大跨懸索橋主纜型鋼錨固系統安裝的精度控制技術

王康明 王佳宇 張 帆 郝才平 朱志剛

湖北省路橋集團有限公司 湖北 武漢 430056

1 工程概況

白洋長江公路大橋為主跨1 000 m的單跨雙鉸鋼桁梁懸索橋，采用組合梁橋面系，主纜矢跨比1/9，北岸邊纜跨度276 m，南岸邊纜跨度269 m。宜都岸設重力式錨，錨體長62.65 m、寬65.5 m、高37.3 m。主纜索股錨固采用型鋼錨固系統，包括后錨梁和錨桿。后錨梁埋于混凝土內，錨桿下部與后錨梁連接，上端伸出錨體前錨面，與主纜索股相連接。索股拉力通過錨桿傳遞到后錨梁，再通過后錨梁的承壓面傳遞到錨碇混凝土。

主纜型鋼錨固系統（圖1）的后錨梁與下錨桿、下錨桿與上錨桿均利用連接面，通過螺栓連接緊固。錨固系統采用的定型支架為輕型定位支架，由前支架與后支架組成。前支架為梳形支架，每單位梳形支架用于固定單排錨桿。后支架上部設置橫向限位桿群，可對錨桿下部進行支撐及定位，其斜撐桿與后錨梁的空間設計相貼合，呈斜向設置。斜撐桿下部放置于預留坑內，斜撐桿之間的后支架橫梁上設置有調節楔塊，用于后錨梁安裝時的限位及固定。

圖1 主纜型鋼錨固系統

2 工程特點及施工關鍵技術

1）根據錨固系統的設計，對定位支架的結構進行改進優化，在保障支架支撐力的基礎上簡化支架結構。

2）后支架斜撐桿與后錨梁的空間位置相貼合，可定位、固定及支撐后錨梁，斜撐桿上方設置橫向限位桿群，用于對下部錨桿的支撐及定位。

3）利用錨固系統自身的剛度，前支架采用變形極小的寬翼緣型鋼片支撐，前支架設計成梳形，單位梳形支架可用于支撐整排錨桿，可大幅度減少前支架的鋼材用量。

4）錨桿與橫向限位桿群同步安裝，上錨桿連接與前支架安裝同步進行，錨固系統安裝與錨體混凝土施工同步進行。根據錨桿設計位置，按順序逐根精確定位安裝。

5）在安裝錨固系統前，在基礎上設置后錨梁放置坑，用于保障后期后錨梁的穩定性，節約支架材料。

6）錨桿表面設置2層漆外加1層密封膠，使錨桿本體與混凝土完全隔離，防止錨桿與混凝土之間產生黏結，導致錨桿上的受力部分傳遞至混凝土而引起開裂。

3 定位支架

3.1 定位支架結構體系

定位支架由后支架與前支架組成（圖2），主要支撐體系為：后支架上的斜撐桿與支撐牛腿負責后錨梁的定位，后支架上部的橫向定位體系負責錨桿的下部定位，前支架負責錨桿的上部支撐及定位，后錨梁放置坑用于放置后支架底端及后錨梁。

圖2 定位支架示意

其中，后支架底部采用桁片組合斜撐桿的形式作為后錨梁的支撐，桁架片底部設置預埋底座；后支架的下部與上部通過連接桿連接，上部結構為框架結構，在斜向撐桿之間根據計算設置橫向連接桁片，形成橫向限位桿群（圖3），保證錨桿的定位。

上段錨桿由前支架支撐，前支架為型鋼支撐桿，上端設計成梳形，由2片寬翼緣型鋼與若干橫桿組成（圖4）。前支架橫桿用于放置錨桿，每排錨桿只需1個單元前支架支撐，前支架下部設置支撐肋，支撐肋是垂直于地面的型鋼，各桿件之間焊接連接，在利用錨桿自身剛度的同時，通過錨桿與前支架的接觸實現支架的穩定。

圖3 橫向限位桿群

圖4 單元前支架示意

3.2 定位支架計算分析

3.2.1 計算內容

工程中錨固系統的錨梁與錨桿整體較大，空間定位精度把控難度較大，對支架的剛度及穩定性要求也相應較高。因此，先進行以下分析：定位支架組成的安全性及構件的自身剛度，支架的受力變形，支架整體的穩定性。

3.2.2 計算方法

錨固系統是與索股直接相連的結構，索股呈典型空間發散狀，因此錨桿也具有此空間特性，從而要求定位支架需設計成與錨桿的發散狀相對應的空間結構。為準確模擬定位支架的受力特性，采用有限元軟件，以三維梁單元為主要單元，采用專用彈性連接單元模擬后支架與后錨梁間的邊界條件，建立包含錨梁的定位支架結構的分析模型。

3.2.3 荷載分析

1）主纜錨固系統施工時，定位支架所承受的恒荷載主要為支架結構本身自重。

2）將主纜錨固系統作為定位支架所承受的活荷載，即錨梁與拉桿的自重。

3）主纜錨固系統施工時，風荷載是影響定位支架安全性的外界因素之一。在本分析中，主要考慮橫風向對定位支架的作用。

3.2.4 結構計算

根據不同天氣及工況，計算極限狀態下荷載組合時定位支架的承載能力。按基本組合＝1.2×恒荷載+1.2×活荷載+1.0×風荷載，計算得到支架構件的受力情況及組合應力結果，分析其變形情況，并對支架結構變形進行監測。

4 錨固系統精確安裝

4.1 錨固系統特點

安裝錨梁前，在設計后錨梁安裝的位置預留斜撐桿與后錨梁底部的放置坑，可有效穩定后支架與后錨梁，且可節約定位支架的鋼材用量。在后錨梁錨體設置錨桿連接接頭，連接接頭型號與下錨桿截面吻合，均采用H形截面。連接接頭設置于后錨梁的2片“[”形梁之間（圖5），連接接頭的2塊翼板分別與后錨梁2片“[”形梁的腹板焊接，錨桿內力可通過錨桿接頭及焊縫傳遞給后錨梁。

圖5 后錨梁示意

上、下錨桿以及錨桿與后錨梁之間的連接通過連接面完成，連接面上設置有若干螺栓孔。通過高強螺栓將后錨梁錨體與錨桿均錨固在連接面上，實現后錨梁與錨桿的連接，使其成為整體，并形成傾向主纜股索的聚集型空間形態（圖6）。錨桿表面采用環氧富鋅底漆+環氧漆100 μm+超低模量高伸長率聚硫防腐密封膠，通過3層隔離確保錨桿與混凝土之間完全隔離。

4.2 后錨梁支撐定位

根據索股的散發狀空間形態，與之連接的錨桿也呈放射形態，后錨梁具有一定的傾斜角度，從而使定位支架需設計成與錨桿相對應且稍微傾向內側的空間形式。

4.2.1 后支架安裝

后支架為工廠預制，運至現場后再吊裝組合（圖7）。

圖6 錨固系統連接示意

圖7 后支架安裝施工

4.2.2 后錨梁安裝定位

1）采用150 t履帶吊對后錨梁進行吊裝，利用2根長度6 m的20 t鋼絲繩對后錨梁進行捆綁起吊，以加強對后錨梁的保護。在錨梁中上端部2片“[”形梁上分別設置1根20 t鋼絲，錨梁下端吊帶通過10 t手拉葫蘆分別與吊鉤及錨梁加筋板連接，用以后錨梁的姿態調整。利用150 t履帶吊單根水平起吊至安裝位置附近，再調整手拉葫蘆使后錨梁下端口下降形成48.5°，將錨梁下口平穩地放在鞍座的限位槽內，使錨梁錨體放在定位支架的調節楔塊上，后錨梁吊裝時使用纜風繩牽引。

2）在后支架橫桿上放出錨梁底部4個角點的投影位置，在4個角點位置安裝厚2 cm的鋼板作為限位裝置，以保證后錨梁底部能夠精確定位且不產生滑移[1-3]。

3）將軸線投影在后支架橫桿上，根據后錨梁軸線和結構尺寸確定調節楔塊水平位置，調節楔塊下端與支架橫梁連接，上端與后錨梁z軸方向斜面一致。調節楔塊位置分別設置在后支架橫梁上（圖8），單根錨桿每根橫梁設置2個調節楔塊來控制其z軸旋轉角度，錨梁吊裝入位后核查軸線，現場準備1～10 mm不等厚的墊板進行支墊，并且在調節楔塊頂部焊接限位擋塊，用于與后錨梁錨體相扣固定（圖9）。錨梁安裝位置達到規范要求后，再總體對該錨梁進行橫向水平限位。

圖8 調節楔塊示意

4.2.3 錨桿支撐定位

圖9 后錨梁固定示意

錨桿安裝前，利用塔吊將錨桿定位支架橫梁吊至設計位置焊接，再在橫向限位桿群的支架放置處安裝錨桿調節墊塊，調節塊底部與橫梁焊接，頂部切割斜面與錨桿斜面一致，調節塊外側設角鋼限位。為避免錨桿與調節塊摩擦損壞涂裝，在錨桿與調節塊間設置厚2 cm的橡膠墊板。錨桿后端與后錨梁連接頭螺栓連接，但不擰緊，待錨桿前端調至設計位置后再擰緊下端螺栓，完成單根錨桿安裝。

上錨桿與下錨桿連接后，在每縱排上錨桿間設置單元前支架，每根錨桿放置在每個單元前支架的每排橫桿上。

4.2.4 錨桿接頭涂抹隔離層

錨桿安裝完成后，所有的錨桿接頭必須涂裝隔離。涂裝前，螺栓接頭位置在螺栓施擰完畢后用環氧磷酸鋅封孔劑封堵，每道不小于60 μm，再加涂2道環氧漆，共不小于100 μm，然后在螺栓接頭位置統一涂裝厚4 mm的超低模量高伸長率聚硫防腐密封膠，并保證連接螺栓凸起部分和拼接板端部密封膠順錨桿軸線方向的厚度不小于20 mm。

5 結語

1）通過對定位支架、錨固系統的創新，施工方法的改進，簡化了定位支架，尤其是前支架的結構形式。相比常規的定位支架結構，采用梳形支架更為簡單，同時很好地利用了錨桿本身的剛度，使得整個錨固系統的受力更明確、均勻。此外，在安裝后錨梁前預留后錨梁的放置坑，可有效減少鋼材的用量。

2）錨固系統中設置了臨時調整固定系統與框架精確定位安裝系統，保障了后錨梁以及錨桿的安裝精度，有效控制了整個錨固系統的安裝精度。錨固系統安裝與錨體混凝土澆筑同步施工，大大提高了錨固系統的施工速度。

[1] 賈立峰,王子相.分布傳力式主纜錨固系統設計關鍵技術[J].公路, 2018(7):235-238.

[2] 徐洲,王勝利,唐蔚東,等.懸索橋隧道式錨碇型鋼錨固系統施工技術 [J].水運工程,2015(8):154-157.

[3] 肖仕周,王強,祝長春,等.海外大型懸索橋型鋼錨固系統安裝定位技 術[J].公路,2017(11):121-126.