山區(qū)復(fù)雜地形斜拉索掛設(shè)施工控制要點(diǎn)

許溢濱

（中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361000)

1 引言

路橋交通建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的城市快速公路及高速公路開始橫跨于山川河流之間，斜拉橋因其獨(dú)有的特點(diǎn)而在橋梁建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。斜拉索作為斜拉橋的主要受力構(gòu)件，常見的有整體成品索和平行鋼絞線兩種。與成品索斜拉索采取整體吊裝、整體張拉的方法不同，由多根鋼絞線組成的平行鋼絞線體系斜拉索采用單根安裝、單根張拉的施工方式進(jìn)行斜拉索掛設(shè)及一張，后采用整體張拉的方式進(jìn)行二張，具有安裝便捷、維護(hù)簡單、防腐效果好等優(yōu)點(diǎn)。

該體系工藝復(fù)雜，對施工、測量、監(jiān)控等方面有很高的要求，其施工的關(guān)鍵在于把控好HDPE管的焊接質(zhì)量、鋼絞線的剝皮及墩頭質(zhì)量、索導(dǎo)管的精準(zhǔn)定位、索力均勻性、低應(yīng)力錨固質(zhì)量等。以清水江特大橋鋼絞線斜拉索施工為例，研究影響斜拉索施工質(zhì)量的各種因素及控制措施。

2 鋼絞線斜拉索在斜拉橋施工中的應(yīng)用

2.1 工程概況

清水江特大橋?yàn)橘F州劍榕高速公路控制性工程，為“塔、梁、墩”固結(jié)體系的雙塔中央索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，孔跨布置為：（120+300+120）m。單索塔塔柱兩側(cè)各布置23對斜拉索，全橋共設(shè)置92對斜拉索，整體呈豎琴形分布，單側(cè)兩根斜拉索中心間距1.2 m。斜拉索按鋼絞線數(shù)量分為37、43、55、61四種規(guī)格，組成斜拉索的鋼絞線表面均勻涂抹環(huán)氧粉末，以PE管包裹保護(hù)鋼絞線，內(nèi)部注滿防腐潤滑脂，具備很強(qiáng)的抗腐蝕性。

斜拉索安裝時(shí)通過牽索機(jī)構(gòu)分配梁錨固在掛籃主縱梁“L”型彎鉤上為掛籃的前支點(diǎn)提供支撐力，混凝土澆筑時(shí)，由一張完成后的斜拉索和已澆梁段共同承擔(dān)荷載，待已澆筑主梁預(yù)應(yīng)力施工完成后，通過體系轉(zhuǎn)換將施加在掛籃上的索力轉(zhuǎn)換至主梁，再進(jìn)行斜拉索的二張，從而完成一個(gè)梁段的施工。

2.2 斜拉索結(jié)構(gòu)

清水江特大橋的斜拉索主要由梁端、塔端的錨固段和過渡段以及中間的自由段組成。錨固段主要含有索導(dǎo)管、斜拉索錨固螺母、錨固板、夾具及保護(hù)設(shè)施；過渡段主要包含墊板、減振裝置；自由段包含環(huán)氧單絲涂覆鋼絞線、索箍及HDPE保護(hù)管。

2.3 斜拉索施工工藝流程

斜拉索是斜拉橋的生命線，施工工藝應(yīng)科學(xué)合理，能夠滿足現(xiàn)場施工要求，斜拉索的施工應(yīng)與主梁施工保持同步。

圖1 斜拉索工藝流程

3 平行鋼絞線體系斜拉索控制要點(diǎn)

3.1 斜拉索位置精準(zhǔn)控制

提高大橋索導(dǎo)管的精準(zhǔn)預(yù)埋是保證斜拉索質(zhì)量的重要因素。在斜拉索的自重下，整體線型為弧線，依據(jù)斜拉索的線形計(jì)算分析出預(yù)埋管的錨固點(diǎn)及出口點(diǎn)坐標(biāo)和導(dǎo)管的角度，通過測量儀器精準(zhǔn)放樣保證索導(dǎo)管空間坐標(biāo)的準(zhǔn)確。現(xiàn)場施工時(shí)通過全站儀放點(diǎn)再人工吊線錘復(fù)核的方式確定索導(dǎo)管出口點(diǎn)及錨固點(diǎn)的偏距、里程及高程從而確定出索導(dǎo)管在空間內(nèi)的準(zhǔn)確位置。根據(jù)規(guī)范中允許的錨點(diǎn)坐標(biāo)誤差為：±2 mm，且錨面角度誤差小于等于0.5°。

索導(dǎo)管通過轉(zhuǎn)換支架與牽索機(jī)構(gòu)分配梁連接，使斜拉索為掛籃前支點(diǎn)提供支撐力，因此轉(zhuǎn)化支架整體的角度應(yīng)與斜拉索角度保持一致。現(xiàn)場施工時(shí)轉(zhuǎn)化支架上部與索導(dǎo)管錨固區(qū)相連，下部通過調(diào)節(jié)牽索機(jī)構(gòu)分配梁的高程確定位置。根據(jù)監(jiān)控單位的指令，掛籃牽索機(jī)構(gòu)分配梁的高程誤差控制在±10 mm以內(nèi)。軸線偏位通過調(diào)節(jié)掛籃軸線來控制，根據(jù)監(jiān)控單位要求，要將其誤差控制在±20 mm以內(nèi)。且選擇固定的測量方式和測量溫差條件，測量時(shí)間宜選在傍晚到早晨日出前的時(shí)間段內(nèi)，減少外界環(huán)境對測量結(jié)果的影響。

3.2 斜拉索下料控制要點(diǎn)

鋼絞線斜拉索自身具有優(yōu)良的防腐性能，在施工中應(yīng)充分發(fā)揮其自身特點(diǎn)，做好有效控制。索體防護(hù)從斜拉索下料時(shí)即要開始進(jìn)行控制，HDPE管的焊接長度、焊接質(zhì)量、鋼絞線剝皮長度要符合設(shè)計(jì)要求。

3.2.1 HDPE管焊接要求

HDPE管會(huì)隨溫度變化產(chǎn)生熱脹冷縮，在HDPE管焊接過程中須嚴(yán)格控制其總長度。若HDPE管長度比設(shè)計(jì)值大，在溫度升高時(shí)可能產(chǎn)生膨脹導(dǎo)致HDPE管變形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)_裂；若HDPE管長度較短，則有可能在低溫下收縮脫出塔端PE連接裝置從而使鋼絞線暴露在外界環(huán)境中如表1。

表1 斜拉索HDPE管焊接溫度及時(shí)間對應(yīng)表

HDPE管的焊接長度應(yīng)滿足：

式中：L0─塔、梁端錨墊板間距；L1─梁端索導(dǎo)管長度和錨墊板厚度之和；L2─塔端索導(dǎo)管長度和錨墊板厚度之和；L3─梁端連接裝置長度；L4─塔端連接裝置長度；L5─HDPE管索塔塔端連接裝置長度；L6─HDPE管主梁梁端連接裝置長度。

HDPE管以熱熔焊接的方式進(jìn)行對接，焊接時(shí)要嚴(yán)格按照說明書操作，并且要順直美觀，保持外表面清潔。

3.2.2 鋼絞線下料要求

在斜拉索施工中要對HDPE套進(jìn)行保護(hù)，若出現(xiàn)損傷應(yīng)及時(shí)修復(fù)或切除。環(huán)氧樹脂鋼絞線剝皮長度應(yīng)嚴(yán)格控制，保證鋼絞線安裝后未剝皮的鋼絞線進(jìn)入到指定位置。

張拉端鋼絞線PE保護(hù)套剝除長度應(yīng)滿足：

式中：A1─塔端梁端張拉端的工作長度；A2─塔端梁端張拉端的錨具總長度；A3─掛索牽引長度(約15cm)；A4─PE保護(hù)套進(jìn)入張拉端密封筒長度(約5cm)。

錨固端鋼絞線PE保護(hù)套剝除長度應(yīng)滿足：

式中：A5─錨固端鋼絞線外露長度；A6─錨固端錨具總長度；A7─掛索牽引長度(約15cm)；A8─PE保護(hù)套進(jìn)入錨固端密封筒的長度(約5cm)。

3.3 斜拉索鋼絞線穿索及張拉控制要點(diǎn)

3.3.1 穿索順序

為避免單根掛索時(shí)鋼絞線在HDPE管內(nèi)打轉(zhuǎn)、扭曲，采取從上到下、逐排穿索的排序進(jìn)行穿索，塔端、梁端保持同步如圖2：

圖2 鋼絞線掛設(shè)順序示意圖

鋼絞線斜拉索安裝采取單根安裝、單根一張、最后整體二張的方法。在一張過程中應(yīng)按分級、等值的原則進(jìn)行，單根鋼絞線張拉后各鋼絞線索力的離散誤差不宜超過2%。

3.3.2 斜拉索施工控制

在單根安裝時(shí)，要嚴(yán)格控制各點(diǎn)的掛索一張速率，邊、中跨一張總索力差值不超過30 t，同跨上、下游索力力值相差不超過20 t。張拉完成后，索力實(shí)測值與設(shè)計(jì)值相差不宜大于5%，標(biāo)高相差不能超過5 mm，超過時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

斜拉索張拉時(shí)必須遵循以下原則：在斜拉橋主梁懸臂施工節(jié)段以標(biāo)高控制為主，在橋面鋪裝施工階段以索力控制為主。過程中橋面應(yīng)無堆載，或?qū)㈦s物按監(jiān)控要求堆放至指定位置。斜拉索張拉時(shí)應(yīng)選擇日間溫度均勻且接近設(shè)計(jì)溫度的時(shí)段進(jìn)行，避免溫度對索力的影響。

3.3.3 斜拉索索力控制

邊中跨兩側(cè)同節(jié)段4根斜拉索的索力均勻性是其控制的重點(diǎn)，直接關(guān)系到斜拉橋在施工、運(yùn)營過程中的質(zhì)量和壽命。尤其是在斜拉索單根掛設(shè)并進(jìn)行一張的過程中，出現(xiàn)張拉不均勻的概率大大增大，并且單根一張時(shí)會(huì)影響已張拉的鋼絞線，從而影響掛籃、索塔的變形。為消除這個(gè)影響，采取等值張拉法進(jìn)行施工。具體操作如下：

（1）第1、2根：HDPE管自身重量大，存在一定的垂度，為減少對索力的影響，斜拉索最初兩根鋼絞線主要用來承受HDPE管的重量。

（2）第3根：為了保證斜拉索安裝完成后其索力與設(shè)計(jì)值接近，第三根鋼絞線以整束斜拉索平均索力為準(zhǔn)，用復(fù)合式掛籃及斜拉橋索塔的變形量及斜拉索錨具夾片回縮量進(jìn)行修正。

在鋼絞線掛設(shè)過程中，隨著整體索力增加，掛籃高程和索塔塔偏也會(huì)產(chǎn)生變化，因而第三根鋼絞線索力也會(huì)隨著變化，一般索力會(huì)降低，為防止最后索力太低，第三根需進(jìn)行一定的超張拉。

第3根鋼絞線索力值為：

式中：k─超張拉系數(shù)，由掛籃總的抬升量及索塔偏移產(chǎn)生的索力損失確定；N─整束索力目標(biāo)值；n一鋼絞線根數(shù)。

（3）第n根：在張拉第n根鋼絞線時(shí)，由于掛籃抬升及索塔結(jié)構(gòu)變形等因素，第n-1根鋼絞線的索力會(huì)有所變化，傳感器讀數(shù)也會(huì)相應(yīng)地變化，根據(jù)這個(gè)變化值調(diào)整第n根鋼絞線的索力，使之與此時(shí)第3根鋼絞線的索力相同，即（△Fn為第n根鋼絞線安裝時(shí)的傳感器變化值）。同理，以后每根鋼絞線的張拉力均按壓力傳感器的變化情況進(jìn)行調(diào)整，使每根鋼絞線的張拉力均與變化后的第3根相同，張拉至最后一根鋼絞線時(shí)，按最后一根的張拉力對安裝傳感器的那根鋼絞線進(jìn)行補(bǔ)張拉。為了保證均勻性，掛設(shè)完成后，對承受HDPE管的重量的兩根進(jìn)行補(bǔ)張工作。

斜拉索掛設(shè)安裝完成后，在避開溫度影響下，對安裝后的橋面標(biāo)高和索力檢測，通過索力調(diào)整、橋面標(biāo)高量測及壓力傳感器的校對，達(dá)到對索力的精準(zhǔn)控制。

3.3.4 低應(yīng)力錨固

清水江特大橋采用復(fù)合式掛籃進(jìn)行主梁懸澆施工，掛索時(shí)混凝土尚未澆筑，斜拉索只承受掛籃及鋼筋荷載，掛索時(shí)鋼絞線的應(yīng)力約為0.08 δb，而成橋后的工作應(yīng)力約為0.3～0.4 δb。如何保證低應(yīng)力狀態(tài)下的夾持效果，對施工安全和質(zhì)量尤為重要，因此必須采取以下措施進(jìn)行錨固：

（1）張拉完成后必須對每個(gè)工作夾片進(jìn)行頂壓，頂壓力以總應(yīng)力不超過0.4 δb進(jìn)行控制，使夾片錨固后產(chǎn)生相當(dāng)于0.4 δb應(yīng)力狀態(tài)下的夾持效果，使其能適應(yīng)低應(yīng)力狀態(tài)下的錨固。

（2）安裝夾片防松裝置，確保在任何情況下，夾片都不會(huì)松動(dòng)。

工程實(shí)踐表明，采取了上述措施后，斜拉索錨具在低應(yīng)力狀態(tài)下的錨固安全可靠，能夠滿足施工要求。

4 結(jié)束語

斜拉索是整個(gè)斜拉橋施工中重要環(huán)節(jié)，各項(xiàng)工作細(xì)致復(fù)雜，技術(shù)含量高。通過對測量校核、斜拉索下料、索力控制等控制要點(diǎn)進(jìn)行研究分析，為提高平行鋼絞線斜拉索施工質(zhì)量提供了方法和思路。后續(xù)還需對施工安全性和施工速度方面進(jìn)行改進(jìn)和完善，使該體系斜拉索施工更加安全、快速，進(jìn)而確保主梁懸澆施工的快速推進(jìn)。