特大跨径悬索桥主缆索股架设新技术研究.docx

中国交建2013年度优秀论文特大跨径悬索桥主缆索股架设新技术研究王博，冯玉祥，杨敏，金仓，欧阳祖亮(中交第二公路工程局有限公司 西安市710119)摘要：主缆是悬索桥的主要组成部分，它承担着桥梁上部结构的全面恒载和活载，被成为悬索桥的“生命线”。 随着悬索桥施工技术的不断发展，主缆索股架设方法渐趋成熟，但是架设过程中往往存在一些常见质量问题不能很 好地解决，如鼓丝、扭转、索股受力不均、镀锌层损伤、污染等。在马鞍山长江公路大桥左汉悬索桥主缆索股架设施工 中，通过将索股钢丝改为双缠包带、改进索股锚头连接方式、局部索股支撑结构改为弹性支撑、增加索股入鞍前整形工序等措施，形成一套独特的、完整的、科学合理的主缆索股架设施工方法，有效提高主缆索股架设品质，保证了索股 架设安全和进度，取得较好的经济效益和社会效益。关键词：特大跨径；悬索桥；主缆；索股架设；施工；新技术主缆索股架设质量的好坏直接影响悬索桥的成桥精度及使用寿命。单根主缆由多根索股组成，单根索 股又由多根高强钢丝组成，每根索股钢丝的线形决定了最终主缆的线形，而索股钢丝线形取决于索股架设的方法。索股架设既要保证单根索股中的的钢丝排列正确、相互平行，又要保证单根索股在主缆排列中的位置 正确，索股之间相互平行。主缆索股架设均采用双线往复式牵引系统11实施牵引，针对以往项目存在的问题，通过科研程序，依托 项目实施完成后加以经验、技术数据总结，证实此索股架设新技术的可行性与实用性。1 索股架设新技术原理 (1)采用双缠包带措施，减少索股两端产生扭转，防止单根索股架设过程中出现鼓丝现象心。提升架设质量的同时，大大加快了效率施工进度，很好地避免了以往同类型项目索股架设过程中需要人工不问断的进 行鼓丝处理现象，经济效益显著。(2)设计新型索股锚头连接拽拉器，改进索股锚头连接方式，以利于索股端头自由转动，释放索股牵引造 成的初始扭转应力，减小索股在架设时的扭转。(3)在曲线半径较小位置将索股支撑结构托滚支架设计为弹性支撑架形式。使托滚可以适应索股牵引 时的线型高度变化，有效防止索股因塔顶曲率变化过大而发生断带现象，利于索股平顺地通过塔顶。同时可 以调节托滚支点压力，减小托滚因不平衡力而增大磨损。(4)增加索股人鞍前整形工序。精确矫正每根钢丝的扭转状态，使得索股在无应力状态下进人索鞍的卡 槽内。根据施工实践表明，此整形工序对于后序的索股调整与锚跨张力调整非常有利，能够大大提高工效， 更能够保证全桥荷载在索鞍处应力的均匀分布。(5)设计索股垂度测量工作装置，采用独特的抗风设计、精确调整限位的“三位一体”设计、强制压紧装置 设计等结构，能够很好地解决实际控制中的精度与摆动等核心问题，且操作方便、工艺简单、价格低廉，可适 应于任意跨径、不同索股直径、多种索股角度形式的垂度精密测量工作装置。2技术应用过程21施工准备(1)索鞍安装就位，猫道架设完成、牵引系统形成后，便可以正式开始进行主缆索股架设。 (2)为减少索股两端产生扭转，防止单根索股架设过程中出现鼓丝现象，索股制作时在两端缠包带进行2013年现场技术交流会论文集双缠。提升架设质量的同时，大大加快了效率施工进度，很好地避免了以往同类型项目索股架设过程中需要 人工不问断的进行鼓丝处理现象，经济效益显著。索股制作时，在每根索股两端各150 m范围内缠包带进行双缠，150 m的计算依据：索股架设时，主要由于水平放索装置牵引出索盘、通过散索鞍处整形、索股锚固 区问索力调整，造成端部150 m范围内的索股严重扭转与鼓丝现象。(3)制订明确的索股架设施工工艺流程，如图1所示。图1索股架设施工流程22索股架设索股架设分索股牵引、横移、整形、人鞍、入锚、索股垂度测量调整、锚跨张力调整等工序。按设计图要 求，准备工作完成后，先架设基准索股，然后根据基准索股架设一般索股。221索股牵引 (1)索盘上放索架。采用水平被动放索装置进行放索，因存在被动反张力，始终使索股保持张紧状态，可有效地防止放索时 索股反张力产生的“呼啦圈”、散丝和缠丝现象发生，可保证索股牵引的连续性。水平被动放索装置应采用电控刹车系统与手动刹车系统相结合，有效地控制索股出盘速度。索股出盘口设置了高度自动调节装置，防止 索股出盘后自由掉落而摩擦断带。索股架设时，在索盘前设置索股高度调整装置，减小索股上锚弯折，保证索股架设质量。 (2)索股锚头连接拽拉器。中国交建2013年度优秀论文利用塔吊提升配合人工辅助将锚头牵引至转向支架前端与牵引系统拽拉器连接。索股锚头与拽拉器之 间的连接件设计成360。自由旋转形式，以利于索股端头自由转动，释放索股牵引造成的初始扭转应力，减小 索股在架设时的扭转，如图2所示。图2索股自由转动锚头连接拽拉器(3)索股上锚。启动25 t主牵引卷扬机，通过牵引索的牵引，经过锚面门架牵引过锚碇锚体。 (4)索股锚头牵引至锚碇支墩。 在拽拉器牵引下，索股依次通过散索鞍支墩、锚面、散索鞍，进入边跨，如图3所示。图3索股锚头牵引至南锚碇支墩(5)索股锚头牵引过边塔顶索股在索股托滚支承下，牵引至边塔顶。在靠近边塔顶索鞍两侧，加密滚轮 的布置，并且使滚轮布设成平滑竖向曲线形式。过塔时，索股曲率变化大，适当降低索股的牵引速度。在曲线半径较小位置将索股支撑结构改为弹性支撑架设计。弹性支撑架的构造主要包括支架型钢、弹簧、销轴、尼龙托滚、弹簧固定支撑钢板、活动支撑钢板和限位型钢。其形式为型钢支架+支撑弹簧，弹性支 撑架利用常规弹簧作为压力平衡构件，架体的规格为11 m07 m12 m，弹簧直径1 cm、长15 cm。也 可根据受力需要调换不同型号。弹性支撑架使托滚可以适应索股牵引时的线形高度变化，有效防止索股因塔顶曲率变化过大而发生断 带现象，利于索股平顺地通过塔顶。同时可以调节托滚支点压力，减小托滚因不平衡力而增大磨损。中塔 顶、另一边塔顶两侧同样设置弹性支撑架。(6)索股锚头牵引过中塔顶。 锚头进入塔顶门架前降低牵引速度，索股在中塔索鞍两侧设置索股托滚支承，牵引进入另一主跨。中索鞍鞍槽隔墙厚度在出VI处逐渐由厚变薄，形成最外侧鞍槽槽宽变大，因此，在最外侧鞍槽内填充楔形锌块，以 保证索股在鞍槽内的形状。2013年现场技术交流会论文集(7索股锚头牵引过另一边塔顶。 索股通过设置在另一边塔索鞍上的托滚进入另一边跨。 (8)另一边跨至另一锚碇锚跨索股架设。牵引索股至另一锚碇工作平台上方，当索股前锚头接近前锚室时，将锚头用塔吊提升配合人工辅助从索 盘脱出，继续牵引。锚头自由端在牵引完成后，如出现扭转现象，采用六边形整形钳对其逐根进行纠正的方法，保证索股的 各根高强钢丝在所有索鞍位置处线形一致。222横移牵引完成的索股放在猫道托滚上，利用锚碇门架和塔顶门架上的10t卷扬机配合滑车组进行索股的上 提、横移作业。223整形整根索股提离猫道托滚，此时主、散索鞍前后两握索器之间的索股呈无应力状态，在此状态下进行整形。 待整形作业结束后方可人鞍。整形形状：人鞍前必须将该部分索股断面整理为468 mmx 5023 mm矩形，再放人鞍座内设定位置。 整形方向：在主索鞍处从边跨向主跨方向、在散索鞍处由锚跨向边跨方向进行整形。 整形顺序：首先确定标准丝和标志丝位置，如有扭转应及时矫正。整形时，在距离索鞍前后约3 m的地方，分别安装上六边形夹具，解除两夹具间索股缠包带，用钢片梳进行索股断面整理，断面由六边形变成四边 形，再用专用四边形夹具夹紧。整形过程中人工用木锤敲打索股，确保整形后每根钢丝处于自然状态，并每 隔1 m左右缠上双缠包带防止变形。根据施工实践表明，此整形工序对于后序的索股调整与锚跨张力调整非常有利，能够大大提高工效，更 能够保证全桥荷载在索鞍处应力的均匀分布。224索股入鞍 入鞍前将鞍槽内清理干净，鞍槽清理后，将整形好的索股连同填充丝一同放人鞍槽内并嵌入楔形木块进行临时固定，防止索股在索鞍槽内滑动。索股入鞍时，适当抬高主跨、边跨跨中索股垂度，便于调整索股线形。225索股人锚使用10 t卷扬机和塔吊下放锚头至对应位置，反拉索股锚头，将索股两端锚头与该索股相应位置的锚 固系统通过拉杆相连。23索股垂度测量调整 悬索桥主缆线形的监控口1是通过控制相应工况下主缆在各跨中点绝对垂度n1实现的。主缆的线形调整精度主要受基准索股的线形调整精度控制，其他索股(一般索股)是根据基准索股的线形进行相对控制的，因 此基准索股垂度监控决定了主缆整体线形及全桥的施工精度。索股垂度测量工装一般采用薄钢板打弯或钢板切割形式实现索股的六边形结构，加工精度低且无法校 准，可调扭转型的工装整套重量大，对索股线形略有影响，且造价高。自行设计的垂度测量工装采用精密机 械加工制作，具有独特的抗风设计、精确调整限位的“三位一体”设计、强制压紧装置设计，能够很好地解决实 际控制中的精度与摆动问题。231基准索股测量内容及工作组织 主缆基准索股测量的主要内容：(1)跨径测量、索塔变形实时监测；(2)折光系数K测定；(3)中跨跨中及边跨跨中理论里程测量放样；(4)基准索股4个跨中高程测量。在中塔下横梁顶的加密点设站，以极坐标法 直接测量跨中工装下端的倒挂棱镜，当里程X坐标差值小于1 cm时方进行高程测量；在索股各跨中悬挂反 光棱镜，两岸同步测量各跨中点棱镜，利用手薄中的测量软件自动完成数据采集5；数据汇报至测控室；测量 过程中测控室内人员进行温度数据自动采集。采用桥梁非线性有限元分析软件BNI。AS6，建立计算模型，以文本形式输入原始及基础数据，得出线中国交建201 3年度优秀论文形控制参数(温度修正、跨度修正系数，跨中垂度调整值与索长调整量关系表，锚跨索股张力等)；并考虑塔顶 标高预高值，预估成桥后塔顶标高，以此计算实时跨中里程、高程及调整量给定跨中里程。主缆基准索股调整过程中，外业人员只负责仪器操作及自动化测量数据采集，反馈数据，具体的各种计 算和调整量统一由测控办公室来进行，并下达指令。232一般索股垂度控制 一般索股垂度的测量以基准索股或相对基准索股为基准，用水平尺及游标卡尺测定基准索股与待调一般索股的高差来调整实现。一般索股的相对垂度测量精度控制在5 mm以内。 24锚跨索股张力调整每根索股架设完成垂度调整好后，进行锚跨索股张力调整。锚跨张力调整采用专用千斤顶调整，并在锚 头与支承板之间设反力架。锚跨张力与设计值误差控制在设计锚固力的3。241张力调整千斤顶 根据本桥索股拉杆和索股之间的空间位置关系，锚固端索股张拉调整采用穿心千斤顶，其拉伸力1 500 kN。索股拉伸力由施工监控单位提供。 242施工辅助措施在散索鞍自立前，锚跨张力对温度变化比较敏感，为避免因温度变化过大时索股在鞍槽中产生滑动，除 以满足保证索股稳定为条件确定初调索股最优锚固张拉力以外，施工应采取有效的防滑措施。(1)在散索鞍出口处，调整好的索股用红油漆标记划线，观察索股是否发生滑移； (2)锚跨张力在温度比较稳定，温度场分布比较均匀的夜间进行调整； (3)调整好的索股用木楔、千斤顶进行顶压，防止索股在散索鞍鞍槽中滑动。3精细化控制措施 (1)索股牵引过程对其施加反拉力。开始几根索股牵引时，对前锚头、猫道滚筒、鞍座、滚筒、塔顶及散索鞍门架导轮组、放索机构等进行重点观测及调试，系统调试完善后，适当提高牵引速度，索股牵引速度一般控 制在1525 mrain(边跨1520 mrain，主跨20-25 mrain)。(2)钢绳连接接头和拽拉器连接处严格检查，牵拉过程中随时观察接头状况，及时发现隐患。 (3)提升前，确认全跨径索股离开猫道托滚，索股提升后，人员不能进入提高的索股下，以防意外。 (4)牵引过程中，派专人跟踪拽拉器，观察牵引索的运行状况，三个塔顶专人职守，及时处理可能出现的意外情况。(5)索股两端的锚头引入锚固系统前，须将索股理顺，对鼓丝进行疏理，不得将其留在锚跨内。 (6)为防止上层索股挤压下层索股，索股入鞍时，中跨跨中预抬高200 300 mm，边跨跨中预抬高100200 mm。(7)一般索股上、下游索股架设数量不超过3根，架设时注意观测塔项扭转和位移。4工程实践本创新技术在马鞍山长江公路大桥783左汊悬索桥主缆索股架设施工中得以成功应用。 左汊主航道桥为三塔两跨悬索桥，结构成对称布置，悬索桥上部桥跨布置为360 m+21 080 m+360 m。两跨主缆跨度为1080 m，背缆跨度为360 m，中、边塔顶处主缆JD高程均为+1783 rn，主缆理论散索点高 程均为+300 m。每根主缆共154根索股，两根主缆间距35 ra。由6跨组成，由北向南依次为：北锚跨、北 边跨、北主跨、南主跨、南边跨、南锚跨。资源节约情况：防止索股鼓丝用的缠包带节约了近30。索股牵引过程用托滚，由于局部采用了弹性 支撑，降低了托滚的磨损程度，能够周转重复使用。完善的索股入鞍前整形技术，使得后序索股线形调整、锚 跨张力调整时间大大节约，所用设备使用率明显降低，对整个工作面的污染减少。减少了索股四周镀锌层损 伤、污染现象，降低二次防腐涂装的材料用量及工日数量。 1022013年现场技术交流会论文集应用效益分析：马鞍山长江公路大桥架设主缆154根，一般索股架设使用60个有效工作日，除去基准索 为15 d外，一般索股平均每天架设3根，比原计划80 d完成一般索股架设节约20 d。解决了国内外同类工 程索股架设存在的弊端，节省人工、材料和机械设备租赁费近100万元。5