自锚式悬索桥缆索安装施工技术

刘浩

摘要：自锚式悬索桥目前在国内桥梁建设领域越来越被广泛采用，文章以笔者全过程参与的上海市赵家沟航道整治工程金高路桥为例，介绍了自锚式悬索桥缆索安装的施工技术措施以及需要注意的要点，对同类型桥梁施工有一定的借鉴作用。

关键词：自锚式悬索桥；缆索安装；施工技术

1、工程概况

赵家沟航道整治工程金高路桥主桥为双塔自锚式悬索桥，主桥宽24m，跨径25+65+25m。主缆计算垂跨比为1/1.7，f＝9.18m。双塔柱，无风撑，主缆直接锚于边跨主梁端部。主缆横向间距18m，主缆采用19根61Ф7mm平行钢丝成品索编制排列而成，用冷铸锚锚固体系锚固在主梁两端。吊杆共有19对，其中柔性吊杆14对，采用平行钢丝成品索，规格为φ7mm×73。刚性吊杆5对，上下端均采用冷铸锚锚固体系。吊杆间距采用4.5米和5.0米两种，与横梁一一对应。主桥采用先梁后索的施工工艺，在满堂支架上浇注主梁混凝土后，通过安装主缆并张拉吊杆悬挂桥面成型。

图1主桥桥型布置示意图

2、缆索安装施工工艺流程

主塔浇注时塔顶主索鞍底座锚固板预埋→主梁浇注时锚箱、散索套底板及吊杆张拉孔道预埋→主索鞍及散索鞍安装→塔顶提升支架及顶推支架安装→主缆单元索股架设→紧缆→索夹安装→吊杆安装及张拉→缆索系统防护施工。

3、缆索安装施工技术要点

3.1主索鞍底座锚固板预埋

主塔混凝土浇筑前需在塔顶安装主索鞍的底座锚固板，本桥主索鞍底座锚固板设计顺桥向尺寸2.5m，横桥向尺寸1m，厚度5cm，材料采用Q345钢，平板中央预留30cm×80cm椭圆形浇捣孔。需要注意的是，由于预埋板本身厚度较大，焊接锚固钢筋时必然会在预埋板的上下平面产生温差，极易造成预埋板发生翘曲。因此在焊接锚固钢筋时必须采取间断分批、由四周向中央的方法，切不可进行连续的焊接作业，以确保底座锚固板的平整度。在浇注塔顶混凝土时，必须充分利用浇捣孔确保预埋板下的混凝土振捣密实，同时对螺栓预留孔采取有效的保护以避免混凝土封堵螺栓孔。

3.2主梁内锚箱、散索套底板及吊杆张拉孔道预埋

主梁浇注前需在端横梁的主缆锚固区预埋散索套预埋板以及索导管，并需在主纵梁内预埋吊杆张拉的预留孔道。对于索导管的预埋，原设计是在每个主缆锚固端单独安装19根索导管，但由于单根索导管现场施工定位难度较大，经协商设计同意采取整体钢锚箱，工厂内制作整体支架用于索导管定位，现场定位时只需定位钢锚箱的上下两个控制点即可完成所有索导管的定位，大大降低了索导管定位的难度同时提高了定位的精度。定位完成后应保证定位的强度，避免混凝土浇注过程中锚箱的移动。

3.3主索鞍及散索鞍安装

索鞍主要由基座预埋钢板、上平板、鞍槽、盖板等部分组成。吊装前检查预埋钢板顶面标高，符合设计要求后清理表面及螺栓孔，吊装就位，对齐螺栓孔使索鞍与底座销接，要求鞍体与底座密贴。散索鞍调整到位后直接穿入螺栓定位，而对于主索鞍则需要向边跨偏移一定距离，以避免在空缆线形条件下主缆由边跨向主跨方向移动，安装时的偏移量根据设计与监控的指令进行测定就位。

图2索导管整体钢锚箱

3.4塔顶提升支架及顶推支架安装

在主塔上利用V型支撑在主塔上的预埋钢板安装塔顶提升支架基座，在主索鞍吊装时同时进行支架的安装，在主索鞍防护施工完成后拆除。

在自锚式悬索桥的体系转换过程中，随着吊杆索的加载，主索鞍要向主跨方向发生顶推。因此需在塔顶安装顶推支架，顶推支架的工字钢必须事先在塔封顶前预埋在主索鞍下平板底下，并且与塔中的钢结构支架连接固定在一起。

图3塔顶提升支架

图4顶推支架

3.5主缆单元索股安装

3.5.1索股牵引

在主缆架设前，塔和主梁纵向梁等主体结构施工已经基本完成，单元索股堆放在引桥桥面上，安装时用铲车吊运在展索盘内，然后用卷扬机牵引直接在主梁桥面上铺设的辊道上展开。当一端单元索头到达锚固位置后，直接用塔顶的吊装支架起吊,到塔顶整型后,安装到主索鞍内。在牵引过程中索股应保持一定的张力，保持索股行进的稳定，发现绑扎带连续两处被切断时应停机进行修补。监视索股中的着色丝，一旦发生扭转，须采取措施加以纠正后方能进行横移、整形、入鞍等工作。

3.5.2索股吊装及就位

索股吊装必须两个塔上同时、同步进行。索股入索鞍槽前应按设计图要求，注意标记丝的位置,其标记线必须对准索鞍中的标记线。索股两端的锚头引入锚固系统前，须将索股理顺，对鼓丝段进行梳理，锚跨内索股钢丝必须平顺均匀。用铲车帮助起吊索股端部，然后用卷扬机、手动葫芦将索股锚反牵引穿入锚固导管，在锚端露出锚固面后将螺母旋上。

3.5.3单元索调整

按照设计图要求，索股安装时的排列，是以最下面的一根索（14号）为基准索。

图5主缆索股排列示意图

主缆架设中的线形调整，基准索是关键。一旦基准索调整完成后其他单元索就以此为基准进行调整。基准索调整前，首先是测定跨长、塔顶标高及变位、主索鞍预偏量、主缆垂度标高、散索套移动量以及外界的温度和索股的温度。然后计算出控制点标高。

调整一般在温度比较稳定的时间内进行。事先进行外界气温和索股温度的计测，把温度变化较小的时间定为调整时间。基准索股标高必须在温度比较稳定时进行多次测量，测出结果误差在容许范围内时取三次平均值为该基准索股的标高。基准索股标高控制调整采用三角高程测量法，用千斤顶在锚固区张拉。首先调整跨中索股的垂度标高。然后分别调整边跨。调整时应参照索股上的标记，以保证索股的调整范围。当边跨垂度标高调整完毕后，要调整散索套与边跨之间锚跨的索力。此处的调整主要是根据设计提供的索力，要避免边跨与锚跨之间的索力差异过大引起索股移动。

对基准索股以外的索股进行调整是根据与基准索股的相对高度决定调整量。调整的方法与基准索股基本相同。但索股的送出量不能过大，否则被调整的索股就压在下面的索股上，这样就不能测定正确的相对垂度。相对垂度的调整就是要让被调整的索股与下面的索股处于若即若离的状态。

3.6紧缆

索股架设完成后，为使主缆钢丝的松弛不集中在一个地方，需对主缆分区进行预紧缆。

首先确认主缆索股的排列情况，把主缆全长分为若干区段分别进行预紧，对排列不整齐或有交叉的部位进行调整，以免钢丝的松弛集中在一处。外侧单元索股上的绑扎带边紧边拆除，不宜一次全部拆除。预紧缆完成处必须用镀锌铁丝临时捆紧，保持主缆的形状，铁丝的距离可为5～6m,预紧缆的目标空隙率宜为26%～28%。

预紧缆完成后正式紧缆，正式紧缆是由各跨中央向索鞍方向进行，用紧缆机把主缆整成圆形，并达到设计规定的空隙率和不圆度目标。空隙率标准一般位置为20%±2%，索夹位置为18%±2%。[1]本工程现场实际空隙率为一般位置为21.2％，索夹位置为19.4%。

图6现场紧缆

3.7索夹安装

索夹安装前需在工厂内完成索夹抗滑移试验，试验考核主缆索夹夹于由19股61?7.0索股组成的主缆试验索上，在设计单根螺栓紧固力400kN下索夹抵抗轴向推力而产生滑移的能力。本工程最不利位置索夹抗滑移力设计理论要求为2640KN，试验实测值为3650KN，满足设计要求。

主缆线形定位完成后，需沿主缆的曲线把索夹的位置在放样标记。由于空缆状态下的索夹与成桥状态下的索夹位置不同，因此在空缆状态下的索夹定位必须按照设计及监控的要求设置预偏量。根据放样定位的结构，对索夹的正确位置要进行标记。现场施工为方便操作，一般将标记点设置在主缆顶部的中心线位置，这时必须要特别注意，由于主缆呈倾斜状态，索夹的中心与主缆顶部的中线并不在同一条延长线上，因此设置标记点时必须按照每个索夹倾斜的角度换算出索夹中心线在主缆顶部的实际位置。标记完成后要再一次用全站仪复测进行确认。

索夹安装的关键是螺栓的紧固，要分两次进行：索夹就位时用扳手人工预紧，然后用螺栓紧固器第一次紧固，紧固力必须达到设计要求。吊杆张拉完成及体系转换完成后用螺栓紧固器进行第二次紧固。索夹的安装顺序是中跨从跨中向塔顶进行，边跨从散索鞍向塔顶进行。索夹的紧固螺栓在通车运营后视情况每半年到两年需要定期紧固，若发现松动及时紧固，发现损坏及时更换。[2]

3.8吊杆安装及张拉

吊杆的加工长度根据监控提供的成桥状态下的吊杆长度加工制作。吊杆在索夹安装完成后进行，小型吊杆采用人工安装，大型吊杆采用卷扬设备配合安装，安装时注意必须采取措施，避免吊杆索扭转和索表面受损。

通过吊杆索张拉将主桥恒载由支架转换到主缆上的过程是自锚式悬索桥的重要施工工序，由于自锚式悬索桥在荷载的作用下呈现明显的几何非线形，因此吊杆的张拉是一个复杂的过程。成型后的主缆相对于钢筋混凝土主梁而言刚度比较小，如果吊杆一次直接锚固到位，无论是张拉设备的行程或者张拉力都是很大的，而全桥吊杆同时张拉在经济上是不可行的。为了解决这个问题，必须根据主梁和主缆的刚度、自重采用计算机模拟的办法，得出最佳加载程序。并在施工过程中通过观测，对张拉力加以修正，通过逐渐加载的方法完成体系转换。

本工程吊杆张拉时选用8台150t的千斤顶，并配置8台油泵，以满足最多8点同步张拉的要求。吊杆张拉严格按照监控提供的程序进行，并将每个张拉过程的结果返回给监控复核。根据监控指令，本工程在三个阶段的吊杆张拉后完成了体系转换。

在吊杆的张拉过程中，由于不平衡受力，塔顶与鞍座会一起发生位移，主塔根部会承受弯矩，这样有可能产生主塔根部应力超限的危险，因此在张拉到一定程度后，根据实测数据以及监控计算分析，在必要时在一条主缆的两个个主塔顶上同时用两组液压千斤顶进行主索鞍顶推，顶推的反作用力支撑在顶推支架上。顶推的行程及顶推力的大小必须符合设计及监控的要求。索鞍顶推使塔顶回到原来无水平位移时的状态，如此反复后将每根吊杆的张拉力调整至设计值。

3.9缆索系统防腐涂装施工

由于缆索系统均为钢结构，其防腐涂装的施工质量决定了悬索桥的安全运行及使用寿命，是一项专业性、工艺性较强的工作，必须严格按照设计要求进行

4、安装过程中的施工监控

4.1监控点布置

图8主梁各截面测点布置图

图9主缆线形观测点布置图

4.2现场监控数据

1）主缆基准索稳定性观测：主缆基准索标高在昼夜温差最大达到16.5℃时，主缆标高最大变化量2.5cm。

2）索夹定位预偏量

4.3成桥荷载试验

本工程在施工完成后，为了检验桥梁结构的设计、施工质量，以及恒载增加能否满足原设计的承载能力，保证桥梁交工以后结构的安全和正常运营，特委托专业检测单位对该桥主桥进行包括技术状况检查、静载试验、动载试验及自振特性测试等内容的交工荷载试验。最终的试验检测结果标明，本工程主桥强度、刚度满足城-B级的设计要求。

5、结束语

1）自锚式悬索桥缆索系统的安装施工难度较大，技术细节较多，安装施工的每道工序需高度协调统一，尤其需要注意主索鞍、索夹等构件安装时的预偏量设置。

2）施工监控对于自锚式悬索桥缆索安装过程中的每一道工序都非常重要，利用各步骤在主梁及主塔中设置的应力检测点提供的数据以及主缆、主梁的变形数据进行分析，做到现场实测数据采集与理论计算紧密结合，指导每一施工步骤的控制参数，才能保证主桥在体系转换完成后成桥线型符合设计要求。

参考文献

[1]交通部第一公路工程总公司公路施工手册－桥涵（下册）人民交通出版社2000

[2]中华人民共和国交通运输部公路养护技术规范（JTGH10-2009）