懸索橋主纜索股在深槽索鞍約束條件下的入鞍施工技術

張海良 何旭初 湯亮

一、工程概述

溫州甌江北口大橋是甬臺溫高速公路復線和溫州市南金公路兩大項目跨越甌江的控制性工程，主橋為“三塔四跨雙層鋼桁梁”懸索橋（主纜跨度230+800+800+358m）。中間主塔受主纜荷載偏差影響，需提高主纜與中塔主鞍座間的抗滑移摩擦系數，以提高抗滑移安全系數，在鞍座內設計豎向隔板以提高主纜的抗滑性能。傳統的索鞍鞍槽隔板分節設計，在甌江北口大橋中間塔索鞍設置了深槽索鞍，隔板通長焊接在鞍槽底部，鞍槽最深處929.5mm。傳統的索股入鞍施工技術不能適應固定長隔板深槽索鞍，需要開發全新的深槽入鞍裝置和入鞍施工技術。

大橋全橋共2根主纜，采用預制平行鋼絲索股PPWS，每根索股由127根直徑為5.4mm高強度鍍鋅鋼絲組成，單纜通長股數169股，全橋主纜通長索股共338股。主纜直徑874mm，通長索股2295m。

二、現有技術基礎和索股深槽入鞍難點

1.預制成型索股制造、入鞍技術

預制成型索股制造技術即將傳統六邊形單元索股在工廠內編制時將索鞍處預制制造成與索鞍鞍槽尺寸相匹配的四邊形，便于主纜索股架設時直接入鞍操作，提高索股架設質量和功效，減小傳統六邊形索股整形入鞍時對索股鋼絲帶來的損傷。

主纜索股預成型技術可保護主纜索股鋼絲鍍層在入鞍時索股鋼絲鍍鋅層不受損傷，提高現場放索的質量和功效，節省大量的安裝時間。在美國舊金山奧克蘭海灣大橋、貴州抵母河大橋、云南龍江特大橋等國內外項目上廣泛使用，得到各方好評。

甌江北口大橋主纜索股采用預成型制造技術，直接在中塔入鞍時落入深鞍槽。

2.深槽入鞍施工難點及應對措施

（1）超深鞍槽索股入鞍頂推問題。傳統入鞍方法采用木方對索股頂推固定，深鞍槽帶來木方頂推時不能快速固定壓實，頂入時對木方的敲擊可能會引起索股亂絲、挑絲，索股到位后難以保證索股不會再次振動，引起木方松動。對此需要設置索股跟隨壓實裝置，索股形狀約束裝置。

（2）索股入鞍時對索股形狀的約束。傳統索股入鞍采用鋼片將索股截面由六邊形改為矩形，鋼片不能進入鞍槽隔板。甌江北口大橋的鞍槽深度摩擦，隔板深度726～929.5mm，鞍槽弧長約6900mm，鞍槽內有約1.5m左右的索股截面無法約束，索股整型無法保證。入鞍工程中的索股出現亂絲、跳絲。對此運用索股預制成型技術，能可靠保證索股入鞍的形狀和質量。入鞍過程用輔助支撐約束裝置，保證索股入鞍過程平順。

（3）索股入鞍后對鞍槽內索股的固定。傳統索股入鞍后采用若干根木方對索股固定，由于深槽隔板后續索股入鞍時，松動木方會導致前入索股松散。對此設計專業自動約束跟隨支撐裝置。

（4）索股入鞍過程對隔板變形的控制。鞍槽最深處929.5mm，按傳統方法入鞍時需外力敲打、敲擊索股才能緩慢入鞍，施工過程易導致隔板變形，影響后期索股入鞍。保證隔板間距，需采用專用鞍槽隔板定位工裝。對此在設計中設置專用鞍槽隔板定位工裝。

三、單元索股深槽入鞍方案設計

1.入鞍方案設計

針對工程特點并結合以往施工經驗，并進行了多次模擬深槽索鞍索股入鞍試驗。開發總結了“懸索橋主纜索股在深槽索鞍約束條件下的入鞍施工技術”，設計了專用入鞍工裝、裝置，優化了入鞍方案，進行多次的1∶1模擬入鞍試驗驗證，以達到正確快捷入鞍的要求。

2.模擬試驗索鞍、輔助工裝、專用設備設計

實橋索鞍內設14道豎向摩擦板，板厚12～16mm，高726～929.5mm，豎向摩擦板橫向凈距61mm，材料選用Q345C。豎向摩擦板沿高度方向為整體結構，沿順橋向分別為對稱的兩塊，底部與索鞍鞍槽焊接，是主纜抗滑中的重要受力構件，其受力特點主要為順橋向抗剪。

（1）試驗用模擬索鞍設計。模擬索鞍由槽板、隔板、型鋼等焊接組裝而成。槽板和隔板采用Q345C鋼板焊接組裝為鞍體，支架采用型鋼焊接組裝而成。鞍槽尺寸：6700×58.8×945mm，索股與鞍槽單邊間隙按0.8mm設計，與實橋單元索股與鞍槽的設計間隙一致，弧長6900mm，鞍座高3.76m。為便于觀察索股入鞍過程和成型情況，一側隔板采用有機玻璃。

（2）索股牽引定型滾輪、預成型索股吊鉤、齒形整型夾具。索股牽引定型滾輪，可在索股上靈活移動，增加入鞍操作的靈活度，避免索股鍍層被破壞。預成型索股吊鉤便于移動吊點位置和拆卸。采用軌道式齒形夾具對預成型索股進行梳理，保證索股入鞍前截面形狀。

（3）鞍槽固定卡板、精確尺寸的木楔。索股進入鞍槽后，每0.5～0.6m用規格為59×59×1100mm木楔固定索股，兩個木楔之間用鞍槽固定卡板固定鞍槽頂部，可保證索股截面形狀和防止隔板變形。

（4）頂推機械臂。頂推機械臂配備氣缸及吸鐵，吸鐵將工裝固定在鞍槽兩側隔板頂部提供反力支撐，氣推機械臂推動索股深入鞍槽底部可直接將索股頂推到位，再用木楔固定已入鞍索股，采用自動化操作，減輕勞動強度。

（5）支撐約束三角架。索股入鞍時需有支撐，對索股反頂約束，使索股在保持現狀下平順緩慢落入鞍槽內，引導預成型索股平順入鞍，防止索股下表面出現散絲、亂絲現象，保證索股入鞍截面穩定，支撐約束三角架采用不銹鋼或尼龍類材料制造，下端設置滾動輪。

四、索股模擬入深鞍槽驗證試驗

確定了單元索股在深槽索鞍約束條件下的入鞍施工方案后，進行了15根索股入鞍模擬施工、模擬驗證試驗。

1.模擬試驗和驗證過程

（1）索股橫移：采用卷揚機提起主纜索股，鞍座上方的索股采用矩形吊具，起吊后對索股進行橫移，兩端施加拉力；

（2）確定位置：確定截面形狀，標記絲位置正確，確定起始標記點與索鞍位置，緩慢降下索股，由起點向中點方向將索股導入鞍槽；

（3）索股入鞍：采用支撐約束三角架和頂推機械臂從上下兩個方向對鋼絲約束，防止散絲，機械臂向下頂索股，支撐約束三角架移動，保持機械臂、約束裝置與索股接觸，散開第二個定型夾箍后，采用齒形整型夾具向后梳理索股，同時逐步拆除繞包帶和預成型夾箍，逐步將索股導入鞍槽就位；

（4）索股固定：當索股逐漸就位后，每導入約0.5m安裝一根木楔，將索股固定在鞍槽上，安裝木楔前使用脹緊楔先將索股定位，保證鋼絲不竄動；

（5）入鞍完成：索股預成型段全部入鞍后，拆除前后兩端的鋼質夾箍，并準備下一根索股的入鞍；

（6）第二根索股開始入鞍前，去除第一層定位的全部木楔，重復第一根索股入鞍步驟至全部索股入鞍。

2.試驗總結

（1）驗證了深槽索鞍入鞍的技術特點：索股預制成型技術能可靠保證索股入鞍的形狀和質量；入鞍過程需有專用輔助支撐約束裝置，保證索股入鞍過程平順；入鞍過程會導致索鞍隔板變形量大，設置專用鞍槽隔板定位工裝保證隔板間距。

（2）完善了“懸索橋主纜索股在深槽索鞍約束條件下的入鞍施工技術”，操作順利，成功設計開發一整套適用于深鞍槽專用主纜索股入鞍輔助工裝、專用設備，并結合模擬試驗驗證，編制了作業指導書指導索股正式架設入鞍。

（3）15束單元索股入鞍試驗驗證，索股最上層仍然保持平整、無亂絲。索股標記絲、標記點位置無錯位，入鞍后標記點位置準確。

（4）模擬索股入鞍操作時間基本控制30min左右，熟練操作后可達到15min左右。

五、結語

通過多次實驗驗證和對實橋應用情況的綜合考慮，設計一整套適用于深鞍槽約束條件下專用主纜索股入鞍工裝、設備，運用預制成型制造技術，解決深鞍槽入鞍問題，入鞍過程平順，達到了索股入鞍時在鞍槽內不跳絲、不鼓絲、不損傷鋼絲，提高現場索股架設的質量和功效，為實橋索股架設提供參考支撐。