矮塔斜拉桥斜拉索施工技术

矮塔斜拉桥半成品主索施工技术作者：Luo Wanlin （罗万林） （北京市政路桥控股集团北京公路桥梁建设公司，北京）摘要：上虞市三环路曹娥江大桥为四塔双索面预应力混凝土部分斜拉桥。该桥斜拉索未采用成品索，需要现场采用单根钢绞线穿束成索的方式进行施工。从2005年7月25日开始进行第一根钢绞线穿束至2005年11月25日，用了整四个月的时间保质保量完成了施工任务。由于单根钢绞线很长（最长90多米），穿束时每根钢绞线的拉力控制成了关键点。经过反复实践，找到了合理的应力控制范围，保证了预应力施工的技术要求。关键词：斜拉桥；主索；施工文献标志码：C正文1 工程概况曹娥江大桥横跨曹娥江，属于上虞市规划城市主干道三环路建设工程的重点项目。该桥长991米，分为主桥和引桥两部分，主桥3跨，主跨径为110米，两边跨径各为60米。其中：主桥为四塔双索面预应力混凝土部分斜拉桥。主塔顺桥向为“V”形构架，桥塔为梁塔固结，在桥墩上设立支座。主桥箱梁采用双箱三室扁担型结构，高有2.6米渐变为2.2米，斜拉索锚固在箱梁的中室内。主桥宽为48米，为全国同类桥梁之最 。 主桥共设四个索塔，布置在行车主干道外侧和人行道间。索塔高度在桥面以上为15.670米，宽度为“V”型单柱外径尺寸1.52.3米，塔身倾角为78度。斜拉索为单排扇形布置，每塔共设7对斜拉索，索间距为4.0米。斜拉索在塔上竖向索距为0.6米，由事先加工的导向鞍座进行控制。斜拉索通过单根转向钢管（索鞍）穿过索塔，在塔的进出口处采用短分丝管（又称定位圈）结构形式。定位圈由多根无缝钢管（规格：252165mm）按索的断面形式焊接成整体。索塔两侧的斜拉索设置相应的抗滑锚固装置，里面灌注环氧砂浆以防（达到）防止钢绞线滑动的目的。2 斜拉索PE管热挤连结2.1 斜拉索PE管材料的选择2.1.1 PE管护套每根斜拉索外面采用整圆式PE管护套进行防护。护套采用高密度聚乙烯HDPE管，其颜色为深黑色。2.1.2 PE管规格PE管的规格按索号不同采用的直径也不同。C1至C5索，PE管采用直径240mm，壁厚8.6mm；C6至C7索，PE管采用直径260mm，壁厚10mm。2.2 斜拉索PE管的热挤连结2.2.1 PE管下料因不同索号所需的PE管长度不同，且每根PE管的采购长度只有6米，所以PE管下料时，应按照设计提供的尺寸合理计算长度，尽量减少接头数量，节约用料。2.2.2 工作平台搭设加工平台时应满足PE管的长度和水平要求，也可以利用现场的施工环境（如桥面、路面等），但必须保证连接后的PE管直顺。热挤作业要用彩条布搭设作业棚并达到防风、防雨、和保温的要求。2.2.3 PE管连接PE管连接采用专用的电热挤压机（本工程采用德国进口的挤压设备）。挤压作业时，首先把两根PE管在平台上放平，接头对齐，用两侧的紧固设备（螺栓）固定牢固，然后用挤压机的专用刀片把接头两侧切齐。在将切齐的接头对位检验，发现错位、缝隙过大应及时调整PE管的角度或者重切，直到满足要求为止。接头满足要求后，固定、对齐，然后将电热挤压机打开一个能容纳电热板的缝隙，放好电热板，固定好以后通电加热。待PE管接头靠电热板处出现熔化后（一般加热8分钟左右，出现液体气泡）快速撤出电热板，迅速将融化的PE管接头对齐并挤压（一般压力控制在20至25BAR）。最后根据作业时的自然温度确定积压冷却时间（在25度左右的气温下，挤压冷却15至20分钟即可）。热挤连接完成后，须将接头处出现的不规则的棱角或棱刺进行修整，保证整个PE管的美观。3 斜拉索钢绞线的下料3.1 钢绞线的材料要求。斜拉索钢绞线采用专用无粘接预应力钢绞线。本工程采用江苏省江阴市法尔省钢铁制品有限公司生产的无粘接预应力钢绞线。钢绞线生产执行的技术标准为：JG300693标准；成品规格为：1715.24mm；强度等级为：1860Mpa；松弛级别为二级。本工程钢绞线为设计指定的生产厂。3.2 斜拉索钢绞线的下料。3.2.1 下料准备首先加工一个旋转平台，然后将整捆的钢绞线放入工作平台上，以方便钢绞线下料。下料场地应平整、干净，场地的长度应满足下料要求。下料前，应将铺好彩条布或垫好方木。下料时用人工将钢绞线顺直放在下料场地，在满足下料长度后，用切割机切断（严禁用气焊切割）。钢绞线两端预留的工作长度均为2.4米。每束主索的钢绞线按设计根数一次性下料完成。在下完料的每根钢绞线两端2.4米工作长度范围，都要将钢绞线的外包塑料皮剥除，然后用肥皂水（或洗涤剂）洗净钢绞线表面的涂油。主塔两端钢绞线的塑料皮剥除长度在下料时用油漆标注好。因此时的钢绞线无法打散，清洗时要特别注意，保证清洗干净。其清洗长度应根据预埋钢管和抗滑长度而定。单根钢绞线张拉后，还会带出油脂，因此，须在塔上进行二次清洗。墩头。钢绞线两端清洗完成后，把剥除PE层的部分（2.4米）钢绞线打散，然后在端头12cm处切掉外圈6根丝，保留中心的钢丝，再用LD墩头器将钢绞线两端的中心丝墩成半球形墩头，以供挂索牵引时使用。3.2.2 下料长度计算3.2.2.1) L=L0+2（L1+A1+A2+L3+L4）式中：L0两侧梁端垫板底面之间的中心线或弧线（mm），该数据由设计院提供。 A1锚筒外露长度（mm）。 A2锚固螺母厚度（mm）。 L1张拉端工作长度（mm），一般取1900mm。 L3有圆管限制的垂直影响长度（mm）。 L4塔梁施工误差的影响长度（mm），一般取510mm。3.2.2.2） 钢绞线HDPE护层剥除长度计算张拉端：Lz=L1+A3+A4L5塔端： Lt=满足环氧砂浆体锚固长度的需要。式中：A3锚具承压筒长度（mm）。 A4密封筒长度（mm）。 L5HDPE护套进入锚据内的长度（mm）。斜拉索装配表及工程数量表索号截面组成配套锚具PE护套外径D(mm)边跨侧塔柱外段(mm)塔柱内段(mm)中跨侧塔柱外段(mm)工作长度(mm) 单根拉索总长L0(m)单根拉索重量(kg)全桥数量(根)总重(kg)C7617515-6126544596865543992280098.8436644.4426578C6617515-6126540715844240129280090.8866109.9424438C5557515-5523536844822636279280082.9495027.5420110C4557515-5523532988800932445280075.0424548.3418193C3557515-5523529150778228631280067.1634070.7416283C2437515-4323025336755924847280059.3422812.0411248C1437515-4323021556733321102280051.5912444.749779合计1266294 斜拉索挂索（穿束）4.1 施工平台4.1.1 塔外平台。塔外平台的搭设要牢固耐用，可用塔柱施工平台的作业支架，也可单独搭设。平台搭设时，要注意斜拉索的位置，每道斜拉索在安装PE护套时不能与支架发生冲突。支架上的工作平台要牢固、稳定，不能有探头板。支架的斜撑要保证各个方向的稳定。4.1.2 梁底平台由于主梁采用单箱三室箱型结构，而斜拉索锚固在箱梁中室内，张拉作业均在中室内完成，因此，不需再设施工平台。但要求箱室内及人孔（尺寸600800mm）满足千斤顶进出及张拉需要，并在箱梁顶板预留吊装、施工孔6个（80mm），以满足单根张拉和调索用。4.1.3 在塔外平台上方应设置23个手动葫芦，以供起吊PE护管及专用配件用。4.2 斜拉索配件的安装4.2.1 张拉端锚具的安装由于本工程箱梁施工采用的是满堂红支架法，除0#、1#段外，其他3个节段包含2至3束斜拉索。因张拉锚具由锚筒和锚板组成，并用螺丝扣相连。锚筒长度为1050mm（重约320kg），直径350mm。而箱梁预埋钢管直径400mm，因此，挂索前，将锚筒用手动葫芦由预埋钢管的上口放入预埋管内至锚垫板外。而张拉锚具的锚板直径为500mm，因此只能由人工从人孔移至中箱室内，然后在箱室内连接就位。4.2.2 张拉支座的安装将张拉支座放到中箱室内锚固端的锚具端部，然后按张拉支座上的定位板孔对准部位，再用螺杆将张拉支座与锚板连接稳固。4.2.3 抗滑锚固套筒的安装锚固套筒通过焊接安装在塔端索鞍出口处，如锚固套筒中心线与拉索中心线相差较大，可对锚固套筒重新调整位置（以塔端斜拉索为准），并用电、气焊切割加工。4.2.4 HDPE套管的吊装 HDPE套管吊装前，应先将按给定的长度连接好的套管、梁端整固式防水罩、梁端防护钢管、塔端连接装置、塔端锚固装置组装好，固定牢。安装时，在套管两端安装专用抱箍，用于套管定位和拉紧时使用。专用抱箍垫上一块35mm橡胶板，以增加摩擦。准备工作做好后，用塔吊（或调车）将靠近塔端一头吊起就位。由于工作平台影响，塔吊就位不彻底。在用手动葫芦交替使用，使套管最高一端就位。最后，穿进一根钢绞线，并将钢绞线两端施加3吨（后来由于钢绞线穿行困难，将该力增加至5吨和7吨）的应力。这样，HDPE套管安装完毕。4.2.5 传感器的安装为了监控斜拉索张拉时的内应力变化情况，挂索时应将传感器安装在其不受外界影响的一根钢绞线上。本工程斜拉索的传感器均安放在2#钢绞线上面。4.3 斜拉索挂索（穿钢绞线）4.3.1 资源配置人员：总共21人。其中：指挥1人、操作千斤顶2人、箱梁内对索4人、塔端对索6人、人力穿索8人。设备：配备YLSD160150型千斤顶2台，对讲机4个。方案：编印好的穿索排列顺序图，穿束时必须按排列顺序施工。两端的排列图应相互对应，由下到上。纵向中轴线两边的顺序应相反。4.3.2 单根挂索将下好的单根钢绞线，拉至桥面穿束点，钢绞线的一头（也称前端）用人工将其穿过HDPE管的后端（另一侧称前端）。挂索工艺流程如下：钢绞线准备、定位两端锚具牵引绳穿至预埋管口前端钢绞线穿入HDPE管至塔前前端钢绞线与预先穿过索鞍的牵引丝连接牵引丝牵引钢绞线穿过后定位圈、转向钢管、前定位圈前端钢绞线穿下HDPE管前端钢绞线与前端牵引绳连接前端钢绞线穿过前端锚具后端钢绞线与后端牵引绳连接后端钢绞线穿过后端锚具两端施加应力单根挂索完毕。4.2.3 穿索和第一次张拉工艺同时进行因该桥的主塔内转向钢管（鞍座）内经较小，穿束时比较困难，在松弛状态下很难满足设计数量（43、55、61根）的要求。为了满足设计要求保证钢绞线顺利穿行，采用第一次张拉和穿束同时进行的方法。目的是通过施加应力，减小钢绞线在转向钢管（鞍座）内所占的面积。本工程开始穿束时，将第一次张拉力定为2吨，在实际穿12#墩左侧一号（C143）束时，由于钢绞线仍处于半松弛状态，因此43根钢绞线不能全部顺利过。所以将张拉力增加到5吨。结果，12#墩两座主塔的746根钢绞线全部顺利穿完。另外，在11#墩两座主塔穿束过程中，考虑到主跨最后两排临时桩与其他临时桩不同（前者为打入式钢管桩；后者是钻孔灌注桩加盖梁），为减小箱梁排架的荷载，在2#段箱梁张拉完成后即开始进行两座主塔C1、C2束钢绞线的挂索，同时将张拉力增加至7吨（经设计批准）。3#段张拉完成后进行C3、C4、C5束的挂索，C7、C8同前。这样既加快了进度，又保证了箱梁排架的安全。4.2.4 穿束方法 人工将钢绞线穿过HDPE管到达主塔后端后，按事先排列好的顺序号先后穿过后定位圈、转向钢管、前定位圈，继续将钢绞线穿过前端的HDPE管到达前端预埋管口，待前端钢绞线与牵引绳的穿束器连接好后，在牵引绳的引导下将钢绞线穿过前端锚具直至单根张拉所需的工作长度；前端钢绞线到位后，后端钢绞线与牵引绳连接，同样在牵引绳的引导下，将钢绞线穿过后端锚具；两端钢绞线调整好后，进行单根张拉。4.2.5 每根钢绞线张拉完成后，塔上索鞍两侧人员，按给定的长度（本桥按750mm）将抗滑锚固套筒处的无粘结钢绞线PE套剥除，并将钢绞