杭瑞洞庭湖大橋主纜型鋼錨固系統安裝技術研究

胡超

(1.湖南湘江新區發展集團有限公司， 湖南 長沙 410205；2.中交路橋建設有限公司， 北京 100027)

懸索橋主纜錨固系統的作用在于連接主纜和錨碇，是懸索橋連接系統中較關鍵的受力結構。由于主纜型鋼錨固系統具有可靠性高和耐久性好等優點，在大跨度懸索橋中得到廣泛應用。杭瑞(杭州—瑞麗)高速公路洞庭湖大橋的主纜錨固系統也采用型鋼錨固方式。

1 工程概況

杭瑞洞庭湖大橋主橋為1 480 m+453.6 m雙塔雙跨鋼桁梁懸索橋，雙向六車道，設計速度為100 km/h。主橋兩側錨碇均為重力式結構，由葫蘆形錨碇基礎和錨體兩部分組成。主纜錨固采用型鋼錨固系統，由澆筑于錨體內的后錨梁和錨桿組成(見圖1)。單根后錨梁重約26.5 t，單根錨桿長約25.8 m、重約12.1 t。錨桿分2段制造，采用焊接而成的H形截面，上端伸出前錨面與主纜索股錨頭連接，錨桿與后錨梁之間采用接頭連接，接頭也為H形截面，依據主纜散索角度及錨固位置確定錨桿的具體安裝位置。

圖1 杭瑞洞庭湖大橋主纜錨固系統

2 主纜錨固系統安裝方法

主纜錨固系統是大跨度懸索橋主纜與錨碇之間非常重要的連接構件。眾所周知，主纜索股的線形在空載與承載時是不一樣的，為確保承載時主纜索股線形的穩定，需加大主纜錨固系統的剛度。由于型鋼錨固系統具有剛度大、耐久性好等特點，越來越多的大跨度懸索橋采用型鋼錨固方式連接主纜和錨碇。但主纜型鋼錨固系統對施工安裝精度的要求非常高，若安裝偏差過大，會導致索股線形變化，并產生較大偏載，從而在索股錨頭處產生較大附加應力。目前多通過架設定位支架控制錨固系統的安裝精度。洞庭湖大橋主纜型鋼錨固系統的安裝方法：

(1) 定位支架設計。利用MIDAS有限元軟件建立定位支架和錨固系統結構模型，并賦予定位支架和錨固系統的材料參數，計算獲得定位支架在各工況下的撓曲變形。

(2) 定位支架制作與定位。定位支架在工廠加工制作，刷底漆防銹，砼澆筑前再對支架整體除漆、除銹。在現場進行測設放樣，給定位架定位，并標示出定位支架的監測點。根據錨固型鋼件理論安裝位置，換算出各監測點的控制坐標。

(3) 定位支架安裝。根據定位支架的前后位置，將其分為前支架、中支架和后支架(支撐)。當型鋼錨塊砼澆筑到相應分層位置時，開始安裝定位支架，先安裝后支架及后錨梁，再安裝中支架，最后安裝前支架。

(4) 型鋼錨固系統安裝。型鋼錨固系統安裝包括后錨梁安裝、后錨梁定位和錨桿安裝等。安裝時，型鋼錨固件空間坐標偏位控制在3 mm以內。

3 定位支架安裝

型鋼錨固系統定位支架的桿件主要采用鋼管、普通工字鋼和槽鋼等型鋼，各型鋼桿件之間通過焊接連接。主要受力桿件或控制變形的構件采用剛度較大的型鋼，其中后支撐采用桁架結構，前、中支架采用人字形骨架+型鋼分配梁結構(見圖2)。

圖2 定位支架立面圖(單位：標高為m，其他為cm)

如圖2所示，定位支架由大剛度人字形骨架支撐于各層錨體砼頂面，錨桿支承定位于型鋼分配梁上，通過高強螺栓與后錨梁連接。根據空間相互支撐有利于結構受力穩定的原則，將定位支架與錨桿、后錨梁相互支撐起來，以利于錨固系統的安全穩定。為節約材料用量和工期，采取整體起吊的方式吊裝單束錨桿。

3.1 定位支架變形計算

為確保錨固系統的空間定位精度滿足設計要求，對定位支架的強度和穩定性進行計算，確保后錨梁和錨桿在安裝中的剛度滿足要求。利用有限元軟件MIDAS/Civil建立型鋼錨固系統和定位支架三維計算模型(見圖3)，計算定位支架在型鋼錨固系統安裝中的受力與變形。

圖3 型鋼錨固系統和定位支架整體模型

計算模型中，以梁單元模擬支架桿件和錨固系統的構件，模型邊界條件采用彈性連接。計算時，考慮自重、風荷載、溫度等荷載，并對正常使用極限狀態下的荷載效應進行組合。通過計算，得到定位支架及型鋼錨固系統構件的變形(見圖4和表1)。

圖4 錨桿鈍化后的定位支架變形

表1 定位支架及型鋼錨固系統構件變形計算結果

根據計算結果，在型鋼錨固系統施工到第二階段，即安裝第9層錨桿時，中支架中的豎向撐桿變形量達到2.53 mm，對應的支架平聯桿件變形為2.53 mm。這是因為施工過程中，中支架主斜桿在第二階段的懸臂長度最大，導致施工安裝到第9層錨桿后桿件位移達到最大。該計算結果與理論分析結果吻合較好。

3.2 定位支架安裝

定位支架在工廠車間刷底漆作防銹處理，在砼澆筑前再進行除漆、除銹處理。待錨塊砼澆筑到相應分層位置時，開始安裝定位支架。先安裝后支撐架及后錨梁，再安裝中支架，最后安裝前支架，其中中、前支架采用分片、分節安裝。準確測量定位后，先通過點焊固定預埋件，再將加勁板與預埋件焊牢。后錨梁的安裝順序為先安裝中間錨梁，再對稱安裝左右相鄰錨梁。在每根主纜對應的錨體一端布置109根錨桿，吊裝時采用汽車吊和塔吊整體起吊安裝。后錨梁采用履帶吊配合手拉葫蘆起吊安裝。

3.2.1 錨固系統預埋件安裝

在上下錨塊施工的同時，進行定位支架及后錨梁預埋件安裝。在預埋件上布置支架系統，并確保預埋件上有足夠的焊接面積，可提供設計所需拉拔力。預埋件施工前，仔細復核其空間位置，包括預埋件頂面高程、平面位置及表面水平度。錨固系統預埋件布置見圖5、圖6。

圖6 錨固系統預埋件平面布置(單位：cm)

圖5 錨固系統預埋件立面布置(單位：標高為m，其他為cm)

3.2.2 定位支架桿件安裝

為確保定位支架安裝時的平整度和定位精度，在工廠車間制作定位支架時，將前支架和中支架進行橫向分片、豎向分節加工，將后支撐架進行分片加工。這樣有利于控制定位支架的加工精度，減小支架安裝調整難度及粗調工作量。定位支架的安裝順序為先安裝后支撐架及后錨梁，再安裝中支架，最后安裝前支架。中支架和前支架分片、分節安裝，先測量定位，再均勻點焊，測量復核后，將加勁板與預埋件焊牢。后支撐架采用汽車吊吊裝。

對于單片支架，先將每節構件安裝好，再向鋼管內澆筑與錨碇同標號的砼(先澆筑撐桿，再澆筑主斜桿)。在主斜桿砼澆筑中，當澆筑面高出撐桿50 cm時，立即安裝錨桿，以利于構件的變形控制和受力。第一節主斜桿、相應撐桿及后支撐架安裝好后，焊接前、中支架的最下一道型鋼分配梁，然后灌注鋼管內砼。砼強度達到80%后，進行錨桿安裝。

定位支架的安裝步驟(見圖7)：1) 安裝后支撐架；2) 安裝后錨梁；3) 安裝第一節中支架，焊接主斜桿最下端分配梁，澆筑鋼管砼；4) 安裝第一節前支架，焊接前支架主斜桿最下端分配梁，澆筑鋼管砼；5) 安裝第二節中支架和前支架，澆筑鋼管砼；6) 安裝第三節中支架和前支架，澆筑鋼管砼。

圖7 定位支架的安裝步驟

4 型鋼錨固系統安裝

洞庭湖大橋型鋼錨固系統的安裝主要包括后錨梁定位、后錨梁安裝和錨桿安裝3個工序。

4.1 后錨梁定位

現有工程經驗表明，錨固型鋼系統的安裝精度由后錨梁的精度決定，后錨梁的定位至關重要。為確保后錨梁的安裝精度滿足設計要求，將后錨梁安裝定位分成粗定位和精調整2個環節。

(1) 粗定位。先在預埋件上焊接限位塊，保證限位塊與后錨梁接觸面的角度一致。再利用履帶吊起安裝后錨梁。安放時，先將后錨梁最下端放置在預埋件定位卡板上，再慢慢往后支撐架上靠放。后錨梁安放到位后，測量各監測點的坐標，用于指導精調整。

(2) 精調整。采用千斤頂和手拉葫蘆進行后錨梁精度調整。精調整通常安排在夜間氣溫較穩定時進行，以消除溫度對測量精度的影響。因后錨梁為空間狀態布置，調整過程中需多次改變支撐點的位置，慢慢頂升并配合拉升旋轉后錨梁角度，直至與理論軸線方向一致。后錨梁調整到位后，再進行各向限位固定，以防錨桿安裝對后錨梁的擾動而改變后錨梁的安裝位置。

4.2 后錨梁安裝

洞庭湖大橋型鋼錨固系統的后錨梁與錨桿采用高強螺栓連接，后錨梁的安裝精度決定錨桿的空間位置，從而控制索股錨頭處的附加應力大小。

后錨梁安裝采用支撐后支架和定位底座的方式進行定位支撐，通過測量放樣將后錨梁調整至理論位置。施工時，為精確控制每個后錨梁的底部標高和空間角度，在下層砼澆筑時設置后錨梁定位卡板，根據后錨梁的理論位置確定定位卡板的坡度和角度。為控制后錨梁的安裝精度，在后支撐架安裝時，先安裝后支撐架A部分，通過底部定位卡板與A部分支撐型鋼進行定位，再將A部分支撐型鋼頂部與后錨面底面平行接觸的三角勁板焊接。

按照2條直線確定一個平面的原則確定與后錨梁底部平行的接觸面。通過在定位板2塊勁板上以52°角度斜向拉通長鐵絲，確定支撐型鋼A頂部處三角勁板的標高和里程，從而按尺寸精確加工焊接三角勁板。在底部卡板、支撐型鋼A三角勁板和支撐型鋼A頂部托板安裝過程中，反復測量、調整、校核各構件的安裝位置，然后對后錨梁進行粗定位安裝。后錨梁的安裝采用鋼絲繩配吊帶兩點起吊的方法，鋼絲繩與吊帶間采用卸扣連接。先在后錨梁的下端設一根鋼絲繩，通過10 t手拉葫蘆調整后錨梁的安裝角度，并控制后錨梁的安裝線形。后錨梁定位安裝見圖8)。

圖8 后錨梁定位安裝示意圖

4.3 錨桿安裝

前、中支架第一節及后錨梁安裝完畢且施工精度滿足要求時，開始錨桿安裝。型鋼錨固系統的錨桿在工廠車間進行預拼裝。錨桿運輸到施工現場后，通過70 t汽車吊和塔吊配合同時起吊，將錨桿安裝到型鋼分配梁上。根據各工況下定位支架計算結果，型鋼分配梁安裝時需設置預抬。考慮到錨桿的長度較大，采用四點法吊裝(見圖9)。

圖9 四點法吊裝錨桿

錨桿的安裝通過分層對稱從下往上進行，并采用馬鞍式限位裝置，安裝一根即限位一根。安裝步驟(見圖10)：1) 安裝前、中支架主斜桿最下端分配梁及第1層錨桿；2) 安裝主斜桿上剩余分配梁及第2～5層錨桿；3) 安裝第二節中支架和前支架下平聯，澆筑鋼管砼；4) 安裝第二節主斜桿上分配梁及第6～10層錨桿；5) 安裝第三節中支架和前支架上平聯，澆筑鋼管砼；6) 安裝第三節主斜桿上分配梁及剩余錨桿。

圖10 錨桿的安裝步驟

洞庭湖大橋型鋼錨固系統的錨桿與后錨梁之間采用高強螺栓連接。安裝時，先將錨桿下端頭與后錨梁對位，再插入定位銷，然后精確定位錨桿的上端，并限位固定，最后施擰螺栓。定位支架及錨固系統的制作安裝要求見表2。

表2 定位支架及錨固系統的制作安裝要求

5 結論

杭瑞洞庭湖大橋主纜型鋼錨固系統的安裝中優化了定位支架結構形式、創新了施工工藝。通過對常規整體框架式定位支架結構的優化，使結構更簡單、受力更均勻，減少了常規整體式框架結構定位支架的鋼材用量。施工工藝創新，既保證了主纜型鋼錨固系統的安裝精度，又大幅降低了安裝難度。同時，由于錨體砼與錨固系統同步施工，可有效壓縮關鍵工序的施工時間，節省工期近40 d。目前，杭瑞洞庭湖大橋已建成通車，橋梁運行良好。該橋主纜型鋼錨固系統的安裝精度高、施工難度小、適用性強且經濟可靠，可為同類工程施工提供參考。