特大跨徑懸索橋主纜索股架設新技術研究

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新技術研究王博，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，它承擔著橋梁上部結構的全面恒載和活載，被成為懸索橋的“生命線”。 隨著懸索橋施工技術的不斷發(fā)展，主纜索股架設方法漸趨成熟，但是架設過程中往往存在一些常見質量問題不能很 好地解決，如鼓絲、扭轉、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施工 中，通過將索股鋼絲改為雙纏包帶、改進索股錨頭連接方式、局部索股支撐結構改為彈性支撐、增加索股入鞍前整形工序等措施，形成一套獨特的、完整的、科學合理的主纜

2、索股架設施工方法，有效提高主纜索股架設品質，保證了索股 架設安全和進度，取得較好的經濟效益和社會效益。關鍵詞：特大跨徑；懸索橋；主纜；索股架設；施工；新技術主纜索股架設質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的方法。索股架設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。主纜索股架設均采用雙線往復式牽引系統11實施牽引，針對以往項目存在的問題，通過科研程序，依托 項目實施完成后加以經驗、技術數據總結，證實此索

3、股架設新技術的可行性與實用性。1 索股架設新技術原理 (1)采用雙纏包帶措施，減少索股兩端產生扭轉，防止單根索股架設過程中出現鼓絲現象心。提升架設質量的同時，大大加快了效率施工進度，很好地避免了以往同類型項目索股架設過程中需要人工不問斷的進 行鼓絲處理現象，經濟效益顯著。(2)設計新型索股錨頭連接拽拉器，改進索股錨頭連接方式，以利于索股端頭自由轉動，釋放索股牽引造 成的初始扭轉應力，減小索股在架設時的扭轉。(3)在曲線半徑較小位置將索股支撐結構托滾支架設計為彈性支撐架形式。使托滾可以適應索股牽引 時的線型高度變化，有效防止索股因塔頂曲率變化過大而發(fā)生斷帶現象，利于索股平順地通過塔頂。同時可 以

4、調節(jié)托滾支點壓力，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狀態(tài)，使得索股在無應力狀態(tài)下進人索鞍的卡 槽內。根據施工實踐表明，此整形工序對于后序的索股調整與錨跨張力調整非常有利，能夠大大提高工效， 更能夠保證全橋荷載在索鞍處應力的均勻分布。(5)設計索股垂度測量工作裝置，采用獨特的抗風設計、精確調整限位的“三位一體”設計、強制壓緊裝置 設計等結構，能夠很好地解決實際控制中的精度與擺動等核心問題，且操作方便、工藝簡單、價格低廉，可適 應于任意跨徑、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技術應用過程21施工準備(1)索鞍安裝就位，貓道架設完

5、成、牽引系統形成后，便可以正式開始進行主纜索股架設。 (2)為減少索股兩端產生扭轉，防止單根索股架設過程中出現鼓絲現象，索股制作時在兩端纏包帶進行2013年現場技術交流會論文集雙纏。提升架設質量的同時，大大加快了效率施工進度，很好地避免了以往同類型項目索股架設過程中需要 人工不問斷的進行鼓絲處理現象，經濟效益顯著。索股制作時，在每根索股兩端各150 m范圍內纏包帶進行雙纏，150 m的計算依據：索股架設時，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)問索力調整，造成端部150 m范圍內的索股嚴重扭轉與鼓絲現象。(3)制訂明確的索股架設施工工藝流程，如圖1所示。圖1索股架設施工

6、流程22索股架設索股架設分索股牽引、橫移、整形、人鞍、入錨、索股垂度測量調整、錨跨張力調整等工序。按設計圖要 求，準備工作完成后，先架設基準索股，然后根據基準索股架設一般索股。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 索股反張力產生的“呼啦圈”、散絲和纏絲現象發(fā)生，可保證索股牽引的連續(xù)性。水平被動放索裝置應采用電控剎車系統與手動剎車系統相結合，有效地控制索股出盤速度。索股出盤口設置了高度自動調節(jié)裝置，防止 索股出盤后自由掉落而摩擦斷帶。索股架設時，在索盤前設置索股高度調整裝置，減小索股上錨彎折，保證索股架設質

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向支架前端與牽引系統拽拉器連接。索股錨頭與拽拉器之 間的連接件設計成360。自由旋轉形式，以利于索股端頭自由轉動，釋放索股牽引造成的初始扭轉應力，減小 索股在架設時的扭轉，如圖2所示。圖2索股自由轉動錨頭連接拽拉器(3)索股上錨。啟動25 t主牽引卷揚機，通過牽引索的牽引，經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，加密滾輪 的布置，并且使?jié)L輪布設成平滑豎向曲線形式。過塔時，索股曲率變化大，適當降低索股的牽引速度。在曲線半徑較小位置將索股支撐結構改為彈性支撐架設計。彈性支撐架的構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 可根據受力需要調換不同型號。彈性支撐架使托滾可以適應索股牽引時的線形高度變化，有效防止索股因塔頂曲率變化過大而發(fā)生斷 帶現象，利于索股平順地通過塔頂。同時可以調

9、節(jié)托滾支點壓力，減小托滾因不平衡力而增大磨損。中塔 頂、另一邊塔頂兩側同樣設置彈性支撐架。(6)索股錨頭牽引過中塔頂。 錨頭進入塔頂門架前降低牽引速度，索股在中塔索鞍兩側設置索股托滾支承，牽引進入另一主跨。中索鞍鞍槽隔墻厚度在出VI處逐漸由厚變薄，形成最外側鞍槽槽寬變大，因此，在最外側鞍槽內填充楔形鋅塊，以 保證索股在鞍槽內的形狀。2013年現場技術交流會論文集(7>索股錨頭牽引過另一邊塔頂。 索股通過設置在另一邊塔索鞍上的托滾進入另一邊跨。 (8)另一邊跨至另一錨碇錨跨索股架設。牽引索股至另一錨碇工作平臺上方，當索股前錨頭接近前錨室時，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，如出現扭轉現象，采用六邊形整形鉗對其逐根進行糾正的方法，保證索股的 各根高強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卷揚機配合滑車組進行索股的上 提、橫移作業(yè)。223整形整根索股提離貓道托滾，此時主、散索鞍前后兩握索器之間的索股呈無應力狀態(tài)，在此狀態(tài)下進行整形。 待整形作業(yè)結束后方可人鞍。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，再放人鞍座內設定位置。 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行整形。 整形順序：首先確定標準絲和標志絲位置，如有扭

11、轉應及時矯正。整形時，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。根據施工實踐表明，此整形工序對于后序的索股調整與錨跨張力調整非常有利，能夠大大提高工效，更 能夠保證全橋荷載在索鞍處應力的均勻分布。224索股入鞍 入鞍前將鞍槽內清理干凈，鞍槽清理后，將整形好的索股連同填充絲一同放人鞍槽內并嵌入楔形木塊進行臨時固定，防止索股在索鞍槽內滑動。索股入鞍時，適當抬高主跨、邊跨跨中索股垂度，便于調

12、整索股線形。225索股人錨使用10 t卷揚機和塔吊下放錨頭至對應位置，反拉索股錨頭，將索股兩端錨頭與該索股相應位置的錨 固系統通過拉桿相連。23索股垂度測量調整 懸索橋主纜線形的監(jiān)控口1是通過控制相應工況下主纜在各跨中點絕對垂度n1實現的。主纜的線形調整精度主要受基準索股的線形調整精度控制，其他索股(一般索股)是根據基準索股的線形進行相對控制的，因 此基準索股垂度監(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現索股的六邊形結構，加工精度低且無法校 準，可調扭轉型的工裝整套重量大，對索股線形略有影響，且造價高。自行設計的垂度測量工裝采用精密機 械加工制

13、作，具有獨特的抗風設計、精確調整限位的“三位一體”設計、強制壓緊裝置設計，能夠很好地解決實 際控制中的精度與擺動問題。231基準索股測量內容及工作組織 主纜基準索股測量的主要內容：(1)跨徑測量、索塔變形實時監(jiān)測；(2)折光系數K測定；(3)中跨跨中及邊跨跨中理論里程測量放樣；(4)基準索股4個跨中高程測量。在中塔下橫梁頂的加密點設站，以極坐標法 直接測量跨中工裝下端的倒掛棱鏡，當里程X坐標差值小于1 cm時方進行高程測量；在索股各跨中懸掛反 光棱鏡，兩岸同步測量各跨中點棱鏡，利用手薄中的測量軟件自動完成數據采集5；數據匯報至測控室；測量 過程中測控室內人員進行溫度數據自動采集。采用橋梁非線性

14、有限元分析軟件BNI。AS6，建立計算模型，以文本形式輸入原始及基礎數據，得出線中國交建201 3年度優(yōu)秀論文形控制參數(溫度修正、跨度修正系數，跨中垂度調整值與索長調整量關系表，錨跨索股張力等)；并考慮塔頂 標高預高值，預估成橋后塔頂標高，以此計算實時跨中里程、高程及調整量給定跨中里程。主纜基準索股調整過程中，外業(yè)人員只負責儀器操作及自動化測量數據采集，反饋數據，具體的各種計 算和調整量統一由測控辦公室來進行，并下達指令。232一般索股垂度控制 一般索股垂度的測量以基準索股或相對基準索股為基準，用水平尺及游標卡尺測定基準索股與待調一般索股的高差來調整實現。一般索股的相對垂度測量精度控制在5

15、mm以內。 24錨跨索股張力調整每根索股架設完成垂度調整好后，進行錨跨索股張力調整。錨跨張力調整采用專用千斤頂調整，并在錨 頭與支承板之間設反力架。錨跨張力與設計值誤差控制在設計錨固力的3。241張力調整千斤頂 根據本橋索股拉桿和索股之間的空間位置關系，錨固端索股張拉調整采用穿心千斤頂，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索股在鞍槽中產生滑動，除 以滿足保證索股穩(wěn)定為條件確定初調索股最優(yōu)錨固張拉力以外，施工應采取有效的防滑措施。(1)在散索鞍出口處，調整好的索股用紅油漆標記劃線，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行調整； (3)調整好的索股用木楔、千斤頂進行頂壓，防止索股在散索鞍鞍槽中滑動。3精細化控制措施 (1)索股牽引過程對其施加反拉力。開始幾根索股牽引時，對前錨頭、貓道滾筒、鞍座、滾筒、塔頂及散索鞍門架導輪組、放索機構等進行重點觀測及調試，系統調試完善后，適當提高牽引速度，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格檢查，牽拉過程中隨時觀察接頭狀況，及時發(fā)現隱患。 (3)提升前，確認全跨徑索股離開貓道托滾，索股提升后，人員不能進入提高

17、的索股下，以防意外。 (4)牽引過程中，派專人跟蹤拽拉器，觀察牽引索的運行狀況，三個塔頂專人職守，及時處理可能出現的意外情況。(5)索股兩端的錨頭引入錨固系統前，須將索股理順，對鼓絲進行疏理，不得將其留在錨跨內。 (6)為防止上層索股擠壓下層索股，索股入鞍時，中跨跨中預抬高200 300 mm，邊跨跨中預抬高100200 mm。(7)一般索股上、下游索股架設數量不超過3根，架設時注意觀測塔項扭轉和位移。4工程實踐本創(chuàng)新技術在馬鞍山長江公路大橋783左汊懸索橋主纜索股架設施工中得以成功應用。 左汊主航道橋為三塔兩跨懸索橋，結構成對稱布置，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，能夠周轉重復使用。完善的索股入鞍前整形技術，使得后序索股線形調整、錨 跨張力調整時間大大節(jié)約，所用設備使用率明顯降低，對整個工作面的污染減少。減少了索股四周鍍鋅層損 傷、污染現象，降低二次防腐涂裝的材料用量及工日數量。· 102·2013年現場技術交流會論文集應用效益分析：馬鞍山長江公路大橋架設主纜154根，一般索股架設使用60個有效工作日，除去基準索 為15 d外，一般索股平均每天架設3根，比原計劃80 d完成一般索股架設節(jié)約20 d。解決了國內外同類工 程索股架設存在的弊端，節(jié)省人工、材料和機械設備租賃費近100萬