單主纜懸索橋懸索系統(tǒng)施工技術(shù)

張建場 （中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230023）

1 工程概況

廣西柳州市雙擁大橋設(shè)計(jì)為單主纜斜吊桿地錨式懸索橋，大橋連接南岸的雙擁大道和北岸的北外環(huán)路，主橋跨徑組合為40m+430m+40m，兩岸各有一個(gè)A 形三維變截面鋼箱，塔高104.811m，主梁采用扁平流線型鋼箱梁，橋面寬38m，梁高3.5m。

本橋設(shè)計(jì)為單根主纜，主纜總長763.87m，在主塔塔頂處通過位于塔頂?shù)闹魉靼埃骼|由五跨組成，由北向南依次為：北錨跨、北邊跨、中跨、南邊跨、南錨跨，跨徑組合為22.221m+146.714m+430m+146.714m+22.221m，主纜在成橋狀態(tài)下的垂跨比為中跨1∶9，邊跨1∶282。主纜由91根通長索股組成，邊跨不設(shè)背索，每根索股由127根直徑為5.2mm的高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲組成，主纜索夾內(nèi)直徑為617mm，索夾外直徑為625mm。主纜上安裝索夾，與鋼箱梁之間采用采用吊桿連接。主索鞍、索夾及散索套采用不同材料的鑄鋼件。

2 主要施工技術(shù)

2.1 主索鞍及散索套施工

雙擁大橋主索鞍及散索套設(shè)計(jì)為鑄鋼件，均在專業(yè)廠家加工后運(yùn)至現(xiàn)場安裝。主索鞍由鞍體、格柵、上下承壓板及拉桿組成。鞍體和格柵為鑄鋼件，上下承壓板為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，拉桿為合金結(jié)構(gòu)鋼，由于單個(gè)鞍體重104t，

圖1 鞍體構(gòu)造圖

圖2 散索套構(gòu)造圖

散索套由套體、底座和高強(qiáng)度螺栓組成。套體為鑄鋼件，散索套底座為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。結(jié)合主纜安裝，散索套加工時(shí)分為上、下套體兩部分加工。

2.2 主索鞍及散索套安裝

2.2.1 主索鞍安裝

雙擁大橋主塔T13節(jié)段施工完后進(jìn)行主索鞍的安裝施工。主索鞍進(jìn)場后，在現(xiàn)場將兩部分鞍體進(jìn)行拼裝成整體，主索鞍安裝先安裝格柵，格柵與主塔T13節(jié)段頂部的塔冠下承板焊接，由于格柵與塔冠下承板的材質(zhì)不一樣，在焊接時(shí)采用對焊縫鍛打的方式消除焊縫的殘余應(yīng)力。主索鞍安裝時(shí)格柵和鞍體均通過主塔安裝時(shí)的400t支架提升系統(tǒng)進(jìn)行安裝。

格柵安裝到位以后，通過銷接將鞍體下承板固定到格柵上，上承板與下承板之間采用螺釘進(jìn)行連接和固定。主索鞍鞍體安裝于上承板上，鞍體底部的不銹鋼板與上承板的聚四氟乙烯板形成滑動面，在鞍體的兩側(cè)設(shè)置耳板，通過長拉桿與上承板上的耳板連接固定，以便調(diào)整鞍體的偏移量。

當(dāng)鞍槽內(nèi)的隔板和索股全部就位并調(diào)整后，頂部用鋅質(zhì)填塊填平，然后壓緊橫梁，再把鞍槽側(cè)壁用拉桿上緊。

2.2.2 散索套安裝

散索套通過錨栓錨固在錨碇內(nèi)，套體分成上下兩部分，下部分套體在主纜安裝前安裝就位，上部分套體待主纜安裝完成后安裝，與下部套體通過高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接。散索套安裝直接由50t汽車吊進(jìn)行安裝。散索套下半部安裝在底座板上時(shí)，設(shè)置向錨跨的預(yù)偏量，用鋼擋板臨時(shí)固定，并在散索套兩端設(shè)置主纜索股定位夾具，以保證在架設(shè)主纜期間，每根索股在散索套內(nèi)的位置排列準(zhǔn)確。架設(shè)完全橋91根主纜索股后，安裝散索套上半部，扭緊高強(qiáng)螺栓，拆除鋼擋板，使散索套與支墩在縱橋向處于無約束狀態(tài)。

2.3 主纜施工

雙擁大橋設(shè)計(jì)為單根主纜，主纜由91股127Ф5.2mm、1670MPa鍍鋅高強(qiáng)鋼絲的索股組成，主纜采用PPWS法（預(yù)制平行鋼絲索股法）編制，主纜緊纜后為圓形。主纜索股錨頭采用套筒式熱鑄錨，通過錨碇前端的預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)錨固在錨碇的前錨面上。主纜索股在工廠加工后運(yùn)至施工現(xiàn)場，利用在邊跨和主跨間搭設(shè)的貓道進(jìn)行架設(shè)。

2.3.1 貓道架設(shè)

貓道主要由承重索、貓道面、欄桿、扶手、滾筒等組成，貓道面低于主纜中心約1.4m，在綜合考慮主纜直徑、緊纜機(jī)和纏絲機(jī)最小工作空間的基礎(chǔ)上，貓道面層的凈寬度為3.5m。

在主塔T13#段安裝完成后，分別在其邊跨、中跨兩個(gè)側(cè)面的相應(yīng)位置處焊接貓道連接鋼板，貓道承重索上端與連接鋼板連接。在散索鞍支墩墩頂?shù)囊欢▍^(qū)域內(nèi)預(yù)埋一定數(shù)量的錨固鋼板，再將貓道鋼錨梁焊接于預(yù)埋鋼板上,貓道承重索下端與鋼錨梁連接。為方便貓道調(diào)節(jié)時(shí)中、邊跨設(shè)備周轉(zhuǎn)，將中、邊跨可調(diào)節(jié)裝置都設(shè)置在塔端。

2.3.2 安裝索道

在上下游各架設(shè)一組相互獨(dú)立的工作索道，用于主纜索股的架設(shè)、索夾、吊桿的安裝、主纜的整形以及小型機(jī)具、料具的吊運(yùn)等。索道設(shè)置在主纜正上方約5m的位置，分三段布置：即南邊跨——中跨——北邊跨。索道由塔架（即塔頂鋼支架）、承重索、牽引循環(huán)索、錨碇、驅(qū)動系統(tǒng)、走行小車等組成。

2.3.3 主纜安裝

主纜安裝工藝流程:前端錨頭抽出與牽引系統(tǒng)連接→索股牽引→索股放索過程中扭轉(zhuǎn)、散絲等檢查調(diào)整→索股前端錨頭到達(dá)對岸錨碇→整束通長索股檢查調(diào)整→將前端錨頭從牽引系統(tǒng)卸下，并與拉桿臨時(shí)連接錨固→后端索股放出索盤并卸下后錨頭→后端錨頭牽引與拉桿臨時(shí)連接錨固→索塔索股橫移，整形入鞍。

2.3.3.1 布置牽引系統(tǒng)

采用往復(fù)式小車牽引系統(tǒng)，牽引索與索股前錨頭相連，索道運(yùn)輸小車將索股前錨頭與牽引索吊起一定高度，通過卷揚(yáng)機(jī)牽引使索股運(yùn)行于貓道滾筒上，而運(yùn)輸小車則運(yùn)行于軌道索上。

2.3.3.2 放索

將主纜放索架放在南錨碇后側(cè)，用汽吊將索股放入放索架內(nèi)，將前端錨頭從放線架上抽出后與牽引系統(tǒng)連接牢固，放索時(shí)啟動前端卷揚(yáng)機(jī)緩慢放索，沿邊、中跨貓道上將索放開。放索過程中應(yīng)有專人跟蹤牽引系統(tǒng)和索股前進(jìn)，同時(shí)要保證索股六面緊密、平整、筆直。

牽引過程中如發(fā)現(xiàn)有綁扎帶斷裂（散帶），應(yīng)及時(shí)停止?fàn)恳眯陆壴鷰Вㄗ哉衬z帶）重新臨時(shí)綁扎，以避免因索股散絲和在牽引過程中鋼絲掛住滾輪被拉斷。同時(shí)，在牽引過程中密切監(jiān)視索股中著色絲位置變化情況，派人用專用夾具隨時(shí)修正，防止索股牽引過程中的扭轉(zhuǎn)。

后端部分索股，由于引出時(shí)摩擦，鋼絲較亂，要理順修復(fù)一部分鼓絲，同時(shí)要在邊跨內(nèi)疏散，不能留在錨跨內(nèi)；兩端錨頭與錨碇上的拉桿對應(yīng)連接。

圖3 主纜錨頭牽引錨固示意圖

圖4 主纜在主索鞍處入鞍示意圖

圖5 預(yù)緊纜順序示意圖

利用塔頂支架通過提升系統(tǒng)及提索裝置將索股從貓道滾輪上提起，確認(rèn)索股已達(dá)到索鞍高度要求后，通過塔頂支架橫移裝置將索股移至索鞍正上方。

將索股移至索鞍正上方后，將其整成矩形后放入鞍槽內(nèi)設(shè)計(jì)位置，各索股入鞍順序按設(shè)計(jì)要求；入鞍處從邊跨端向中跨方向進(jìn)行，入鞍時(shí)要嚴(yán)格控制索股著色絲在鞍槽的位置，以防索股扭轉(zhuǎn)。

2.3.3.3 調(diào)整索股線型

索股垂度調(diào)整溫度的穩(wěn)定條件為：長度方向索股的溫差△T≤2℃、斷面方向索股的溫差為△T≤1℃。不具備以上條件時(shí)，待條件成熟時(shí)再進(jìn)行。

基準(zhǔn)索股的絕對標(biāo)高控制采用三角高程測量法，利用全站儀進(jìn)行測量：在基準(zhǔn)索股的中點(diǎn)位置固定一個(gè)棱鏡，分別在兩岸距橋約100m的地方設(shè)置全站儀測站，通過全站儀觀測基準(zhǔn)索股上的棱鏡，經(jīng)計(jì)算后得出基準(zhǔn)索股中點(diǎn)的絕對坐標(biāo)。基準(zhǔn)索股的絕對垂度調(diào)整在對跨長、外界氣溫、索股溫度測定后進(jìn)行，根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算出索股絕對垂度調(diào)整度。

相對垂度調(diào)整是相對于基準(zhǔn)索股的垂度調(diào)整，相對垂度調(diào)整方法與絕對垂度調(diào)整基本相同。但相對垂度調(diào)整時(shí)，索股調(diào)整量不宜過大，要在對下面的索股若即若離的狀態(tài)下進(jìn)行。

索股垂度調(diào)整時(shí)都是采用預(yù)拉高一定距離，緩緩下放到設(shè)計(jì)位置的方法進(jìn)行，計(jì)算該橋主纜在設(shè)計(jì)理論線形下索股跨中標(biāo)高變化與下放索股長度對應(yīng)值。施工時(shí)中、邊跨索股調(diào)整量與跨中標(biāo)高變化可近似取為1∶2和1∶7進(jìn)行估算，使調(diào)整索股由高到低步步逼近設(shè)計(jì)位置。

2.3.3.4 緊纜

索股架設(shè)完了以后，為了把索股群整形成圓形而進(jìn)行緊纜工作，緊纜工作大致分為預(yù)緊纜和正式緊纜兩個(gè)過程。

①預(yù)緊纜

預(yù)緊纜是把架設(shè)完了的索股群大致整成圓形的作業(yè)。為了使主纜索股沿全橋分布均勻、鋼絲的松弛不集中在一個(gè)地方，預(yù)緊纜時(shí)可把全長分為約40m左右的間隔，并宜按如圖5所示順序進(jìn)行。

預(yù)緊纜要在溫度比較穩(wěn)定、索股排列整齊的夜間進(jìn)行，索股的綁扎帶采取邊預(yù)緊邊拆除的辦法，不要一次全部拆光。首先，將預(yù)緊點(diǎn)附近6m～7m范圍的外層綁扎帶解掉，在主纜外層包上一層起保護(hù)作用的麻布袋或塑料布條。裝上Φ16mm鍍鋅鋼絲繩千斤頭，收緊手拉葫蘆，一邊用大木錘沿主纜周圍敲打、振動，一邊用加壓器加壓，使主纜大致成為圓形。同時(shí)要注意盡量減少表面鋼絲的移動，然后用軟鋼尺測量主纜的周長，預(yù)緊纜的目標(biāo)空隙率在26%～28%之間。

②正式緊纜

正式緊纜采用緊纜機(jī)把主纜整成圓形，并進(jìn)行到所規(guī)定的空隙率，其作業(yè)可在白天進(jìn)行。緊纜機(jī)的移動由簡易纜索天車進(jìn)行。采用緊纜機(jī)進(jìn)行主纜緊固時(shí)，首先啟動緊纜機(jī)作業(yè)液壓千斤頂，當(dāng)緊纜機(jī)軸線和主纜中心線重合后，再啟動其他四臺千斤頂，協(xié)調(diào)好4臺千斤頂?shù)捻斶M(jìn)速度，當(dāng)6臺千斤頂達(dá)到一樣沖程之后，一起聯(lián)動加壓。正式緊纜是由各跨中央向索鞍方向進(jìn)行。

2.3.4 主纜防護(hù)

2.3.4.1 主纜涂裝

主纜涂裝前將主纜表面的水分、油污、銹蝕等清洗干凈，并在清洗干凈1h內(nèi)進(jìn)行涂裝施工。在涂料配制前先將各組分用混合器充分?jǐn)嚢杈鶆颍缓蟀匆?guī)定比例配制，并混合均勻。每次刷涂應(yīng)保證均勻，并嚴(yán)格控制濕膜厚度。

2.3.4.2 刮涂密封劑

用刮刀將密封劑填滿主纜表面的縫隙，沿一個(gè)方向刮抹，避免殘留氣泡、孔洞，并盡量壓實(shí)；在密封劑活性期內(nèi)進(jìn)行整形施工，確保密封效果，并使表面均勻光滑；待密封劑施工期過后，方可進(jìn)行下道涂裝施工。

2.3.4.3 纏絲

纏絲工作主要由CSJ800纏絲機(jī)完成，用纏絲機(jī)向上坡方向密纏直徑4mm的鍍鋅低碳鋼絲（先邊跨后中跨）。首先將鋼絲端頭固定在索夾上，在索夾外進(jìn)行纏絲，先用特制工具逐圈將鋼絲推入索夾槽隙中就位（鋼絲嵌入索夾槽隙至少3圈）至纏絲機(jī)能到位置后，即可進(jìn)行正常纏絲工作。纏絲拉力為2.5kN，纏絲后用防水膩?zhàn)訉λ鲓A進(jìn)行嵌縫。對于纏絲機(jī)無法作業(yè)的區(qū)域采用人工手動纏絲。

3 結(jié) 語

廣西柳州雙擁大橋?yàn)閲鴥?nèi)首座主跨超過400m的單主纜地錨式懸索橋，該橋A形主塔、單主纜的設(shè)計(jì)對貓道架設(shè)和主索系的施工帶來較高的難度和較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。在施工過程中，對技術(shù)方案不斷優(yōu)化和改進(jìn)，形成本文所述施工技術(shù)，并順利實(shí)施，取得良好的效果。