矮塔斜拉橋單側雙向抗滑斜拉索鋼絞線輪胎式穿索施工技術
2023-07-31 00:49侯俊先熊佳雯
企業科技與發展 2023年3期
關鍵詞：施工技術
侯俊先 熊佳雯
摘要：文章針對矮塔斜拉橋斜拉索鋼絞線傳統安裝施工工藝存在的問題，提出一種新的施工工藝——輪胎式穿索機安裝施工工藝，并以廣州增城區石灘大橋斜拉索鋼絞線安裝施工為例進行具體實踐。結果表明，采用該工藝可以有效避免斜拉索鋼絞線打絞、HDPE護套管和鋼絞線PE層磨損嚴重等問題，提高了安裝效率，為今后類似工程的設計、施工及維護提供借鑒。
關鍵詞：矮塔斜拉橋；斜拉索鋼絞線；輪胎式穿索機；施工技術
中圖分類號：U445.4；U448.27；TU997? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）03-0049-04
0 引言
矮塔斜拉橋又稱為“部分斜拉橋”，是介于連續梁橋和斜拉橋之間的一種新的橋梁結構，橋梁荷載一部分由拉索承受，另一部分由主梁的受彎、受剪承受，兼有斜拉橋和連續梁橋的特點，具有施工方便、經濟、造型美觀等優點，常用于市政橋梁建設工程。傳統的矮塔斜拉橋斜拉索鋼絞線采用的是“循環卷揚機牽引安裝施工工藝”，此施工工藝使用鋼絲拽拉托板，托板再帶動鋼絞線，實現鋼絞線的安裝。采用此施工工藝容易發生以下不良現象：正在安裝的鋼絞線容易纏繞在已安裝的鋼絞線上或穿插至已安裝的鋼絞線間隙中，牽引的鋼絲繩與固定的鋼絲纏繞在一起，這些現象在業界內統稱為“打絞”。 打絞發生的前期和中期很難察覺，一般到了鋼絞線打絞的后期，即卷揚機拽拉不動牽引鋼絲繩，或HDPE（高密度聚乙烯）護套管（以下簡稱護套管）出現異常抖動時才能察覺；而察覺時，牽引鋼絲繩、正在牽引的鋼絞線與已安裝的鋼絞線PE（聚乙烯）層、護套管已經發生強烈作用，鋼絞線PE層和護套管已磨損嚴重。發生打絞現象時，拉索質量受到很大的影響，而且處理起來非常棘手，一般需要倒退若干個操作步驟方可排除；嚴重時甚至需要將前面已經安裝好的鋼絞線放張、拆除錨具的夾片，并將鋼絞線拆放至橋面后重新安裝，施工質量和施工效率受到非常嚴重的影響。
本文針對“循環卷揚機牽引安裝施工工藝”存在的弊端，以廣州增城區石灘大橋（以下簡稱“石灘大橋”）斜拉索鋼絞線安裝施工為例，設計并采用了一種新的鋼絞線安裝施工工藝——輪胎式穿索機安裝施工工藝，并詳細描述了該工藝的具體實施過程，旨在為今后類似工程提供良好的借鑒。
1 工程概況
1.1 主橋概況
石灘大橋位于廣州市增城區石灘鎮石灘公路橋上游約3.2 km處，跨越增江。石灘大橋主橋采用分幅雙塔三跨矮塔斜拉橋，主橋跨布置為（83+148+83）m，橋寬為2×26.25 m。主塔為獨柱式鋼筋混凝土結構，主塔高度為26.0 m［1］。大橋立面圖如圖1所示。
1.2 斜拉索鋼絞線概況
石灘大橋主橋為矮塔斜拉橋，斜拉索采用φ15.2單絲涂覆環氧涂層預應力鋼絞線斜拉索，標準強度為1 860 MPa，單根鋼絞線采用環氧噴涂工藝，單根PE層護套，斜拉索外層采用HPDE護套管。斜拉索規格有37-φ15.2、43-φ15.2和55-φ15.2，采用鋼絞線拉索群錨體系。鋼絞線的單側雙向抗滑裝置設置在塔端邊跨側，半幅橋斜拉索為雙面的雙排索，布置在主梁側分帶及中分帶處，斜拉索在塔上采用索鞍分絲管（以下簡稱分絲管）錨固結構。全橋共96根斜拉索，總重約為455.68 t［1］。斜拉索構造圖如圖2所示。
2 斜拉索鋼絞線安裝工藝
斜拉索鋼絞線安裝的總體施工工藝流程如圖3所示。
2.1 分絲管的安裝
分絲管在廠內加工后運至現場安裝，安裝主要操作要點如下：①測量點一般設在分絲管兩端墊板外端面上方的中心，根據設計圖紙給定的參數計算出測量點的坐標，并做好標記。②分絲管吊運至安裝位置后，用手拉葫蘆對其高程進行微調，當滿足設計要求時，再采用花籃螺栓調整其橫橋向位置。③利用勁性骨架、塔柱鋼筋等對分絲管進行施焊固定，焊接部位一般設在分絲管兩端部的墊板上，注意不要在分絲管上施焊，以免焊透分絲管導致無法穿鋼絞線。
2.2 施工平臺的布設
（1）梁下施工平臺的布設。為方便斜拉索鋼絞線的安裝，在本項目中，在斜拉索的索導管端板約1 m的下方布設梁下作業平臺，梁下作業平臺搭設在預應力混凝土箱梁處的翼緣桁架上。
（2）塔外施工平臺的布設。本項目中的塔外施工平臺采用盤扣式鋼管支架，立桿縱距在順橋向按0.9 m和1.0 m布設，在橫橋向按0.9 m和1.3 m布設，步距為1.1 m。為便于作業人員通行，在腳手架上設置掛扣式鋼梯。
2.3 鋼絞線下料
（1）加長索（輔助索）下料長度的計算。矮塔斜拉橋的鋼絞線安裝時，由于第一根安裝的鋼絞線要承擔護套管的重量，受垂度影響較大，需要附加一定的長度。第一根安裝的鋼絞線一般設置為加長索（輔助索），下料長度計算公式如下：
L加=L0+2（L1+A1+A2+L3+L4）? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）
公式（1）中，L0為兩側梁端墊板底面之間的中心線長度或弧長，即梁端錨點至塔端分絲管鞍座曲線終點間索長+鞍座曲線段索長；A1為錨板外露長度；A2為錨固螺母厚度；L1為張拉端工作長度，一般取1 800 mm；L3為加長索（輔助索）附加的長度，即承擔護套管重量時，由于垂直影響而增加的長度，一般可由公式[w2S2（cosα）2]/[24T2]計算，w為單根鋼絞線的線密度與護套管的線密度之和在水平投影的重量，S為梁端錨點至塔端分絲管鞍座曲線終點的水平距離，α為梁端錨點至塔端分絲管鞍座曲線終點的連線與水平面的夾角，T為單根鋼絞線的拉力；L4為塔梁施工誤差的影響長度（mm），一般取5～10 mm。
（2）標準索下料長度的計算。除加長索（輔助索）之外的其他鋼絞線稱為標準索，標準索一般不考慮護套管對其長度的影響，標準索的下料計算公式如下［2］：
L標=L0+2（L1+A1+A2+L4）? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）
公式（2）中，L0為兩側梁端墊板底面之間的中心線或弧長，即梁端錨點至塔端分絲管鞍座曲線終點間索長+鞍座曲線段索長；A1為錨板外露長度；A2為錨固螺母厚度；L1為張拉端工作長度，一般取1 800 mm；L4為塔梁施工誤差的影響長度，一般取5～10 mm。
（3）鋼絞線PE層剝除長度的計算。由于斜拉索鋼絞線外部包裹有PE層，其兩端與錨具的夾片連接時，需要剝除一定的長度，其剝除的計算公式如下：
L剝=L1+A3+A4-L5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）
公式（3）中，L1為張拉端工作長度，一般取1 800 mm；A3為錨板外露長度；A4為密封筒長度；L5為護套管進入錨具內的長度。
（4）下料工藝和操作要點。①下料場地和設備。本項目的斜拉索鋼絞線在廠內下料，下料場地根據最長的加長索（輔助索）的尺寸確定，其長度方向為最長的加長索（輔助索）的長度+5 m，寬度為5 m。②下料順序。下料時遵循“先使用的先下料”的原則，即按鋼絞線的安裝順序（一般是先安裝短斜拉索的鋼絞線，再安裝長斜拉索的鋼絞線）進行下料并運抵施工現場。③標記和存盤。每根鋼絞線應做好標記，在本項目中，標記規則如下：13-M1表示13#A號塔，示S1/M1號拉索中跨側；14-S1表示14#B號塔，S1/M1號拉索邊跨側。鋼絞線存盤利用自動存盤機進行，輔助索應最后進行存盤，并處于索盤的最外圈。
2.4 護套管的焊接
2.4.1 護套管焊接長度的計算
護套管焊接長度計算公式如下：
L焊= L0-L6-A5- L7-L8 + L9+L10? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）
公式（4）中，L0為兩側塔梁墊板間距；L6為梁端預埋管長度及鋼墊板厚度之和；A5為梁端防水罩護套管限位長度； L7為塔端連接裝置長度；L8為塔端錨固筒長度；L9為由于垂度影響導致護套管增加的長度，可參考公式（1）中L3的計算方式；L10為護套管進入塔端連接裝置長度。
2.4.2 焊接工藝
市場上購買的護套管每根長度一般為8 m，而斜拉索的長度一般不是8 m的整數倍，需要將若干根護套管焊接起來，從而得到所需要的長度。焊接使用專用的焊接設備進行，焊接工藝流程如圖4所示。
焊接操作要點如下：①護套管焊接時，需根據管材規格確定焊接參數。②對每種規格的護套管正式焊接之前進行試焊，以確定焊接參數。③在焊接前將左右兩節護套管上的螺旋線對齊。
2.5 護套管的吊裝
護套管吊裝操作要點如下：①根據斜拉索的索號和安裝順序，將護套管擺放至橋面上對應的位置，并在護套管下方放置托架輪或方木，防止護套管劃傷。②從護套管一端穿入加長索（輔助索），在加長索露出塔端護套管口至索鞍墊板20 cm 處做好標記。③護套管吊至塔外時，將護套管固定在塔外，管口離索鞍墊板不小于80 cm。
2.6 鋼絞線單根安裝
首先，將輪胎式穿索機固定在斜拉索軸線的后方橋面，在索盤與預埋管口間做好鋪墊，預埋管口、防水罩口，做好索體保護措施。其次，確定鋼絞線的安裝順序，由于鋼絞線安裝有單側雙向抗滑鍵，其安裝具有順序性和方向性，安裝工藝較復雜，因此在鋼絞線下料時應對每根鋼絞線的編號在頭尾部做好標記。對整個橋梁的斜拉索鋼絞線安裝，按照左右對稱順序依次施工，施工順序先短索后長索，斜拉索按索號依次施工。對于同一個索號的鋼絞線，為避免或減少鋼絞線安裝時打絞或者錯孔，規定從上層往下層、從外側往內側每根逐孔對應施工；由于抗滑鍵的位置設置在邊跨處，因此穿索時從邊跨往中跨進行，并且要注意鋼絞線的方向為中跨端作頭部、邊跨端作尾部。最后，進行鋼絞線單根安裝，操作要點如下。
（1）鋼絞線安裝前，應調整輪胎式穿索機中輪胎的間距，使輪胎與鋼絞線的摩擦力能滿足穿送要求。
（2）將單根鋼絞線頭部穿入輪胎式穿索機，啟動輪胎式穿索機，將鋼絞線往前穿送，穿送的方向如下：邊跨的梁端→塔端分絲管→中跨的梁端（如圖5所示）。
（3）當鋼絞線到達塔端時，要注意分絲管孔位與錨具孔位對應，防止索體在分絲管口處刮傷PE層。
（4）當鋼絞線從塔端沿護套管到達中跨的梁端時，將鋼絞線沿索導管穿過梁端的錨具，然后調整單根張拉所需的工作長度，使兩端長度差控制在10 cm以內。
2.7 鋼絞線單根張拉和索力調整
2.7.1 鋼絞線單根張拉
鋼絞線單根張拉的操作要點如下。
（1）安裝單根張拉支座。單根張拉支座主要由立柱和蜂窩板（頂板）組成，將支座組裝完成之后，立柱端置于錨板上，蜂窩板（頂板）在后端。
（2）安裝張拉力傳感器。張拉力傳感器的讀數是后續等值張拉法的重要依據，需要安裝在受垂度影響小、又不影響鋼絞線安裝的地方，一般安裝在第2排第2根，安裝順序為傳感器支座→傳感體→單孔工具錨→工具夾片，其中傳感體通過導線與顯示儀相聯，壓力變化值從顯示儀中讀取。
（3）將斜拉索鋼絞線張拉至初始張拉力，張拉力按施工圖紙或由駐場的監控單位給定。當油泵的油表讀數為5 MPa時，測量初始伸長值；當油泵油表讀數達到初始張拉力的要求時，敲緊傳感器后的工具夾片，復核顯示儀讀數并作好記錄。最后一根鋼絞線張拉完成后，再對傳感器索安裝之前的鋼絞線進行補拉。
2.7.2 鋼絞線單根索力調整
鋼絞線單根索力根據等值張拉法原理進行調整：在斜拉索張拉端的某一根鋼絞線上安裝張拉力傳感器，并將此根鋼絞線張拉到一定拉力后再張拉第二根鋼絞線，由于結構變形或溫度變化的影響，張拉的第一根鋼絞線的拉力有所變化并反饋到與傳感器連接的顯示儀上；根據顯示儀上變化的張拉力來調整第二根張拉的張拉力，使第二根張拉的鋼絞線的索力與第一根的相同，然后錨固。后續張拉的鋼絞線，也根據顯示儀上張拉力的變化值來控制其索力，使每根鋼絞線的索力都與第一根張拉的鋼絞線相同［3］。其原理如圖6所示。
鋼絞線單根索力調整的操作要點如下。
（1）單根鋼絞線索力調整過程中，若出現異?；蛴捅米x數相差較大的情況，應立即停止張拉并排除異常。
（2）由于鋼絞線是緊貼塔端分絲管安裝的，后期鋼絞線張拉過程中，當某個時間點鋼絞線兩端的張拉力不相等時，鋼絞線上的抗滑鍵就有脫離塔端分絲管墊板的可能。要解決此問題，可以采用“對稱時間差的張拉工藝”（如圖7所示），以控制油壓最后的5 MPa進行調整，具體操作步驟如下：①當中跨和邊跨的張拉油壓達到σ0時（σ0+5 MPa=σcon，σcon為控制的油壓值），邊跨先暫停張拉，中跨繼續張拉至σ0+2 MPa（時間持續5～10 s），暫停；②邊跨張拉至σ0+2 MPa，暫停；③中跨張拉至σ0+4 MPa，暫停；④邊跨張拉至σ0+4 MPa，暫停；⑤中跨張拉至σ0+5 MPa，暫停；⑥邊跨張拉至σ0+5 MPa。
（3）張拉單根鋼絞線至控制的張拉力時，安裝工作夾片并適當打緊，記錄與張拉力傳感器連接的顯示儀的數值，用以指導下一根鋼絞線的索力調整。
（4）鋼絞線張拉時，油泵要平穩向千斤頂給油，達到控制油壓后，需要保壓1 min，如果油壓下降，則需補拉。
2.8 附屬部件的安裝與斜拉索防護
斜拉索鋼絞線單根索力調整完成后，可進行抗滑插片、錨固筒、減振器、索箍等斜拉索附屬部件的安裝。安裝抗滑插片時，應逐片依次由上至下插入鋼絞線間隙之間，安裝時需確?？够迤姆较蛘_；塔端錨固筒安裝完成后，即可依次進行減振器、索箍及連接裝置的安裝，在安裝過程中要注意減振器處索體之間的密封。斜拉索安裝、索力調整完成之后，按設計要求對斜拉索進行防護，本項目采取的防護措施是將錨具外露的鋼絞線涂抹油性蠟。
3 結論
本工程采用的輪胎式穿索機新施工工藝雖然受到鋼鉸線自身剛度的限制，只適用于160 m以下的鋼絞線安裝，但是能滿足絕大部分矮塔斜拉橋的鋼絞線安裝。該施工工藝安裝拉索鋼絞線時，基本不發生打絞現象，安裝效率高、施工質量好，能顯著節約人工成本，為矮塔斜拉橋鋼絞線的安裝提供技術先進、經濟節約、安全可靠的新施工工藝，也為后續類似工程的施工提供良好的借鑒。
4 參考文獻
［1］柳州歐維姆工程有限公司.廣州增城區石灘東西大道建設工程S03標石灘大橋斜拉索安裝專項施工方案［A］.2022.
［2］韓鶴翔，劉國欽.矮塔斜拉橋拉索下料長度確定方法及誤差分析［J］.市政技術，2018，36（3）：66-68.
［3］尹建兵，王榴斌.矮塔斜拉橋單根可換式斜拉索施工過程控制技術［J］.施工技術，2016，45（16）：122-124，128.
