特大跨徑懸索橋主纜索股架設(shè)新技術(shù)研究

1、中國交建2013年度優(yōu)秀論文特大跨徑懸索橋主纜索股架設(shè)新技術(shù)研究王博，馮玉祥，楊敏，金倉，歐陽祖亮(中交第二公路工程局 西安市710119)摘要：主纜是懸索橋的主要組成部分，它承擔(dān)著橋梁上部結(jié)構(gòu)的全面恒載和活載，被成為懸索橋的“生命線”。 隨著懸索橋施工技術(shù)的不斷發(fā)展，主纜索股架設(shè)方法漸趨成熟，但是架設(shè)過程中往往存在一些常見質(zhì)量問題不能很 好地解決，如鼓絲、扭轉(zhuǎn)、索股受力不均、鍍鋅層損傷、污染等。在馬鞍山長江公路大橋左漢懸索橋主纜索股架設(shè)施工 中，通過將索股鋼絲改為雙纏包帶、改進(jìn)索股錨頭連接方式、局部索股支撐結(jié)構(gòu)改為彈性支撐、增加索股入鞍前整形工序等措施，形成一套獨(dú)特的、完整的、科學(xué)合理的主纜

2、索股架設(shè)施工方法，有效提高主纜索股架設(shè)品質(zhì)，保證了索股 架設(shè)安全和進(jìn)度，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。關(guān)鍵詞：特大跨徑；懸索橋；主纜；索股架設(shè)；施工；新技術(shù)主纜索股架設(shè)質(zhì)量的好壞直接影響懸索橋的成橋精度及使用壽命。單根主纜由多根索股組成，單根索 股又由多根高強(qiáng)鋼絲組成，每根索股鋼絲的線形決定了最終主纜的線形，而索股鋼絲線形取決于索股架設(shè)的方法。索股架設(shè)既要保證單根索股中的的鋼絲排列正確、相互平行，又要保證單根索股在主纜排列中的位置 正確，索股之間相互平行。主纜索股架設(shè)均采用雙線往復(fù)式牽引系統(tǒng)11實(shí)施牽引，針對以往項(xiàng)目存在的問題，通過科研程序，依托 項(xiàng)目實(shí)施完成后加以經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)數(shù)據(jù)總結(jié)，證實(shí)此索

3、股架設(shè)新技術(shù)的可行性與實(shí)用性。1 索股架設(shè)新技術(shù)原理 (1)采用雙纏包帶措施，減少索股兩端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，防止單根索股架設(shè)過程中出現(xiàn)鼓絲現(xiàn)象心。提升架設(shè)質(zhì)量的同時(shí)，大大加快了效率施工進(jìn)度，很好地避免了以往同類型項(xiàng)目索股架設(shè)過程中需要人工不問斷的進(jìn) 行鼓絲處理現(xiàn)象，經(jīng)濟(jì)效益顯著。(2)設(shè)計(jì)新型索股錨頭連接拽拉器，改進(jìn)索股錨頭連接方式，以利于索股端頭自由轉(zhuǎn)動，釋放索股牽引造 成的初始扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，減小索股在架設(shè)時(shí)的扭轉(zhuǎn)。(3)在曲線半徑較小位置將索股支撐結(jié)構(gòu)托滾支架設(shè)計(jì)為彈性支撐架形式。使托滾可以適應(yīng)索股牽引 時(shí)的線型高度變化，有效防止索股因塔頂曲率變化過大而發(fā)生斷帶現(xiàn)象，利于索股平順地通過塔頂。同時(shí)可 以

4、調(diào)節(jié)托滾支點(diǎn)壓力，減小托滾因不平衡力而增大磨損。(4)增加索股人鞍前整形工序。精確矯正每根鋼絲的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)，使得索股在無應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)人索鞍的卡 槽內(nèi)。根據(jù)施工實(shí)踐表明，此整形工序?qū)τ诤笮虻乃鞴烧{(diào)整與錨跨張力調(diào)整非常有利，能夠大大提高工效， 更能夠保證全橋荷載在索鞍處應(yīng)力的均勻分布。(5)設(shè)計(jì)索股垂度測量工作裝置，采用獨(dú)特的抗風(fēng)設(shè)計(jì)、精確調(diào)整限位的“三位一體”設(shè)計(jì)、強(qiáng)制壓緊裝置 設(shè)計(jì)等結(jié)構(gòu)，能夠很好地解決實(shí)際控制中的精度與擺動等核心問題，且操作方便、工藝簡單、價(jià)格低廉，可適 應(yīng)于任意跨徑、不同索股直徑、多種索股角度形式的垂度精密測量工作裝置。2技術(shù)應(yīng)用過程21施工準(zhǔn)備(1)索鞍安裝就位，貓道架設(shè)完

5、成、牽引系統(tǒng)形成后，便可以正式開始進(jìn)行主纜索股架設(shè)。 (2)為減少索股兩端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，防止單根索股架設(shè)過程中出現(xiàn)鼓絲現(xiàn)象，索股制作時(shí)在兩端纏包帶進(jìn)行2013年現(xiàn)場技術(shù)交流會論文集雙纏。提升架設(shè)質(zhì)量的同時(shí)，大大加快了效率施工進(jìn)度，很好地避免了以往同類型項(xiàng)目索股架設(shè)過程中需要 人工不問斷的進(jìn)行鼓絲處理現(xiàn)象，經(jīng)濟(jì)效益顯著。索股制作時(shí)，在每根索股兩端各150 m范圍內(nèi)纏包帶進(jìn)行雙纏，150 m的計(jì)算依據(jù)：索股架設(shè)時(shí)，主要由于水平放索裝置牽引出索盤、通過散索鞍處整形、索股錨固 區(qū)問索力調(diào)整，造成端部150 m范圍內(nèi)的索股嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)與鼓絲現(xiàn)象。(3)制訂明確的索股架設(shè)施工工藝流程，如圖1所示。圖1索股架設(shè)施工

6、流程22索股架設(shè)索股架設(shè)分索股牽引、橫移、整形、人鞍、入錨、索股垂度測量調(diào)整、錨跨張力調(diào)整等工序。按設(shè)計(jì)圖要 求，準(zhǔn)備工作完成后，先架設(shè)基準(zhǔn)索股，然后根據(jù)基準(zhǔn)索股架設(shè)一般索股。221索股牽引 (1)索盤上放索架。采用水平被動放索裝置進(jìn)行放索，因存在被動反張力，始終使索股保持張緊狀態(tài)，可有效地防止放索時(shí) 索股反張力產(chǎn)生的“呼啦圈”、散絲和纏絲現(xiàn)象發(fā)生，可保證索股牽引的連續(xù)性。水平被動放索裝置應(yīng)采用電控剎車系統(tǒng)與手動剎車系統(tǒng)相結(jié)合，有效地控制索股出盤速度。索股出盤口設(shè)置了高度自動調(diào)節(jié)裝置，防止 索股出盤后自由掉落而摩擦斷帶。索股架設(shè)時(shí)，在索盤前設(shè)置索股高度調(diào)整裝置，減小索股上錨彎折，保證索股架設(shè)質(zhì)

7、量。 (2)索股錨頭連接拽拉器。中國交建2013年度優(yōu)秀論文利用塔吊提升配合人工輔助將錨頭牽引至轉(zhuǎn)向支架前端與牽引系統(tǒng)拽拉器連接。索股錨頭與拽拉器之 間的連接件設(shè)計(jì)成360。自由旋轉(zhuǎn)形式，以利于索股端頭自由轉(zhuǎn)動，釋放索股牽引造成的初始扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，減小 索股在架設(shè)時(shí)的扭轉(zhuǎn)，如圖2所示。圖2索股自由轉(zhuǎn)動錨頭連接拽拉器(3)索股上錨。啟動25 t主牽引卷揚(yáng)機(jī)，通過牽引索的牽引，經(jīng)過錨面門架牽引過錨碇錨體。 (4)索股錨頭牽引至錨碇支墩。 在拽拉器牽引下，索股依次通過散索鞍支墩、錨面、散索鞍，進(jìn)入邊跨，如圖3所示。圖3索股錨頭牽引至南錨碇支墩(5)索股錨頭牽引過邊塔頂索股在索股托滾支承下，牽引至邊塔頂。

8、在靠近邊塔頂索鞍兩側(cè)，加密滾輪 的布置，并且使?jié)L輪布設(shè)成平滑豎向曲線形式。過塔時(shí)，索股曲率變化大，適當(dāng)降低索股的牽引速度。在曲線半徑較小位置將索股支撐結(jié)構(gòu)改為彈性支撐架設(shè)計(jì)。彈性支撐架的構(gòu)造主要包括支架型鋼、彈簧、銷軸、尼龍托滾、彈簧固定支撐鋼板、活動支撐鋼板和限位型鋼。其形式為型鋼支架+支撐彈簧，彈性支 撐架利用常規(guī)彈簧作為壓力平衡構(gòu)件，架體的規(guī)格為11 m×07 m×12 m，彈簧直徑1 cm、長15 cm。也 可根據(jù)受力需要調(diào)換不同型號。彈性支撐架使托滾可以適應(yīng)索股牽引時(shí)的線形高度變化，有效防止索股因塔頂曲率變化過大而發(fā)生斷 帶現(xiàn)象，利于索股平順地通過塔頂。同時(shí)可以調(diào)

9、節(jié)托滾支點(diǎn)壓力，減小托滾因不平衡力而增大磨損。中塔 頂、另一邊塔頂兩側(cè)同樣設(shè)置彈性支撐架。(6)索股錨頭牽引過中塔頂。 錨頭進(jìn)入塔頂門架前降低牽引速度，索股在中塔索鞍兩側(cè)設(shè)置索股托滾支承，牽引進(jìn)入另一主跨。中索鞍鞍槽隔墻厚度在出VI處逐漸由厚變薄，形成最外側(cè)鞍槽槽寬變大，因此，在最外側(cè)鞍槽內(nèi)填充楔形鋅塊，以 保證索股在鞍槽內(nèi)的形狀。2013年現(xiàn)場技術(shù)交流會論文集(7>索股錨頭牽引過另一邊塔頂。 索股通過設(shè)置在另一邊塔索鞍上的托滾進(jìn)入另一邊跨。 (8)另一邊跨至另一錨碇錨跨索股架設(shè)。牽引索股至另一錨碇工作平臺上方，當(dāng)索股前錨頭接近前錨室時(shí)，將錨頭用塔吊提升配合人工輔助從索 盤脫出，繼續(xù)牽引

10、。錨頭自由端在牽引完成后，如出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，采用六邊形整形鉗對其逐根進(jìn)行糾正的方法，保證索股的 各根高強(qiáng)鋼絲在所有索鞍位置處線形一致。222橫移牽引完成的索股放在貓道托滾上，利用錨碇門架和塔頂門架上的10t卷揚(yáng)機(jī)配合滑車組進(jìn)行索股的上 提、橫移作業(yè)。223整形整根索股提離貓道托滾，此時(shí)主、散索鞍前后兩握索器之間的索股呈無應(yīng)力狀態(tài)，在此狀態(tài)下進(jìn)行整形。 待整形作業(yè)結(jié)束后方可人鞍。整形形狀：人鞍前必須將該部分索股斷面整理為468 mmx 5023 mm矩形，再放人鞍座內(nèi)設(shè)定位置。 整形方向：在主索鞍處從邊跨向主跨方向、在散索鞍處由錨跨向邊跨方向進(jìn)行整形。 整形順序：首先確定標(biāo)準(zhǔn)絲和標(biāo)志絲位置，如有扭

11、轉(zhuǎn)應(yīng)及時(shí)矯正。整形時(shí)，在距離索鞍前后約3 m的地方，分別安裝上六邊形夾具，解除兩夾具間索股纏包帶，用鋼片梳進(jìn)行索股斷面整理，斷面由六邊形變成四邊 形，再用專用四邊形夾具夾緊。整形過程中人工用木錘敲打索股，確保整形后每根鋼絲處于自然狀態(tài)，并每 隔1 m左右纏上雙纏包帶防止變形。根據(jù)施工實(shí)踐表明，此整形工序?qū)τ诤笮虻乃鞴烧{(diào)整與錨跨張力調(diào)整非常有利，能夠大大提高工效，更 能夠保證全橋荷載在索鞍處應(yīng)力的均勻分布。224索股入鞍 入鞍前將鞍槽內(nèi)清理干凈，鞍槽清理后，將整形好的索股連同填充絲一同放人鞍槽內(nèi)并嵌入楔形木塊進(jìn)行臨時(shí)固定，防止索股在索鞍槽內(nèi)滑動。索股入鞍時(shí)，適當(dāng)抬高主跨、邊跨跨中索股垂度，便于調(diào)

12、整索股線形。225索股人錨使用10 t卷揚(yáng)機(jī)和塔吊下放錨頭至對應(yīng)位置，反拉索股錨頭，將索股兩端錨頭與該索股相應(yīng)位置的錨 固系統(tǒng)通過拉桿相連。23索股垂度測量調(diào)整 懸索橋主纜線形的監(jiān)控口1是通過控制相應(yīng)工況下主纜在各跨中點(diǎn)絕對垂度n1實(shí)現(xiàn)的。主纜的線形調(diào)整精度主要受基準(zhǔn)索股的線形調(diào)整精度控制，其他索股(一般索股)是根據(jù)基準(zhǔn)索股的線形進(jìn)行相對控制的，因 此基準(zhǔn)索股垂度監(jiān)控決定了主纜整體線形及全橋的施工精度。索股垂度測量工裝一般采用薄鋼板打彎或鋼板切割形式實(shí)現(xiàn)索股的六邊形結(jié)構(gòu)，加工精度低且無法校 準(zhǔn)，可調(diào)扭轉(zhuǎn)型的工裝整套重量大，對索股線形略有影響，且造價(jià)高。自行設(shè)計(jì)的垂度測量工裝采用精密機(jī) 械加工制

13、作，具有獨(dú)特的抗風(fēng)設(shè)計(jì)、精確調(diào)整限位的“三位一體”設(shè)計(jì)、強(qiáng)制壓緊裝置設(shè)計(jì)，能夠很好地解決實(shí) 際控制中的精度與擺動問題。231基準(zhǔn)索股測量內(nèi)容及工作組織 主纜基準(zhǔn)索股測量的主要內(nèi)容：(1)跨徑測量、索塔變形實(shí)時(shí)監(jiān)測；(2)折光系數(shù)K測定；(3)中跨跨中及邊跨跨中理論里程測量放樣；(4)基準(zhǔn)索股4個(gè)跨中高程測量。在中塔下橫梁頂?shù)募用茳c(diǎn)設(shè)站，以極坐標(biāo)法 直接測量跨中工裝下端的倒掛棱鏡，當(dāng)里程X坐標(biāo)差值小于1 cm時(shí)方進(jìn)行高程測量；在索股各跨中懸掛反 光棱鏡，兩岸同步測量各跨中點(diǎn)棱鏡，利用手薄中的測量軟件自動完成數(shù)據(jù)采集5；數(shù)據(jù)匯報(bào)至測控室；測量 過程中測控室內(nèi)人員進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)自動采集。采用橋梁非線性

14、有限元分析軟件BNI。AS6，建立計(jì)算模型，以文本形式輸入原始及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，得出線中國交建201 3年度優(yōu)秀論文形控制參數(shù)(溫度修正、跨度修正系數(shù)，跨中垂度調(diào)整值與索長調(diào)整量關(guān)系表，錨跨索股張力等)；并考慮塔頂 標(biāo)高預(yù)高值，預(yù)估成橋后塔頂標(biāo)高，以此計(jì)算實(shí)時(shí)跨中里程、高程及調(diào)整量給定跨中里程。主纜基準(zhǔn)索股調(diào)整過程中，外業(yè)人員只負(fù)責(zé)儀器操作及自動化測量數(shù)據(jù)采集，反饋數(shù)據(jù)，具體的各種計(jì) 算和調(diào)整量統(tǒng)一由測控辦公室來進(jìn)行，并下達(dá)指令。232一般索股垂度控制 一般索股垂度的測量以基準(zhǔn)索股或相對基準(zhǔn)索股為基準(zhǔn)，用水平尺及游標(biāo)卡尺測定基準(zhǔn)索股與待調(diào)一般索股的高差來調(diào)整實(shí)現(xiàn)。一般索股的相對垂度測量精度控制在5

15、mm以內(nèi)。 24錨跨索股張力調(diào)整每根索股架設(shè)完成垂度調(diào)整好后，進(jìn)行錨跨索股張力調(diào)整。錨跨張力調(diào)整采用專用千斤頂調(diào)整，并在錨 頭與支承板之間設(shè)反力架。錨跨張力與設(shè)計(jì)值誤差控制在設(shè)計(jì)錨固力的3。241張力調(diào)整千斤頂 根據(jù)本橋索股拉桿和索股之間的空間位置關(guān)系，錨固端索股張拉調(diào)整采用穿心千斤頂，其拉伸力1 500 kN。索股拉伸力由施工監(jiān)控單位提供。 242施工輔助措施在散索鞍自立前，錨跨張力對溫度變化比較敏感，為避免因溫度變化過大時(shí)索股在鞍槽中產(chǎn)生滑動，除 以滿足保證索股穩(wěn)定為條件確定初調(diào)索股最優(yōu)錨固張拉力以外，施工應(yīng)采取有效的防滑措施。(1)在散索鞍出口處，調(diào)整好的索股用紅油漆標(biāo)記劃線，觀察索股是

16、否發(fā)生滑移； (2)錨跨張力在溫度比較穩(wěn)定，溫度場分布比較均勻的夜間進(jìn)行調(diào)整； (3)調(diào)整好的索股用木楔、千斤頂進(jìn)行頂壓，防止索股在散索鞍鞍槽中滑動。3精細(xì)化控制措施 (1)索股牽引過程對其施加反拉力。開始幾根索股牽引時(shí)，對前錨頭、貓道滾筒、鞍座、滾筒、塔頂及散索鞍門架導(dǎo)輪組、放索機(jī)構(gòu)等進(jìn)行重點(diǎn)觀測及調(diào)試，系統(tǒng)調(diào)試完善后，適當(dāng)提高牽引速度，索股牽引速度一般控 制在1525 mrain(邊跨1520 mrain，主跨20-25 mrain)。(2)鋼繩連接接頭和拽拉器連接處嚴(yán)格檢查，牽拉過程中隨時(shí)觀察接頭狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。 (3)提升前，確認(rèn)全跨徑索股離開貓道托滾，索股提升后，人員不能進(jìn)入提高

17、的索股下，以防意外。 (4)牽引過程中，派專人跟蹤拽拉器，觀察牽引索的運(yùn)行狀況，三個(gè)塔頂專人職守，及時(shí)處理可能出現(xiàn)的意外情況。(5)索股兩端的錨頭引入錨固系統(tǒng)前，須將索股理順，對鼓絲進(jìn)行疏理，不得將其留在錨跨內(nèi)。 (6)為防止上層索股擠壓下層索股，索股入鞍時(shí)，中跨跨中預(yù)抬高200 300 mm，邊跨跨中預(yù)抬高100200 mm。(7)一般索股上、下游索股架設(shè)數(shù)量不超過3根，架設(shè)時(shí)注意觀測塔項(xiàng)扭轉(zhuǎn)和位移。4工程實(shí)踐本創(chuàng)新技術(shù)在馬鞍山長江公路大橋783左汊懸索橋主纜索股架設(shè)施工中得以成功應(yīng)用。 左汊主航道橋?yàn)槿煽鐟宜鳂颍Y(jié)構(gòu)成對稱布置，懸索橋上部橋跨布置為360 m+2×1 080

18、m+360 m。兩跨主纜跨度為1080 m，背纜跨度為360 m，中、邊塔頂處主纜JD高程均為+1783 rn，主纜理論散索點(diǎn)高 程均為+300 m。每根主纜共154根索股，兩根主纜間距35 ra。由6跨組成，由北向南依次為：北錨跨、北 邊跨、北主跨、南主跨、南邊跨、南錨跨。資源節(jié)約情況：防止索股鼓絲用的纏包帶節(jié)約了近30。索股牽引過程用托滾，由于局部采用了彈性 支撐，降低了托滾的磨損程度，能夠周轉(zhuǎn)重復(fù)使用。完善的索股入鞍前整形技術(shù)，使得后序索股線形調(diào)整、錨 跨張力調(diào)整時(shí)間大大節(jié)約，所用設(shè)備使用率明顯降低，對整個(gè)工作面的污染減少。減少了索股四周鍍鋅層損 傷、污染現(xiàn)象，降低二次防腐涂裝的材料用量及工日數(shù)量。· 102·2013年現(xiàn)場技術(shù)交流會論文集應(yīng)用效益分析：馬鞍山長江公路大橋架設(shè)主纜154根，一般索股架設(shè)使用60個(gè)有效工作日，除去基準(zhǔn)索 為15 d外，一般索股平均每天架設(shè)3根，比原計(jì)劃80 d完成一般索股架設(shè)節(jié)約20 d。解決了國內(nèi)外同類工 程索股架設(shè)存在的弊端，節(jié)省人工、材料和機(jī)械設(shè)備租賃費(fèi)近100萬