武漢西四環漢江特大橋斜拉索施工技術

丁辰 嚴杰

摘 要：武漢西四環漢江特大橋主梁采用前支點牽索掛籃施工，斜拉索采用鍍鋅鋼絞線，其施工工序非常復雜。在斜拉索施工前，通過對斜拉索掛設，多次張拉及體系轉換等方面的技術進行了深入的研究，在施工過程中得到成功經驗，確保了斜拉索施工質量，取得了較好的施工工效，為今后同類型橋梁斜拉索施工提供借鑒意義[1]。

關鍵詞：斜拉索施工；牽引；張拉；體系轉換

1 工程概況

武漢西四環漢江特大橋為雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋[2]，主橋跨徑為（77+100+360+100+77）m。橋面寬43.6m，具體布置為1.55（斜拉索錨固區）+0.5m（防撞護欄）+19.0m（機動車道）+1.5m（中央分隔帶）+19.0m（機動車道）+0.5m（防撞護欄）+1.55（斜拉索錨固區）。。3#、4#墩為主塔墩。每個塔柱布有28對索，全橋共224根。單根索長從55m到208m，單根索重從3.5t到20.5t。斜拉索梁端索距除邊跨現澆段部分斜拉索間距為4.0m外，其余斜拉索間距與橫梁間距對應，均為6m。斜拉索采用7絲φs15.2熱鍍鋅鋼絞線，其彈性模量為Ep=1.95×105 Mpa，標準抗拉強度fpk=1860Mpa，拉索鋼絞線的容許應力幅值250Mpa，根據索力不同分別采用43、55、61、73根這四種規格。索體有四層防腐保護，外套管采用扛風雨激振功能的雙螺旋線HDPE管。每一根斜拉索塔端錨具內安裝3個CCT18型磁通量傳感器，用于斜拉索索力的長效監測，全橋共672個，配套2臺磁彈儀進行數據測量。全橋主梁超寬、超重，主梁懸臂施工時的線形控制難，因此斜拉索施工技術是全橋施工的關鍵控制點。主橋立面布置圖見“圖1”。

圖1 漢江特大橋主橋立面布置圖

2 掛索準備[3]

2.1 材料設備

掛索前按設計要求組織斜拉索安裝所需的材料、設備生產和進場，并按照相應標準規范要求驗收。

2.2 起重設備安裝

選擇起重設備時，需考慮單根斜拉索張拉力和循環掛索時鋼絞線重量。起重設備安裝時，卷揚機、吊點、導向點布設合理，既要考慮施工操作的方便性，又要確保起吊的安全可靠性，盡量減少設備移動。

2.3 循環牽引動力系統安裝

在上、下預埋管口臨時焊接導向，將牽引鋼絲繩依次穿過上端導向、HDPE外套管、下端導向、卷揚機，形成循環牽引動力系統。詳見“圖2”

2.4 張拉端錨具安裝

張拉端錨固點設在主塔內腔的每根斜拉索錨墊板頂面，錨具安裝前先在錨墊板上焊三個對中墊塊（單根張拉后敲掉），然后利用塔吊配合卷揚機將錨具組裝件吊至相應錨固點處安裝，并用導鏈調整到位。安裝時需注意灌漿孔必須位于低點，防止支承筒螺牙碰傷。

2.5 固定端錨具安裝

主梁的前支點掛籃前移到位后，即開始在掛籃上安裝固定端錨具及下端預埋管；考慮到梁端預埋管長達5m，而掛籃上轉換裝置處又無位置穿牽引索，因此需在安裝預埋管時將管抬高放置，固定端錨具直接吊裝至設定位置，用支架托住；預埋管下端錨墊板高過錨具80cm，以利于穿索。預埋管也用托架支承穩固。

2.6 張拉支座安裝

為了單根張拉需要，掛索張拉前，先安裝張拉頂壓支座，該支座底環有內螺牙與錨板聯接，調整張拉支座頂板孔位與錨孔對應后，用螺栓將頂板與支座連接穩固。

圖2掛索的循環牽引動力系統

2.7 斜拉索轉換裝置安裝

當前支點牽索掛籃移動到設計位置后即可安裝轉換裝置及錨具組件，索力轉換架見“圖3”。

圖3 索力轉換架

①將拉索錨具組裝好后按照設計要求安裝，保證錨具對中。

②利用鋼底模和掛籃固定梁下錨具，再將張拉架底板和可換連接套安裝到拉索錨具的錨板上。

③根據設計的角度及已安裝好的錨具對中軸線，安裝圓弧形墊板；安裝張拉桿，通過用圓弧形墊板下底面的鎖緊螺母及上頂面的扁螺母將張拉桿臨時固定。

④千斤頂反力架與滑槽板固定，在反力架上安裝550T千斤頂，通過螺栓與反力架連接成一體。

⑤在穿過千斤頂的張拉桿前端連接張拉架的另一塊底板，并安裝張拉架的四根連接桿使張拉架前后底板以及連接桿形成一個整體。

⑥利用導鏈等工具將錨具、張拉桿、張拉架等吊掛固定。轉換架與錨具間連接見“圖4”。

圖4 轉換架與錨具間連接示意圖

⑦調整拉索錨具的緊固螺母與錨墊板的距離，旋緊鎖緊螺母，詳見“圖5”。

在安裝過程中，關鍵點是控制整個轉換裝置上、下端的對中以及整體傾斜角度符合設計要求，確保轉換裝置傳力的安全可靠性。

2.8 HDPE外套管安裝

①在橋面上按設計要求的長度將HDPE外套管熱熔焊接好，見“圖6”。起吊端頭運輸至塔下附近，以備起吊。擺放時用支架或枕木將HDPE外套管架立，防止損傷。

圖5 轉換架錨固于掛籃

圖6 HDPE外套管焊接

②在HDPE外套管內穿入一根已計算好長度的鋼絞線，同時在HDPE外套管兩端安裝抱箍。

③利用塔吊、卷揚機等起吊設備將鋼絞線（鋼絞線吊點前預留一定長度，用以穿入塔上錨具）和HDPE外套管一起吊起，見“圖7”。到達預定高度后將鋼絞線穿入塔上錨具端臨時固定，利用卷揚機和導鏈將HDPE外套管上端吊掛在塔外索導管管口相應位置，見“圖8”。

圖7 HDPE外套管吊裝

圖8 HDPE外套管上端吊裝至塔外索導管管口

④將HDPE外套管下端牽引至梁端索導管管口，先將鋼絞線穿入梁端錨具并固定。

⑤通過張拉鋼絞線使HDPE外套管拉直，以方便下一步掛索工作的進行。

3斜拉索掛設

鋼絞線運輸到施工現場后，將索盤吊裝于放線架上，考慮到掛索是從HDPE外套管下端向上牽引，因此將放線方向朝向梁端索導管處，放線架與預埋管之間應設鋪墊及導向，以防鋼絞線PE護套損傷[4]。

將鋼絞線放盤打開，與循環鋼絲繩上的專用牽引裝置連接，見“圖9”。啟動循環動力系統將鋼絞線順著HDPE外套管牽引至塔端索導管口，然后將鋼絞線和從塔端錨具孔穿過的牽引索連接，解除循環動力系統上的牽引裝置，通過塔柱內的導鏈等工具將鋼絞線拉出錨板孔，塔內利用25T千斤頂單根張拉直到滿足所需的工作長度要求，安裝一副臨時夾片，拆除穿束器，準備牽引下一根鋼絞線。如此循環牽引鋼絞線，直至全部鋼絞線穿完，見“圖10”。

將已牽引出的鋼絞線根據下料長度進行下料墩頭，再與穿過梁端錨具的牽引索連接，人工穿過錨孔，安裝夾片，打緊并頂壓。

單根掛索時，注意PE護套的保護、避免打絞、旋轉，扭曲等現象發生。利用循環牽引鋼絲繩可同步一次牽引一至兩根鋼絞線。

圖9鋼絞線與牽引連接器連接

圖10鋼絞線在HDPE外套管內牽引

4 斜拉索張拉

4.1 第一次張拉

第一次張拉采取塔端張拉，掛籃立模完成后立即施工，張拉時施工荷載同步對稱加載，張拉力實際值需根據監控指令來確定，此次張拉除控制索力外，還需要控制梁端錨具在張拉完成之后的定位。可以根據下料長度和拉索參數以及拉索空間位置來初步確定，最后在第一次張拉完成后用吊鏈微調索導管口，確保兩端軸心一致。最優方法是在掛籃結構強度允許的前提下，長斜拉索盡量提高第一次張拉索力。

4.2 第二次張拉

根據設計要求，第二次張拉應在主梁節段混凝土同步對稱澆筑至一半時進行，同樣采取塔端800T千斤頂整體張拉。張拉力按照監控指令執行，關鍵控制同步對稱張拉。

4.3 第三次張拉（索力轉換）

新澆筑主梁節段混凝土滿足設計要求后，主梁體內預應力張拉完成后，即可進行體系轉換（第三次張拉），將施加在前支點掛籃上的索力轉換至混凝土主梁上。第三次張拉在塔端、梁端進行，按照監控指令要求整體張拉。張拉過程如下：

①首先確定工作錨板與錨墊板之間的間隙量。

②啟動油泵使千斤頂活塞打出一定長度，旋緊張拉螺母，繼續啟動油泵，使活塞伸出，以達到能旋松鎖緊螺母的目的。

③梁端千斤頂分級卸壓回程，錨具工作錨板支撐到錨墊板上，同時塔端同步整體張拉，保證斜拉索受力均勻同步，拆除索力轉換架，使錨固于掛籃的斜拉索索力轉換至錨固于主梁上，但斜拉索索力大小基本不發生變化，即索力轉換完成，也是第三次張拉完成。

4.4 第四次張拉

在梁段施工過程中或合龍后，如需調整橋面標高，則需進行整體調索，稱為第四次張拉。調索工況、次數、順序、控制索力以及調索部位，均由監控單位通知而定。調索工藝與整體張拉工藝一致。

5 減振及防腐措施

在所有斜拉索安裝完成且全橋調索結束后，安裝梁端的體外減振器（阻尼器）、塔端的橡膠減振膠圈和防護罩來減振。同時，斜拉索錨具內灌注油性蠟對剝除PE的鋼絞線進行防護，錨具外露錨頭及鋼絞線加蓋保護罩并灌注防腐油脂。以上措施均要符合相關設計規范要求。至此，全橋的斜拉索安裝全部完成。

6 結語

武漢西四環漢江特大橋針對斜拉索施工中掛索，張拉，體系轉換等難點，采用循環牽引，分級張拉，塔梁同步張拉等技術，有效的加快了進度，節約了成本，并確保了工程質量安全，為我國斜拉橋建設積累了寶貴的經驗，并對其他同類型橋梁，具有良好的推廣效益。

參考文獻

[1] 陳明憲.斜拉橋建造技術[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2] 王伯惠.斜拉橋結構發展和中國經驗[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3] 王乃雙.斜拉橋斜拉索安裝施工技術[J].成都：技術與市場，2011.

[4] 左宏獻，張召.武漢天興洲公鐵兩用長江大橋斜拉索安裝技術[J].武漢：橋梁建設，2009.

作者簡介

丁辰（1988-），男，助理工程師，大學本科，工學、管理學雙學士，2010年畢業于河北科技大學。

嚴杰（1987-），男，助理工程師，大學本科，工學學士，2010年畢業于南京理工大學土木工程系。