架一般比較重,可達40～60 t,對橋梁線形、施工質量影響大,且施工監控難度大。

荊岳長江公路大橋跨江主橋采用主跨816 m雙塔不對稱混合梁斜拉橋方案,平行雙索面,跨度組合為(100 m+298m)+816 m+(80m+2×75 m)。全橋共4×26對平行鋼絲斜拉索,其中最長索長度為431.98m,最大重量35.98 t(見圖1)。斜拉索塔端錨固采用鋼錨梁錨固型式,其最長斜拉索對應的鋼錨梁層高為2m。如此超長、重的斜拉索在如此狹小的空間中進行安裝,難度大、風險大。

荊岳長江公路大橋南主橋斜拉索施工中采用獨創的塔端全軟牽引掛索施工技術,避免了以上兩種常規施工方法的缺點,安全、簡捷、高效地完成了掛索任務。

圖1 荊岳長江公路大橋南主塔總體構造(單位:m)

1 工藝原理

僅采用柔性鋼絞線作為牽引體,直接將斜拉索錨頭牽引至帶帽位置后安裝錨固螺帽,即先將斜拉索牽引端工具錨牽引至塔內行星千斤頂內,用夾片鎖定鋼絞線后再安裝梁端錨頭,然后利用塔端內的大噸位穿心式行星千斤頂牽引直接連接于斜拉索塔端錨頭的鋼絞線,將斜拉索錨頭牽引至戴帽位置戴帽,再拆除鋼絞線牽引裝置。最后安裝張拉桿及張拉千斤頂進行斜拉索的第一次、第二次張拉(見圖2)。

圖2 斜拉索全軟牽引安裝原理示意圖

2 施工工藝流程及操作要點

1)施工工藝流程見圖3。

2)超長斜拉索牽引鋼絞線長度、數量的設置。

牽引鋼絞線的長度以塔外卷揚機最大提升斜拉索塔端錨頭提升至最大高度后,塔端錨頭其距錨固位置的距離考慮一定富余量后進行確定;其斜拉索牽引鋼絞線的牽引數量按斜拉索梁端錨頭已完全錨固到位的情況下,其牽引塔端錨頭至戴帽位置所需最大牽引力確定。

斜拉索掛索索力按下式計算:

式中:ΔL為牽引力為T時斜拉索錨頭距離錨墊板端部中心距離;L為斜拉索長度;L0為斜拉索錨板中心的幾何間距;ω為斜拉索單位長度重量;Lx為斜拉索水平投影長度;T為掛索牽引力;A為斜拉索橫截面面積;E為斜拉索彈性模量。

各牧草品種CP產量年際變化顯著(P<0.05)，月變化顯著(P<0.05)。2年平均以星星草CP產量最高，為69.73 g/m2，其次為同德老芒麥(65.79 g/m2)、垂穗披堿草(60.71 g/m2)、中華羊茅(51.00 g/m2)、青海早熟禾(41.49 g/m2)。同德老芒麥和垂穗披堿草CP產量在8月達到最高值，顯著高于7月和9月，青海草地早熟禾、星星草和青海中華羊茅CP產量2年的變化沒有規律。2014年CP產量在9月達到最高值，2015年在8月達到最高值(圖 6)。

經計算,荊岳長江公路大橋最長索的最大牽引力為406 t。其單根索牽引鋼絞線的數量為25根,長度為64 m。

圖3 施工工藝流程圖

3)牽引千斤頂的配置。

牽引千斤頂的最大牽引頂推力應大于單根斜拉索鋼絞線的牽引力。

荊岳長江公路大橋斜拉索的安裝過程中,選用超大流量的油泵和大噸位穿心式行星千斤頂作為牽引機具,此系統每1 h收索達到10～15 m左右,可連續、高效、安全的進行斜拉索的安裝。行星式千斤頂結構見圖4。

圖4 行星式千斤頂結構圖

該行星式千斤頂由周邊對稱布置的4個小型千斤頂環繞中間牽引、臨時固定鋼絞線的上、下工具錨構成。斜拉索通過鋼絞線利用行星式千斤頂牽引時,周邊對稱布置的小千斤頂通過頂升板頂升上部鋼絞線工具錨,實現鋼絞線牽引。當千斤頂油缸至最大行程位置時,千斤頂泄壓,上部工具錨回縮;同時,利用下部工具錨臨時錨固牽引鋼絞線。直至千斤頂回復至起頂位置。重復上述過程,直至斜拉索錨頭牽引至戴帽位置。

4)安裝塔頂支架、布置塔頂及橋面卷揚機。

在上、下游塔頂各安裝塔頂支架。塔頂支架主要由Ⅰ36b工字鋼組成的三角桁架結構組成。在塔頂支架南、北側各設置1臺8 t卷揚機,根據實際施工情況走4～8道絲,作為斜拉索主要提升設備;在橋面設置4臺5 t卷揚機配合斜拉索索盤在橋面上放索及梁端牽引;上、下游塔頂各布置2臺5 t卷揚機用于塔內安裝掛索、張拉設備和掛索過程中牽引鋼絞線最前端工具錨;另外在橋面設置1臺8 t卷揚機用于移運放索架(卷揚機布置見圖5)。

5)安裝軟牽引系統。

圖5 卷揚機布置示意圖

圖6 塔內軟牽引安裝示意圖

圖7 軟牽引連接示意圖

②斜拉索軟牽引連接。用壓套、鋼絞線、工具錨、夾片作為斜拉索張拉端軟牽引。安裝時鋼絞線應攤鋪平整順直,每隔1～1.5m捆扎一道膠布或細鐵絲,防止鋼絞線扭轉,并預留0.5～0.7 m露出壓板外并綁扎(該預留長度為行星千斤頂上下工具錨的間距,可稍微預留長點),見圖7。然后在對應索道管長度多約1～1.5 m的索體位置安裝吊點抱箍。吊點抱箍應有足夠的長度及剛度,擰緊后抱箍與斜拉索之間能產生足夠的摩擦力,以防止抱箍受力滑移。起吊斜拉索所需的力較大,因吊點處彎折角度大,采取抱箍與斜拉索之間墊一層稍厚的橡膠片,且橡膠片應稍伸出抱箍兩頭,同時抱箍處索體用大布包扎,塔頂支架8 t主提升卷揚機走4～8道絲與吊點抱箍連接。起吊時應2臺卷揚機同時起吊,其中8 t卷揚機承受索體全部重力,5 t卷揚機用于牽引端起導向作用。因此5 t卷揚機一般采用單絲,若采用多絲則過大的受力會造成鋼絲繩旋轉而導致鋼絞線扭轉。軟牽引連接安裝示意見圖8。

圖8 軟牽引連接及抱箍安裝示意圖

6)斜拉索提升及連接塔端軟牽引設備。

將塔頂5 t卷揚機鋼絲繩連接斜拉索張拉端軟牽引鋼絞線,用塔頂8 t卷揚機鋼絲繩連接抱箍吊點,在提升過程中5 t和8 t兩臺卷揚機相互配合牽引斜拉索至相應套筒附近。隨著斜拉索提升的同時,橋面上的放索架配合放索。斜拉索起吊時牽引示意見圖9。

圖9 斜拉索起吊時牽引示意圖

當牽引系統最前端的工具錨提升至塔端索套筒口時,利用塔頂5 t和8 t卷揚機相互配合,調整牽引前端的工具錨至合適的空間位置并讓其進入索套筒內,穿過千斤頂撐腳、斜拉索螺母。當牽引端的工具錨到達行星千斤頂內撐腳位置時,安裝下工具錨承壓半圓板、定位鎖板、限位螺絲。此時牽引端工具錨成為千斤頂的下工具錨,然后拆除5 t卷揚機鋼絲繩,安裝千斤頂的上工具錨、夾片鎖定鋼絞線。最后千斤頂進油,受點力,至此斜拉索軟牽引準備工作完成。張拉端與索軟牽引連接示意見圖10。

7)斜拉索展索及梁端錨固。

圖10 張拉端與索軟牽引連接示意圖

斜拉索塔端軟牽引準備工作就緒后,利用橋面布置的卷揚機將放索架拖至梁端索套筒口附近,直至斜拉索錨頭完全脫離放索架。展索過程中每隔3～5m設置一個支承展索小車,防止斜拉索在展開過程中與梁面發生摩擦而損壞斜拉索的PE保護層,同時小車與索體之間墊上麻布以保護拉索。待斜拉索完全脫離放索架后,安裝抱箍。以汽車吊的吊點為抱箍位置,當錨頭牽引至索套筒口時,利用汽車吊適當調整索體高度,使錨頭自然下垂的角度與梁端索套筒的角度基本吻合,卷揚機配合將梁端錨頭引入錨箱錨固,此時需要的牽引力不會很大,選用兩個4門32 t滑輪組,繞2～6路絲。滑輪組仍通過抱箍與索體連接,為防止抱箍滑移和錨頭進入套筒過程中更好的保護索體,可在抱箍前加一根襯管,將力傳至冷鑄錨杯根部。斜拉索梁端錨固安裝示意見圖11。

圖11 斜拉索梁端錨固安裝示意圖

8)斜拉索軟牽引(即收索)。

當梁端斜拉索錨頭錨固后,塔端便可開始軟牽引。此步驟為:用千斤頂端頂工具錨、夾片鎖定鋼絞線(行星千斤頂進油時,上工具錨受力;回油時轉換成下工具錨受力),千斤頂頂一個行程到位;用行星千斤頂撐腳內腔的下工具錨鎖定鋼絞線;退頂,重復操作直至斜拉索錨頭出錨墊板,戴好拉索錨固螺帽。見圖12。

圖12 斜拉索收索照片

9)斜拉索張拉。

張拉在索塔內進行,油壓表采用0.4級精度表。斜拉索錨頭被牽引到位后,戴好拉索錨固螺母。行星千斤頂退頂、拆除軟牽引設備。安裝張拉千斤頂、變徑套、張拉桿,戴好張拉千斤頂上端絲桿螺母。為防止斜拉索張拉時千斤頂油缸轉動,在張拉千斤頂與張拉絲桿間安裝防扭鋼板。斜拉索張拉示意見圖13。

圖13 斜拉索張拉示意圖

根據鋼箱梁懸臂端的荷載狀態,斜拉索正式張拉分2次。張拉噸位由監控與設計提供。前后2次都必須同號的4根斜拉索同時對稱張拉,以防止索塔承受過大的彎曲應力。在張拉設備安裝好以及鋼箱梁焊接完成后,進行第一次張拉。為了減少溫度、日照對張拉和梁體標高的影響,斜拉索第二次張拉一般定在日落后3 h至第二天日出之前1 h進行。張拉過程中采取分級張拉,以每10 t為一級緩慢進行,并作好張拉記錄。在張拉過程中,要不斷擰緊斜拉索的錨固螺帽,防止千斤頂回油時,斜拉索產生沖擊,損壞千斤頂和油泵。

3 實施效果

荊岳長江公路大橋南主橋06#索～26#斜拉索掛索施工自2010年2月7日開始至4月29日,僅用82 d順利完成。在整個施工安裝期間,未發生任何質量、安裝事故。

[1]陳明憲.斜拉橋建造技術[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]劉志輝,姜劍峰,羅勇強.荊州長江公路大橋斜拉索掛索工藝[J].湖南交通科技,2006,32(3):118-120.

[3]邵旭東,張 欣,李立峰.斜拉索索狀態的精確計算[J].中南公路工程,2005,30(1):33-35.