矮塔斜拉橋拉索設計及施工關鍵技術研究

盛維禮

（中鐵十二局集團第一工程有限公司）

斜拉橋廣泛應用于大跨度橋梁建設中，而斜拉索是橋塔與主梁連接的紐帶，同時也是橋體最重要的受力部分，拉索安裝質量對橋梁安全性能具有重要影響[1-3]。為充分體現斜拉索的工程應用價值，設計施工階段須重視每一道工序，切忌盲從經驗論，施工人員應嚴格按照設計要求規范施工。本文結合淮河特大橋(124+248+124)m 矮塔斜拉橋施工案例，詳細介紹斜拉索的設計、施工整套工藝流程，為類似橋梁建設提供參考。

1 工程概況

淮河特大橋(124+248+124)m 矮塔斜拉橋是淮-宿-蚌城際鐵路跨淮河重難點控制工程，鐵路設計時速350 km/h，雙車道設計(軌道中心距5m)，通航標準Ⅱ級，通航凈寬220m、凈高10m。

該橋起訖樁號DK156+431.58～156+929.08，全長497.5m，小里程側梁縫0.3m，大里程梁縫0.25m。采用塔梁固結體系，主塔最高47.1m，主墩橋墩高27.5m、28m，采用CRTSI 型雙塊式無砟軌道混凝土結構，懸臂法澆筑。斜拉橋立面布置如圖1所示。

圖1 矮塔斜拉橋立面布置圖

2 斜拉索設計

該橋斜拉索采用新型預應力材料（環氧噴涂高強鋼絞線），單根直徑15.2mm，標準抗拉強度為1860MPa，采用可調換索式錨具，熱擠壓HDPE 管護套，表面設有雙螺旋線，斜拉索構造如圖2所示。

圖2 斜拉索構造截面圖

全橋采用三種規格的斜拉索，即AT-61(8 根)、AT-73(24 根)、AT-91(8 根)，共40 束，最大長度228.576m，最大重量23.302t，斜拉索塔、梁均采用張拉端錨具。

如圖3 所示，錨固端、索體、自由段、抗滑錨固裝置及索鞍等構成了斜拉索整體。

圖3 斜拉索整體構造

⑴錨固端

如圖4 所示，其主要由錨板、螺母、密封筒組成，同時設有密封和防松裝置，以及最外層的保護罩，其中錨板、螺母是主要加工構件，也是結構主要受力構件。

圖4 錨固端內部構造

⑵索體

由預埋管、錨墊板和減振器組成。其中，預埋管和錨墊板在結構體系中起支撐作用，墊板下方設排水槽以便臨時排水；采用可調節式減振器，可有效抑制索體的橫向振動，提高索體壽命。

⑶自由段

主要由環氧涂層高強鋼絞線(受力單元)、HDPE 套管、梁端的防水罩和防護鋼管、鋼質索箍等共同構成。其中，HDPE 套管規格為Φ240mm×10mm，專用焊機對焊，以防護鋼絞線；防水罩安裝在HDPE 套管和預埋管之間；防護鋼管安設在橋面2.5m 以上，防止拉索和HDPE 套管局部遭人為破壞；鋼質索箍用于緊索后拉索整體連接。

⑷抗滑錨固裝置

裝置由減振器、錨固管和鋼質索箍共同構成，采用單側雙向抗滑技術，如圖5 所示。此處減振器亦用于抑制索體橫向振動；錨固管用于支撐減振器，位于索鞍墊板上；鋼質索箍則對索體的幾何形狀進行強制定型。

圖5 單側雙向抗滑原理

⑸索鞍段

其內部構造如圖6 所示，設有鎖緊壓環、抗滑插片、抗滑鍵以及多根分絲管，該段埋設于索塔內部，后期穿索時鋼絞線由分絲管通到另一側。

圖6 索鞍段內部構造

3 斜拉索施工關鍵技術

斜拉索安裝分4 個主塔進行，按照兩個T 構輪換交錯穿索施工，同岸兩主塔鋼絞線張拉數量差值維持在5根以內，從短到長依次安裝，施工流程如圖7所示。

圖7 斜拉索施工流程

3.1 施工平臺

由于施工平臺貫穿拉索施工全過程，必須堅實可靠，其主要由塔頂支架和梁底平臺組成。

⑴塔頂支架：根據安裝工藝，主塔封頂前裝好預埋件，封頂后在塔頂安設支架，支架由雙拼20 槽鋼及雙拼10槽鋼組成。

⑵梁底平臺：梁下張拉作業平臺根據掛籃結構，與后支點掛籃連接。平臺底部用鋼板焊接，并設50cm 高腳踢板，四周密目網圍擋，防止工具等高處墜落。

3.2 HDPE管焊接

由于HDPE 套管是按照標準規格生產的，所以掛索前通常采用專用焊機將預處理后的HDPE 管進行焊接成指定長度，焊接所需參數如表1所示。

表1 HDPE管及其焊接參數

HDPE管預處理及焊接時應注意：

⑴刨削套管端面的壓力要均衡，刨花連續成圈且厚度一致方可退刀，刨削后調整夾具使管口連接處外圓高差不超過1mm；

⑵加熱時盡量保持加熱溫度和壓力恒定、時間精確；

⑶取加熱板和活塞推進需在加熱結束后的5s 內完成，對接時壓力和時間要精準把控，翻轉焊縫的高度不超過6mm；

⑷冬季焊接需采取保溫措施確保溫度在20℃左右，冷卻時需將接頭降溫至環境溫度方可外露；

⑸計算HDPE 管長度時需考慮操作空間和熱脹冷縮效應的影響。

3.3 張拉端錨具及支座安裝

將清洗后的錨板按注漿孔向下、排氣孔向上進行固定，嚴格保持墊板排孔圓心連線與墊板中心線一致且在同一豎直平面內，誤差不超5mm；此外，橫跨的錨板孔與分絲管口也要相互對齊。

將擋塊均勻焊接在與預埋口對應的預埋管壁位置，放入調整導管，然后將張拉底座吊裝至錨固端錨具底部，最后用螺栓將張拉底座與錨固板連接。

3.4 斜拉索預制及安裝

3.4.1 鋼絞線下料

計算鋼絞線長度時，需考慮塔端HDPE 管的剝皮長度和位置，標識并復核后在工廠直接下料，以免護套污染或磨損，預制好的鋼絞線卷索成盤，運至橋面合適位置以待掛索。

3.4.2 鋼絞線剝皮及清潔

鋼絞線剝皮范圍為鞍座拉索前后2 個錨固裝置和下方2 個梁端密封處，剝皮長度既要滿足砂漿填充需求，又要小于塔端錨固裝置的長度；鞍座分絲管鋼絞線無需剝離。鋼絞線清洗時需將其端頭打散，清洗后進行防污處理。

3.4.3 切絲和墩頭

將打散并清洗后的鋼絞線兩端平齊切除外圈6 絲（12cm 左右），用專業鐓頭器將余下中心絲鐓成半圓形鐓頭，以便牽引。

3.5 HDPE套管吊裝

吊裝前，組裝并固定好梁端的防水罩和防護鋼管、塔端的連接裝置和錨固筒后，將兩端裝好專用索箍和橡膠墊板的HDPE 套管垂直起吊至橋塔頂端兩側并固定在塔外。

3.6 掛索順序及單根掛索

本橋索束分為61 根（9 排）、73 根（11 排）、91 根鋼絞線（11 排），順橋向左幅塔從左到右、順橋向右幅塔從右到左，自上而下逐排掛索，單根掛索施工流程如圖8。

圖8 單根掛索施工流程

掛索前，先將牽引繩依次穿過梁底錨固端的錨板孔和預埋管口上端，與穿索器連接，然后整體穿過預埋管和錨具，去下穿索器，安裝臨時夾片。在橋面上，從鋼絞線盤內圈抽出其中一端，通過人工或鋼絲繩牽引的方式，將短束和長束從邊跨位置依次穿過防松裝置、抗滑錨具和索鞍，然后與中跨預埋管口處的牽引繩相接，穿過中跨錨具并張拉至工作所需長度，接著按照同樣方法完成邊跨鋼絞線的張拉。

3.7 單根張拉

完成掛索后，去除索束抗滑段的HDPE 護套層，洗去油脂，安裝抗滑裝置，流程如圖9所示。

圖9 抗滑裝置安裝流程

為使索中鋼絞線的應力滿足設計要求，要求索力均勻性的離散誤差不超過理論值的3%，橫橋向相同編號拉索索力差值不超過整體索力理論值的1%，整體索力誤差不超過理論值的2%[4]。針對此，本工程采用等張拉力法控制，單根拉索張拉過程如下：

⑴在張拉端安裝臨時夾片和千斤頂，鋼絞線相應位置設置基點；

⑵測量固定端張拉應力為15%時的鋼絞線伸長值；

⑶按照3MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa 分級對稱張拉，每穿一根張拉一根，最后同步張拉到位；

⑷最后一級張拉時反復進行，直至壓力表達到穩定的設計值。

掛索時，應控制各拉索點掛索速度，確保同一節段梁上下側對稱索束的總索力差在允許范圍內；人工安裝的夾片的外露量要一致，縫隙、高度必須滿足索力均勻性的要求。

3.8 緊索及索力調整

張拉完成后，立即進行梁端緊索，采用專業緊索器將索束收緊至設計斷面（空隙用假索進行填充），然后將減振器放置于校正管中，在成束索體對應位置墊上環襯，安裝鋼質索箍并收緊螺栓，促使在夾層中的減振器與索體外側和護管壁內側充分接觸。

緊索完成后，對主梁標高和索力進行測量，若發現誤差較大，要及時分析原因，科學調整索力，調索過程中做好橋塔和主梁的受力、變形監測工作，并充分考慮成橋二次荷載和線型。

3.9 零部件安裝

索力調整完成后，錨頭梁端預留一定長度鋼絞線以安裝防松裝置，并將多余鋼絞線切除，擰緊索緊螺母。然后，將塔端防護構件（如錨固管、減振器、索箍和連接裝置等）按順序依次安裝，安裝時注意構件之間的密封處理。

3.10 防護

作為斜拉橋結構體系中關鍵組成部分，斜拉索的健康狀態關乎橋梁服役的安全及壽命[5]，必須按照相關技術標準進行后期防護[6]。例如，在錨具密封筒內灌注聚氨酯防腐劑，錨固裝置內灌注環氧砂漿，保護罩內涂抹防腐油脂，施工時及時清理表面外露保護罩、防水罩和錨固裝置，并作同等防腐措施等。

4 結語

淮河特大橋矮塔斜拉橋是淮-宿蚌-城際鐵路跨越淮河的重點推進項目，于2022 年10 月開工建設，計劃2025 年建成運營，對完善安徽鐵路區域網，促進皖北城市群與合肥都市圈各方面交流，帶動沿線城市經濟和文化發展具有重要意義。本文對淮河特大橋矮塔斜拉橋拉索的總體設計和施工關鍵技術進行了詳細論述及分析，通過現場施工效果驗證，該斜拉索設計及施工技術合理可靠、安全高效。