高速鐵路斜拉橋斜拉索施工工藝及索力控制方法

劉海洋

[摘要] 商合杭高速鐵路工程站前九標矮塔斜拉橋是標段控制性工程，橋梁總體設計為雙塔雙索面預應力混凝土矮塔斜拉橋，斜拉索采用半扇形雙索面布置，索體采用OVMAT-55群錨體系鋼絞線斜拉索，斜拉索安裝、張拉與主梁施工同步。本文以該橋的斜拉索施工為例，重點介紹了斜拉索的施工工藝和索力控制方法，為類似橋梁的斜拉索施工提供參考。

[關鍵詞] 高速鐵路? 群錨體系斜拉索? 施工工藝? 索力控制

1工程背景

商合杭高速鐵路工程站前九標矮塔斜拉橋總體設計為雙塔雙索面預應力混凝土結構，單塔橫橋向左右各設8對斜拉索，縱橋向采用半扇形布置，全橋共32對斜拉索。索體采用OVMAT-55群錨體系鋼絞線斜拉索，在塔端設置分絲管，通過抗滑鍵對斜拉索進行縱向鎖定，防止鋼絞線縱向滑移。根據設計要求，斜拉索各股鋼絞線索力離散誤差不得超過理論值的3%，相同編號的橫橋向斜拉索之間的差值不得超過整索索力理論值的1%，整索索力誤差不大于理論索力的2%，施工難度大，如何滿足設計要求，成為本橋斜拉索施工的關鍵。

2斜拉索施工工藝

2.1施工工藝流程

斜拉索施工工藝流程[1]為：備料→安裝預埋件→下料→安裝錨具→掛索→第一次張拉→第二次張拉→安裝減震裝置→防腐處理。

2.2掛索工藝

掛索是斜拉索施工流程中最為關鍵的環節，需在錨固節段梁體混凝土達到設計齡期后進行。掛索包括穿索，斜拉索張拉，錨具、減振裝置安裝，以及斜拉索防護[2]。

（1）穿索

首先，由于塔端單側雙向防滑組件安裝在邊跨側，掛索時應從邊跨側向中跨側穿索。穿索從上方錨板孔開始，順序為：從頂部到底部，從內部到外部。手動將鋼絞線拉到穿索機的后部，拆下在張拉工作長度內的PE護套，保留中心絲用于牽引，切除鋼絞線周圍的6根鋼絲。手動將鋼絞線穿過穿索機中的咬合輪，將其沿著PE套管輸送到邊跨塔端分絲管口，然后沿著相應分絲管、順著中跨側HDPE套管輸送至中跨側梁端索導管口。將牽引繩從梁底穿過撐腳上的蜂窩板孔和相對應的錨墊板孔，使用連接器與鋼絞線上預留的中心絲連接，把兩端鋼絞線牽引出洞口至規定預留長度并安裝夾片鎖定。

（2）張拉

斜拉索鋼絞線穿索完成后即可進行張拉，循環55次后整束斜拉索全部穿索張拉完成。單根張拉順序為：先張拉不帶抗滑鍵的一端，讓抗滑鍵緊貼錨墊板;再根據張拉力以及鋼絞線設計伸長量，同時張拉鋼絞線兩端。

使用YDCS160千斤頂進行張拉時，注意及時記錄張拉油壓，張拉力，傳感器讀數，初始油壓，初始測量值，最終測量值和回縮值等數據。

（3）錨具、減振裝置安裝

在單根斜拉索鋼絞線的第一次張拉完成后，安裝塔側防滑裝置，其包括防滑鍵，防滑插件，塔側錨固缸和防滑螺母。在完成斜拉索鋼絞線的第二張拉之后，梁端減振器、索箍安裝等工作開始。

（4）斜拉索防護

在梁端減震器、索箍安裝完成后，安裝索導管口、鋼絞線和錨具等防護裝置。

3索力控制方法

3.1索力測試原理

該橋采用環氧涂層高強度鋼絞線作為拉索，索力測試基于張力弦振動理論，通過測試拉索振動的基頻來計算索力值。根據索力的動態監測結果，進一步引導隨后的鋼絞線張拉的索力控制。

（1）振動頻率法計算原理

使用連接到斜拉索的高靈敏度傳感器收集激勵下拉索的振動信號。在對振動信號進行頻譜濾波，放大和分析等之后，可以確定斜拉索的固有頻率，并且根據固有頻率和索力之間的關系得到索力。

（2）自振頻率的確定

斜拉索抗側向變形的剛度由斜拉索的物理剛度和幾何剛度組成。在橋梁的正常運行階段，斜拉索的剛度主要由幾何剛度提供。因此，在振動頻率法中，可以忽略斜拉索的抗彎剛度，這不僅大大簡化了拉索的固有頻率的計算，而且對索力計算結果的影響也很小。

（3）拉索振動長度的確定

在振動頻率量測法中，如何確定拉索的振動長度對于精確計算索力也是至關重要的。在安裝施工階段減振器之前，索長計算長度一般取拉索上下兩個索孔出口處錨板中心的空間距離。安裝減振器后，減振器相當于附加支撐，整根拉索被減振器分隔成三段：中間長、兩端短;減振器對拉索有一定的約束作用，減小了拉索的自由長度，拉索的振動長度應根據實際情況予以糾正。

3.2索力控制流程

（1）斜拉索初張拉階段

在斜拉索張拉過程中，由監控單位發出監控指令，提供單鋼索線力值的初始張力，通過斜拉索上的壓力傳感器實時監測索力。在第18根鋼絞線、第36根鋼絞線以及55根鋼絞線張拉完成后，設置三個階段的動態監控流程。

斜拉橋各構件在掛索過程中是一個漸變過程，因此在掛索時，每一根拉索的索力是同步發生變化的。制作安裝平行鋼絞線拉索的關鍵是控制單根鋼絞線索力均勻性（索力離散性）。因此，在本工程中采用等值張拉力法控制單根鋼絞線索力均勻性，同時進行鋼索張拉。操作步驟如下：

①在張拉端第二排的第1根鋼絞線上安裝壓力傳感器，控制索力為P傳單，以減少PE管對控制索力的影響。

②后續按壓力傳感器變化值控制每根鋼絞線索的張拉力，索力為：

單根鋼絞線索的控制初張力為：

張拉設備及配套用壓力表和測力傳感器是控制索力的關鍵，其性能和質量是實現設計索力最有效的保障。因此施工單位要嚴格把控張拉設備及配套用壓力表和測力傳感器的進場質量。每次斜拉索張拉前，必須對張拉設備進行校準，張拉設備用壓力表和測力傳感器必須經過檢定和校準，滿足要求后方可進場使用。斜拉索張拉過程中，現場需配備5套張拉設備及配套用壓力表和測力傳感器，其中1套備用。斜拉索張拉要求橫橋向左右同步進行，縱橋向對稱張拉。

溫度變化會影響斜拉索的長度，進而影響拉索力。為減小溫度對拉索力的影響，斜拉索張拉應在一天中溫度較低的時段進行，必要時夜間張拉。為保證施工質量，應計算張拉前鋼絞線伸長量。鋼絞線張拉力應基于油壓表測定的索力值，以伸長量作為校核。張拉前后需要觀測索塔與主梁間的變位情況。

（2）斜拉索二次調索階段

為了使每根索中的鋼絞線受力均勻，還需要在橋梁結構完成后對斜拉索進行二次調索。在掛索之前，選擇一根不受外界影響的鋼絞線，在其上安裝監測傳感器進行監測。監測傳感器安裝順序為：支座墊板→監測傳感器→單孔工作錨。

4結語

作為斜拉橋的重要受力構件，斜拉索的施工質量十分關鍵，關系到整個橋梁的安全性和耐久性。本工程應用的OVMAT-55型群錨體系鋼絞線斜拉索具有運輸簡便、重量輕、可更換、張拉簡便、維護簡單可靠的特點，在國內的橋梁建設中的應用越來越多。本文以商合杭高速鐵路跨潁河矮塔斜拉橋為例，介紹了群錨體系斜拉索施工工藝流程和等值法張拉控制過程，對類似橋梁的斜拉索施工提供一定的參考。

參考文獻

[1] 龍躍， 吳秋凡. OVM200鋼絞線群錨斜拉索的構造及施工工藝[C]// 中國土木工程學會橋梁及結構工程學會年會. 1996.

[2] 陳新培， 王二強， 姜洪偉. 平行鋼絞線斜拉索施工工藝[J]. 低溫建筑技術， 2014， 36（12）：72-74.