預(yù)應(yīng)力混凝土索導(dǎo)管安裝施工技術(shù)研究

胡繼生 趙小浪 過勇 朱育才 李沛洪

廣州市第二市政工程有限公司 510060

引言

斜拉橋從力學(xué)結(jié)構(gòu)上屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，力學(xué)關(guān)系比較復(fù)雜，橋梁施工過程中得到較理想的成橋狀態(tài)，存在較大的困難。為了建造高質(zhì)量的斜拉橋，作為核心構(gòu)件的橋梁斜拉索張拉施工過程必須得到高度重視，斜拉索施工主要控制目標之一的索力值必須得到準確測量，以確保工程施工能安全順利地進行，建成的斜拉橋處于理想的受力狀態(tài)［1-4］。斜拉橋常用半平行鋼絲拉索和平行鋼絞線拉索，因此對斜拉索施工方法和索力控制方法進行深入研究具有重要的理論意義和工程實際意義。眾多學(xué)者對斜拉索也進行了研究，例如姚永峰等［5］對斜拉索張拉技術(shù)進行研究，董云鵬、田永強等［6-13］對大跨度斜拉索安裝技術(shù)進行研究等，這些研究成果對斜拉索施工具有推動意義。

1 工程概況

鴨嘴巖大橋為獨塔雙索面斜拉橋，跨度為319m（200m＋74m＋45m），橋面寬36m，主塔高100m。采用鋼-混凝土組合橋塔，縱、橫橋向塔軸線均呈曲線。主梁以上塔柱為鋼結(jié)構(gòu)，主塔從承臺頂?shù)剿數(shù)母叨葹?00m。鋼塔底節(jié)段通過剪力釘、PBL傳剪器及預(yù)應(yīng)力束以承壓方式與混凝土塔柱結(jié)合。主梁采用混合式鋼箱梁，主跨200m，其中鋼箱梁長191m，邊跨混凝土梁伸入主跨9m，為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁；邊跨主梁119m長度范圍內(nèi)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，大橋全貌如圖1所示。

圖1 大橋全貌Fig.1 Full view of the bridge

鴨嘴巖大橋縱向拉索立面采用不對稱扇形雙索面布置（每個錨點布置四根索）。斜拉索采用環(huán)氧涂層平行鋼絲束拉索體系，標準強度為1770MPa，彈性模量為（1.95～2.1）×105MPa。鋼絲護套為雙層熱擠PE形成，內(nèi)層為黑色，外層為彩色。全橋共15個索號60根索，全橋共采用13種規(guī)格斜拉索，分別是PES7-55、PES7-61、PES7-85、PES7-109、PES7-121、PES7-127、PES7-139、PES7-151、PES7-163、PES7-187、PES7-211、PES7-241、PES7-253。索導(dǎo)管位于主橋邊跨如圖2和圖3所示。最長斜拉索為M15＃斜拉索長度199m，最重的為M13＃重9t，成橋索力最大為S1＃斜拉索張拉力581t。斜拉索采用塑包平行鋼絲束，鋼絲采用φ7高強熱鍍鋅鋼絲，護套采用雙層，內(nèi)層為黑色高密度聚乙烯，外層為彩色高密度聚乙烯。

圖2 索導(dǎo)管平面布置Fig.2 Layout drawing of cable

圖3 索導(dǎo)管Fig.3 Drawing of cable

2 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁索導(dǎo)管施工

鴨嘴巖大橋施工的基本流程為先施工主橋樁基礎(chǔ)承臺及墩柱施工，并根據(jù)施工復(fù)雜程度，先將3＃主塔基礎(chǔ)及承臺先施工完成，然后再進行鋼主塔施工，并且完成主橋邊跨的澆筑，待0號鋼箱梁（鋼混結(jié)合段）完成施工，進行鋼箱梁吊裝以及斜拉索施工。在主橋邊跨施工過程中，30根斜拉橋索導(dǎo)管能否成功定位，代表后期斜拉索能否安裝成功，也是后期橋梁能否成功的關(guān)鍵。針對該問題，在進行索導(dǎo)管定位時，采用經(jīng)驗公式修正橋梁變形，同時借助定位支架微調(diào)索導(dǎo)管的位置，確保了索導(dǎo)管的精確定位。

2.1 索導(dǎo)管位置修正

斜拉索梁端索導(dǎo)管定位的主要目標是保證錨固中心三維坐標（x，y，z）及斜拉索下傾角β定位準確。由于受到現(xiàn)場條件以及索導(dǎo)管自身結(jié)構(gòu)的制約，直接測量錨固中心點過程復(fù)雜且耗費時間，經(jīng)研究通過坐標換算可以將索導(dǎo)管上口中心線點（K點）作為測量點。K點定位參數(shù)轉(zhuǎn)化：

式中：L為水平距（m）；R為橋梁豎曲線半徑（m）；β為斜拉索下傾角（°）。拉索在塔端和梁端的傾角修正公式如下：塔端拉索斜率公式為：

梁端拉索斜率公式為：

式中：h為高度差（m）；L為水平距（m）；TH為水平分力（kN）；TB為塔端張拉力（kN）；q為斜拉索自重集度（kg/m）。

假定塔端拉索斜率初始值為kB＝h/L，即斜拉初始線型為直線狀態(tài)，此時理論傾角βB（0）＝arctan（kB（0）），重復(fù)以上步驟，逐次迭代，直至得到收斂穩(wěn)定的kB（n）。實際計算時，僅需一次迭代即可求得收斂穩(wěn)定的kB（n）。由此可由梁端拉索斜率公式求得梁端拉索斜率kA，及梁端下傾角修正βA＝arctan（kA）。

因混凝土橋梁在澆筑過程中會發(fā)生自然沉降，因而在進行索導(dǎo)管定位復(fù)核計算時，應(yīng)該考慮該部分數(shù)值，見表1。但鋼箱梁索導(dǎo)管定位則不用考慮，只需將索導(dǎo)管焊接到規(guī)定的位置，因為鋼箱梁為柔性材料，只要后期將鋼箱梁整體線形調(diào)整到設(shè)計位置，索導(dǎo)管位置就可定在設(shè)計位置。

表1 各索導(dǎo)管自然沉降修正值Tab.1 Correction value of natural settlement for each cable

根據(jù)設(shè)計圖紙中斜拉索參數(shù)表，列出邊跨斜拉索梁端水平距、斜拉索下傾角、錨固點坐標等數(shù)據(jù)見表2。

表2 斜拉索錨固參數(shù)Tab.2 Anchorage parameters of cable

以S5索導(dǎo)管為例，經(jīng)現(xiàn)場測量，S5索導(dǎo)管上口中心線點高程Z為228.704m。現(xiàn)進行S5索導(dǎo)管位置修正，根據(jù)表2數(shù)據(jù)和式（4）得出，Z取226.007m，L取4.060m，β取42.27°。同時由于邊跨為直線下坡段則1/2·R·cosβ不需考慮，得出Z（K）＝z＋（Lsin β＋1/2·R·cosβ）＝226.007＋4.060·sin42.27°＝228.737m。因此Z（K）與測量的Z值兩者相差0.033m，與表1的自然沉降值吻合。

2.2 索導(dǎo)管的定位測量

邊跨梁上為斜拉索錨固區(qū)，梁上斜拉索錨固區(qū)采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，索導(dǎo)管定位如圖4所示。索導(dǎo)管的定位精度要求很高，為避免索與管口發(fā)生碰撞，施工時嚴格控制其安裝精度。

圖4 索導(dǎo)管定位Fig.4 Cable position

索導(dǎo)管的定位采用三維坐標一體化的方法，使用全站儀在梁上建立三維坐標系，通過平移再建立平行于坐標軸的豎直面，利用空間點和面的關(guān)系，調(diào)整索導(dǎo)管的管口三維坐標到設(shè)計值。梁上三維坐標基本控制點分為平面控制點和高程臨時控制點兩個部分。

（1）平面控制點的確定方法。先在梁上任一點放置全站儀，直接測出置測點到各橋梁控制點距離，經(jīng)氣象改正和投影改正，用距離后方交會平差計算出置測點平面坐標，再根據(jù)測點坐標后視點，用極坐標法放出梁上基本控制點。

（2）高程臨時控制點確立方法。三角高程法：在梁上設(shè)置全站儀，直接測出高程臨時控制點的高程。

（3）豎直基本面的確立。把梁上的基本控制點平移，作為索導(dǎo)管及勁性骨架的定位控制點，先放置勁性骨架，使勁性骨架大致對中且基本鉛直，固定好并加焊牢固。在勁性骨架特定位置上加焊角鐵，便于系好弦線標定豎直基本面。借助彎管目鏡，把鉛垂面投到加焊的角鐵上（頂面、底面各做兩個點）。同時用水準儀把臨時水準點上的高程點引到角鐵上做出水平標志點建立起空間控制線。進行索導(dǎo)管調(diào)整時，就以這些空間控制線為基準進行管口位置調(diào)整。

2.3 索導(dǎo)管安裝

（1）根據(jù)測量定位點先將索導(dǎo)管調(diào)至大概位置后，用儀器進行精調(diào)，索導(dǎo)管利用勁性骨架進行固定。

（2）索導(dǎo)管外側(cè)設(shè)置直徑20mm的圓鋼螺旋筋，螺旋筋自索導(dǎo)管兩端向內(nèi)側(cè)纏繞14圈間距為60cm，若兩端的螺旋筋出現(xiàn)重合段，將重合部分截去，使螺旋筋沿導(dǎo)管通長布置，如圖5所示。

圖5 索導(dǎo)管螺旋筋安裝Fig.5 Installation of spiral reinforcement of cable

（3）索導(dǎo)管的安裝定位是梁上斜拉索施工的關(guān)鍵工作。為了控制索導(dǎo)管的位置，施工時依靠索導(dǎo)管的定位構(gòu)架進行調(diào)整，構(gòu)架上備有微調(diào)設(shè)施，可精確地調(diào)整位置，同時如果鋼筋及波紋管影響索導(dǎo)管安裝，可移動鋼筋及波紋管，確保索導(dǎo)管位置準確。測量手段和天氣情況是影響索導(dǎo)管安裝定位質(zhì)量和時間的主要因素，在進行索導(dǎo)管安裝時，將編繪測量網(wǎng)絡(luò)圖利用先進的儀器，采用科學(xué)的測量方法，選擇好適當?shù)陌惭b調(diào)整時間，索導(dǎo)管經(jīng)反復(fù)測量調(diào)整合乎設(shè)計精度后，立即焊接固定。

（4）索導(dǎo)管安裝。在施工場地拼裝索導(dǎo)管定位架（勁性骨架），在驗收合格的索導(dǎo)管定位架上測量放線，經(jīng)過經(jīng)驗公式的計算確定索導(dǎo)管精確位置（相對標高、中心線）并依此焊接可調(diào)裝置，并臨時固定。將已定位的索導(dǎo)管與定位架單元起吊至塔頂預(yù)留骨架對位、調(diào)整至位置、標高滿足要求后焊連（平面位置偏差不大于5mm，垂直度偏差不大于1/100），測量檢查索導(dǎo)管頂口及底口位置，根據(jù)測量結(jié)果利用可調(diào)螺栓微調(diào)索導(dǎo)管至滿足坐標要求（進出口中心坐標誤差≤3mm），經(jīng)檢查合格后索導(dǎo)管與定位架牢固焊接，以防混凝土澆筑時導(dǎo)管上浮。定位架單元吊裝前需先進行已安裝定位架的頂面高程及位置的測量，偏差較大時需進行調(diào)整，其后再進行定位架單元的安裝。錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力筋與定位架斜桿不能避開時，待索導(dǎo)管精確定位并焊接牢固后，可先在不沖突的位置焊接斜桿，再將位置沖突的斜桿切除。索導(dǎo)管安裝效果如圖6所示。

圖6 索導(dǎo)管安裝Fig.6 Cable installation

3 斜拉索安裝效果

斜拉索安裝完成后，對混凝土30根索導(dǎo)管定位情況進行了統(tǒng)計，結(jié)果見表3。

表3 索導(dǎo)管位置偏差情況Tab.3 Position deviation of cable

表3數(shù)據(jù)表明，預(yù)應(yīng)力混凝土索導(dǎo)管安裝效果精確度高，斜拉索基本位于索導(dǎo)管的中心，整體偏差都小于4cm。

4 結(jié)語

1.考慮橋梁的自然沉降對索導(dǎo)管的影響，采用經(jīng)驗公式修正，對索導(dǎo)管的定位位置進行復(fù)核，提高索導(dǎo)管的安裝精準度。

2.采用定位裝置將索導(dǎo)管定位，并采用微調(diào)裝置調(diào)節(jié)索導(dǎo)管位置，能使索導(dǎo)管盡量調(diào)節(jié)到索導(dǎo)管設(shè)計位置。