預應力混凝土箱梁自錨式懸索橋體系轉換施工技術

李維生，張其玉，朱 健，劉 苗

(1.中交二公局第二工程有限公司;2.牡丹江市市政工程重點指揮部)

0 引言

自錨式懸索橋體系轉換是采用“先梁后纜”、張拉吊索的方式，將支撐在臨時支架上的梁轉換為吊索彈性支撐的施工方法，牡丹江市西是一條路跨江大橋根據本橋的工期要求及監控單位提供的轉換方案進行比選，選擇正確的轉換方法將最為關鍵的體系轉換順利完成。

1 工程簡介

牡丹江市西十一條路跨江大橋主橋采用(60+140+ 60)m兩塔三跨混凝土自錨式懸索橋橋型方案，主塔采用鋼筋混凝土結構，總高度50m，橋面至塔頂高度29m，至主索鞍底面25m。主纜施工采用預制平行鋼絲索股逐根架設的施工方法(PPWS)。主纜共2根，每根內含37股平行鋼絲索股，每股含127絲直徑5mm的鍍鋅高強鋼絲，單根共4699絲。吊索采用121φ7mm高強鍍鋅鋼束，全橋左右幅共計90根，其中邊跨36根，自塔根向邊跨方向編號為S1～S9，中跨54根，自塔根向跨中編號為M1～M14，其中M1吊索最長26.717m，M14最短5.276m。吊索通過箱梁內部預埋錨管錨固與箱梁底部，縱向間距5m，左右幅間距27m。

圖1 吊索布置圖(單位mm)

2 方案確定

2.1 方案比選

體系轉換施工是自錨式懸索橋施工中最為重要的一環，預應力混凝土箱梁懸索橋體系轉換受預應力施工及二期荷載(橋面鋪裝等)施加的影響，即體系轉換必須在箱梁預應力施工完成后進行，二期荷載何時及以何種方式施加決定體系轉換方案，經與監控單位溝通，本工程前期有以下三種方案可供選擇。

根據對現場施工情況及牡丹江水文氣候的分析研究，并結合體系轉換施工操作過程的難易程度，最終確定采用方案二組織施工。

表1 施工方案比選表

2.2 方案概述

體系轉換的原理是通過施加外力，使箱梁重量由現澆支架逐步轉移到纜吊系統上。在空纜狀態下，通過接長桿及張拉、鎖定螺母配合千斤頂逐根分級施加拉力，達到設計要求后鎖定永久螺母，完成體系轉換。

吊索張拉采用一次張拉的方式，其中M1～M8、S1～S9、M14均為一次張拉到位，M9～M13多次循環張拉到位。每次張拉南北、左右對稱4根(M14為2根)同步進行。最大張拉力為3000kN，配置16套千斤頂，至少4套油泵。

吊索張拉順序整體上為由塔根向邊、中跨方向進行，并且邊、中跨交替張拉，箱梁理論最大抬升高度為邊跨9mm，中跨153mm。為了保證橋塔受力的安全性，在吊索張拉過程中橋塔的偏位不應超過5cm。因此在吊索張拉過程中設置了4次鞍座頂推，以釋放橋塔彎矩，最后一次頂推時的鞍座壓力最大，為61226.3kN。

3 施工工藝

3.1 施工準備

利用貝雷梁下弦桿為支撐，橫向鋪設10×10cm方木，間距30cm，其上滿鋪15mm厚竹膠板，作為行人通道和施工平臺。

配置16套350t千斤頂用于吊桿張拉。頂推過程中單個索鞍最大橫向阻力為1836.8kN，使用8臺200t千斤頂及4套油泵進行索鞍頂推工作。

3.2 施工過程

3.2.1 吊索張拉

(1)張拉過程控制

吊索張拉應在同組4根吊索全部準備完畢后開始，設總指揮1人，協調4點同步，每點配置技術人員1名，與總指揮溝通，出現異常情況及時匯報，待處理完畢后4點再同步張拉。目標張力大于500kN的要按照500kN分級加載。同時需注意一級荷載內千斤頂伸長量不得超過18cm，否則回油后再行張拉。

(2)臨時錨固與永久錨固

所謂臨時錨固是指M9～M13吊索需要多次反復張拉，每次張拉完成后需要用臨時錨固螺母將吊索錨固，當吊索錨頭開始露出錨墊板時受到轉換螺母尺寸影響，臨時錨固需要增加墊板，務必保證墊板防止平整，避免失穩。所謂永久錨固即吊索按照要求張拉到位后將永久螺母旋緊。

吊索張拉過程以應力和應變雙重控制，其中永久錨固時以應變控制為主，以應力控制為輔;臨時錨固時以應力控制為主，以應變控制為輔，且不得超過允許偏差，否則應停止張拉，分析原因。問題解決后再繼續施工。

待全部張拉完成后利用玄振式索力計逐根測量吊索應力及通測主纜線型，對異常部位進行精確調整。整個體系轉換過程中需要保證散索套縱向可以自由活動。

3.2.2 主索鞍頂推

在吊索張拉過程中主索鞍將逐漸頂推到位，本工程共分五次頂推，每次頂推量分別為70mm、44mm、50mm、50mm、42mm，四個塔頂需同步進行，并分級完成，如第一次頂推70mm，分為3級頂推。第1級頂推30mm，四個塔頂的頂推量都達到并檢查無誤后，各塔頂再頂推20mm;四個塔頂的頂推量都達到50mm并檢查無誤后，各塔頂再頂推20mm。所有塔頂都達到70mm(誤差不大于±2mm)后，將主鞍座與塔頂縱向活動鎖定。

3.2.3 施加配重

本方案考慮在張拉過程中瀝青鋪裝層及路燈等附屬重量以配重形式施加，以主跨跨中為原點，在縱坐標為－110～－85m、－45～45m、85～110m范圍內施加100kN/m的壓重。利用現場河砂作為壓重材料，為保證橋面清潔，壓重下面鋪設一層土工布或彩條布，在防水層施工前需對橋面進行沖洗，以保證防水層施工質量。

3.2.4 測量監控

對于混凝土箱梁，在體系轉換過程中內力較為復雜，模擬計算偏差較大，為保證工程質量及施工安全，每次只能張拉幾根吊索，且每根吊索張拉完成后均需測量臨近幾根吊索索夾標高及主塔偏位，每次幾根張拉完成后需通測主纜線型、主塔偏位及箱梁標高，以作為下次張拉的計算依據。根據施工過程分析，測量監控務必選擇氣溫穩定時間段進行。

3.3 數據分析

(1)梁體抬升

體系轉換在保證箱梁、主塔、主纜及吊索等受力滿足要求的前提下，梁體能否抬升起來即梁體是否脫離支架是檢驗體系轉換成功與否的重要指標。通過逐根張拉、主索鞍頂推及最終的微調后，確保每根吊索最終張拉在2200kN左右。

對比體系轉換前后箱梁底標高數據，梁體整體均有抬升，其中M14最大112mm，北邊跨S9最小8mm，標識著梁體順利脫離支架。體系轉換獲得成功。

(2)橋塔偏位

通過對體系轉換過程中每次張拉完成后測量數據分析，最大偏位為35mm，偏向邊跨，小于50mm的限值，最終成橋狀態下橋塔偏位為8mm，滿足規范要求。

(3)其他數據分析

通過對邊墩處支座及散索套基座的定點觀測，體系轉換前后主梁縱向向跨中平均移動26.75mm，與監控計算模型基本一致。

成橋狀態下主纜線型(各索夾處參數)南北、上下游均比較對稱，南北最大偏差12mm，上下游最大偏差10mm。

4 結語

由于準備比較充分，并嚴格按照監控指令每組同步分級張拉、觀測，以實測數據指導下組吊索張拉參數，整個過程內力控制、梁體抬升、主纜線型及橋塔偏位等控制指標均滿足規范要求，達到了預期目標，工程體系轉換順利完成。其施工工藝可以為其他同類型橋梁施工提供借鑒。

［1］ 城市橋梁工程施工與質量驗收規范(CJJ2－2008)［S］.中國建筑工業出版社.

［2］ 鋼結構設計規范(GB50017－2003)［S］.中國建筑工業出版社.