泰州長江公路大橋主纜纏絲施工技術(shù)

陳 凱 江 夏

（中鐵大橋勘測設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430050）

泰州長江公路大橋?yàn)槿煽邕B續(xù)懸索橋，橋跨布置為390m＋1 080m＋1 080m＋390m。主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股，每根主纜由169根索股組成，每股由91根直徑為5．2mm鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成。懸索橋的主纜在跨江環(huán)境下容易因“生銹腐蝕”和“應(yīng)力腐蝕”而失效，為了保證和延長懸索橋的使用壽命，采用鋼絲纏繞、涂裝以及運(yùn)營期間纜內(nèi)通干燥空氣的新型主纜除濕系統(tǒng)進(jìn)行主纜防護(hù)［1］。泰州長江公路大橋主纜纏繞鋼絲采用S形鍍鋅鋼絲，使用專用的纏絲機(jī)進(jìn)行主纜纏絲作業(yè)，使鍍鋅鋼絲緊密牢固地纏繞在主纜的周圍，以保護(hù)主纜鋼絲，保證防護(hù)效果。主纜纏絲機(jī)采用中交二公局自行研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CSJ950型主纜纏絲機(jī)，在潤揚(yáng)大橋和舟山西堠門大橋已成功應(yīng)用。

1 主纜纏絲施工

主纜纏絲施工按自上而下順序進(jìn)行，并盡可能避免施工過程中雨水浸入主纜。泰州大橋采用4臺(tái)纏絲機(jī)，先進(jìn)行邊跨纏絲，從塔頂往錨碇處施工，上下游同時(shí)進(jìn)行。邊跨纏絲完成后，倒運(yùn)纏絲機(jī)至中塔，進(jìn)行主跨纏絲作業(yè)，上下游同時(shí)進(jìn)行。

1．1 索夾起始段纏絲

在索夾起始段，首先將儲(chǔ)絲輪安裝完畢，穿繞鋼絲，使纏絲儲(chǔ)絲輪端部距索夾端面間距為20 mm。將纏絲機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整為最慢速。用鋼絲鉗將絲頭扭掛在索夾螺桿上。纏絲機(jī)點(diǎn)動(dòng)纏絲3圈后停機(jī)，焊接纏繞鋼絲并打磨。接著點(diǎn)動(dòng)進(jìn)行端部纏絲3～4圈后停機(jī)，切除多余鋼絲，人工用木錘、尼龍棒將鋼絲推入索夾端部，鋼絲與索夾用尼龍楔固定?；赝死p絲齒圈至儲(chǔ)絲輪與纏繞鋼絲平行，進(jìn)行正常節(jié)段間機(jī)械纏絲。

1．2 機(jī)械纏絲

索夾間主纜的纏絲是使用可自行跨越索夾的全節(jié)段式纏絲機(jī)進(jìn)行施工。纏絲以2個(gè)索夾區(qū)間節(jié)段進(jìn)行，各節(jié)段重復(fù)相同的作業(yè)。纏絲機(jī)前后移動(dòng)支架緊靠前后端機(jī)架，纏絲頭（回轉(zhuǎn)機(jī)架）前端緊靠索夾下端面，纏絲機(jī)通過手拉葫蘆與貓道扶手索固定。安裝儲(chǔ)絲輪，前儲(chǔ)絲輪出絲在索夾下端面起始段纏絲。當(dāng)纏繞鋼絲長度達(dá)到1m左右時(shí)，焊接鋼絲并打磨；繼續(xù)纏絲至后移動(dòng)支架時(shí)，停機(jī)并焊接、打磨鋼絲。松開前后端機(jī)架與主纜之間的夾緊裝置，纏絲機(jī)處于行走模式，卷揚(yáng)機(jī)牽引機(jī)架后移，纏絲齒圈相對主纜靜止不動(dòng)（行走齒條向前撥動(dòng)），就位后固定機(jī)架。當(dāng)儲(chǔ)絲輪剩余鋼絲6圈左右時(shí)焊接鋼絲，剪斷剩余鋼絲，卸去空儲(chǔ)絲輪；利用前移動(dòng)機(jī)架掛梁更換儲(chǔ)絲論。儲(chǔ)絲輪由前纏絲輪出絲，鋼絲接頭與前段鋼絲并焊后，繼續(xù)纏絲。移動(dòng)支架夾持主纜并支撐整機(jī)在主纜上，松開前后端機(jī)架與主纜夾緊裝置，頂升機(jī)構(gòu)千斤頂回縮，卷揚(yáng)機(jī)牽引機(jī)架移動(dòng)到下一索夾端部（纏絲齒圈相對主纜靜止）；后移動(dòng)支架向上移動(dòng)到夾持架中部，卷揚(yáng)機(jī)牽引至后機(jī)架移動(dòng)跨越索夾，后移動(dòng)機(jī)架跨越索夾；纏繞鋼絲導(dǎo)入后儲(chǔ)絲輪出絲進(jìn)行索夾區(qū)間尾端主纜纏絲、焊接。打開大齒圈活門使纏絲頭跨越索夾后再關(guān)閉活門，進(jìn)行下一索夾節(jié)間的起始段纏絲。前后端機(jī)架和移動(dòng)支架交替支撐和夾持，在卷揚(yáng)機(jī)牽引下使整機(jī)完成步履式跨越索夾動(dòng)作。

1．3 索夾節(jié)段尾端手動(dòng)纏絲

在索夾間纏絲節(jié)段的尾端，纏絲機(jī)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與索夾干涉或纏繞鋼絲與索夾端面接觸，將使鋼絲本身及索夾端面的涂裝損傷，為此在靠近索夾端面的位置停止機(jī)械纏絲，剩余部分手動(dòng)纏絲。

1．4 纏繞鋼絲的焊接

手動(dòng)纏絲之前，對機(jī)械纏絲部位進(jìn)行焊接，然后使纏絲機(jī)回轉(zhuǎn)出手動(dòng)纏絲所需長度。焊接纏繞鋼絲端部時(shí)，為防止焊渣燒損主纜及索夾表面，需用玻璃纖維布進(jìn)行保護(hù)。纏繞鋼絲的連接是將相鄰的鋼絲以鋁熱劑（簡易的焊接器物）的方式進(jìn)行焊接，在纏繞鋼絲的焊接處安裝模具，在模具內(nèi)充填藥劑，用點(diǎn)火用的焊槍點(diǎn)火熔融即可。

2 主纜纏絲施工控制關(guān)鍵

泰州大橋采用S形鋼絲，其同時(shí)兼?zhèn)渲骼|纏絲定型和密封主纜的功能，由此提高了保護(hù)層的氣密性和水密性，纏絲后不再需要其他氣密、水密措施，只需在外層涂裝保護(hù)即可。主纜除濕防腐采用的是涂裝后主纜內(nèi)通干燥空氣法，且在鋼箱梁吊裝期間提前纏絲，因此對纏絲時(shí)間的選擇、纏絲張力控制及焊接強(qiáng)度提出了比較高的要求。

2．1 纏絲時(shí)間的選擇

由于總體工期安排，泰州大橋需“先纏絲后鋪裝”，根據(jù)西堠門大橋、潤揚(yáng)長江公路大橋南汊懸索橋纏絲施工經(jīng)驗(yàn)以及日本懸索橋施工經(jīng)驗(yàn)，主纜張力達(dá)到成橋的70%以后即可開始進(jìn)行纏絲施工［2］，為保證纏絲質(zhì)量以及工期計(jì)劃，以主纜張力達(dá)到成橋狀態(tài)80%為控制目標(biāo)。

2．2 纏絲張力的控制

本文采用日本提出的泊桑比方法［3］對泰州大橋主纜纏絲張力進(jìn)行計(jì)算確定。由于采用“先纏絲后鋪裝”，二期恒載使主纜張力增大，在“泊桑效應(yīng)”作用下纜徑發(fā)生橫向收縮，因此需要考慮二期恒載的影響；汽車活載、風(fēng)荷載對纏絲力的影響也是通過主纜縱向張力的變化而產(chǎn)生泊桑效應(yīng)；同時(shí)溫度變化使主纜張力產(chǎn)生變化，主纜斷面內(nèi)、外溫差導(dǎo)致纏絲長度變化和纜徑變化不一致，纏絲完成后，在日光作用下纏絲的溫度會(huì)比主纜內(nèi)部平均溫度高很多，所以纏絲力會(huì)很快減小。另外纏絲初始張力與最終的殘留張力相差很大。日本的纏絲導(dǎo)入力損失測試實(shí)驗(yàn)表明，最終張力僅為初始張力的1／4～1／3，其原因主要是纏絲纏繞后因“松弛效應(yīng)”造成的拉力降低，因此安全系數(shù)一般取3～4。泰州大橋纏絲張力設(shè)計(jì)荷載如下：

式中：T為纏絲張力；K為彌補(bǔ)纏絲導(dǎo)入力損失而考慮的安全系數(shù)；Ew為纏絲彈性模量；μ為主纜鋼絲的泊桑比；ΔT為主纜在纏絲以后增加的纜力；Ec為主纜鋼絲彈性模量；Aw為纏絲面積；Ac為主纜鋼絲面積；ε為纏絲時(shí)纏絲的溫度與主纜斷面平均溫度之差引起的應(yīng)變。經(jīng)計(jì)算確定纏絲張力范圍為2．30～2．50kN。

2．3 纏繞鋼絲的焊接

為防止密纏的S形鍍鋅鋼絲松動(dòng)，需進(jìn)行鋼絲之間的點(diǎn)固焊。由于受多種因素的影響，纏絲焊接存在以下困難：①主纜鋼絲不能受熱退火，焊接最高溫度受限，應(yīng)采取保護(hù)主纜措施；②鋼絲在纏繞過程中帶有2．3kN以上的張力，焊后受熱易拉斷；③超高空作業(yè)，焊后操作要方便且具有安全性。根據(jù)潤揚(yáng)大橋的施工經(jīng)驗(yàn)以及焊接試驗(yàn)，泰州大橋采用鋁熱劑焊接的方式進(jìn)行焊接。通過實(shí)驗(yàn)證明，該方式使用簡單、快捷，能夠很好地約束焊接部位的張緊應(yīng)力，保證不斷絲。通過焊接檢驗(yàn)綜合分析，可以看出各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，焊接檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

（1）二期恒載為3．6×104N／m。

（2）纏絲過程的主纜斷面溫差作用。

（3）運(yùn)營階段的汽車荷載為汽－超20%。

（4）運(yùn)營階段風(fēng)荷載對主纜張力的影響一般較小，可忽略不計(jì)。

（5）運(yùn)營階段體系溫差據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛉?0℃。

（6）考慮運(yùn)營階段主纜斷面溫差作用，取10℃。

計(jì)算公式如下：

表1 主纜纏絲焊接檢驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

在泰州大橋懸索橋主纜鋼絲纏絲施工過程中，通過對開始時(shí)間、纏絲張力的控制以及焊接等關(guān)鍵技術(shù)的指導(dǎo)，保證了施工質(zhì)量，檢測結(jié)果顯示，纏繞鋼絲排列整齊、咬合嚴(yán)密、纏絲張力取值范圍合理（主纜荷載增加后鋼絲無松弛現(xiàn)象）、焊接牢固，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

［1］ 葉覺明，歐陽愷．懸索橋主纜除濕防腐蝕技術(shù)應(yīng)用和探討［J］．腐蝕與防護(hù)，2004（12）：529－531，534．

［2］ 程建新，沈良成，金 倉，等．潤揚(yáng)大橋懸索橋S形 鋼絲纏絲技術(shù)［J］．橋梁建設(shè)，2010（1）：47－49，53．

［3］ 潘世建，楊盛福．科研·試驗(yàn)·專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［M］． 海滄大橋建設(shè)技術(shù)叢書：第2冊．北京：人民交通出 版社，2001．