蕰藻浜大橋主纜系統施工方法

王培曉

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092]

0 引 言

隨著我國橋梁技術的發展，在跨江海、山區懸崖山谷等極限困難條件下，突破交通障礙并建立區域交通聯系已經實現。在眾多跨越障礙的橋梁中，自錨式懸索橋因其剛柔并濟的美觀效果、優異的受力特性、成熟的施工工藝等特點，在橋梁建設中越來越受到青睞[1]。自錨式懸索橋不設重力式地錨，主纜錨固于加勁梁梁端，加勁梁傳力于主纜，同時又承受主纜端部的水平與豎向分力，從而形成主梁存在較大的軸向壓力，為自平衡受力體系。與地錨式懸索橋相比可以不受地質條件的影響，由于免去了巨大的錨錠，降低了工程造價[2]。自錨式懸索橋的施工方法與傳統地錨式懸索橋不同，一般采用先梁后纜的施工方法，特殊環境下也可采取技術措施，先纜后梁，然后進行體系轉換，形成自錨體系。纜索系統的施工是自錨式懸索橋施工控制的重要部分，本文以薀藻浜大橋主橋為例，對獨塔空間索面自錨式懸索橋纜索體系施工方法進行論述，為同類工程提供借鑒。

1 工程概況

上海市嘉定區南翔大型居住區澄瀏南路跨蕰藻浜大橋主橋為獨塔空間索面自錨式懸索橋，孔跨布置為155 m+40 m+38.5m（見圖1）。主橋邊跨跨度為78.5 m，設置一個輔助墩，將邊跨跨度劃分為40 m+38.5 m；主跨跨度為155 m，邊跨與主跨跨度比為0.51。主梁分幅設置，通過鋼箱橫梁連接，形成縱橫梁體系。主跨主梁采用鋼箱梁，邊跨及錨跨主梁采用預應力混凝土箱梁，主跨橋塔附近設置鋼- 砼過渡段。主塔位于兩幅主梁的橫橋向中間位置，為獨柱型式。主塔在主梁下方設置一道橫梁，對主梁提供豎向支承。

圖1 薀藻浜大橋效果圖

全橋共設兩根主纜，其結構為預制平行絲股（PWS），每根主纜由37 根127 絲φ5.1 mm 的鍍鋅高強鋼絲組成。每根鋼絲束極限破斷力為4 332.7 kN，主纜抗拉強度標準值為1 670 MPa。主纜施工采用預制平行索股逐根架設的方法（PPWS）。

吊索順橋向間距為10 m，在主跨錨固于鋼箱梁橫橋向兩端，采用單吊索。全橋共有吊索28 根，采用低松弛預應力鍍鋅鋼絲，抗拉強度標準值1 860 MPa。主跨端部1 號吊桿和14 號吊桿采用127-φ7 鍍鋅平行鋼絲束，其余吊索均采用91-φ7 鍍鋅平行鋼絲束。

2 纜索系統施工難點

（1）薀藻浜大橋主橋為獨塔空間索面自錨式懸索橋, 主纜集中錨固于加勁梁兩端橫梁上，懸索受拉，加勁梁受壓，形成內部自身平衡體系，而傳統懸索橋則依靠加勁梁重力傳遞于主纜，使得主纜承受巨大拉力，通過主纜兩端錨固于兩端地錨結構上形成平衡體系，這是兩者結構受力上的根本區別。自錨式懸索橋是自身受力平衡系統,它不能借助外力來平衡自身內部的力，故只有索塔兩側荷載對稱平衡才能保證全橋力的均衡。平衡、對稱原理是自錨式懸索橋設計的基礎，更是施工過程中必須遵循和控制的重點。

（2）薀藻浜大橋纜索系統為空間結構，從空纜到成橋的施工過程中，主纜的空間變形及吊桿轉角比較大，吊桿之間的相互影響使吊桿的張拉調整極其復雜，吊桿的調整施工控制難度大，體系轉換難度大。

（3）對于大跨度自錨式懸索橋而言，要求結構內力和標高的最終狀態符合設計要求，控制主纜索股無應力長度、錨跨索股張力勻值性、對索夾初始安裝位置和主索鞍分階段頂推的控制、以及吊桿加載張拉方案優化難度大。

（4）獨塔空間索面自錨式懸索橋相對于傳統地錨懸索橋的索股更為復雜：首先，空纜時的初始安裝應力及鋼絲彈性伸長值小；其次,索股在水平及豎向兩個方向的彎曲，鋼絲長度在股內不能較好的補嘗，存在長度差。導致空間索面自錨式懸索橋的索股架設中出現鼓絲的現象比地錨懸索橋架設要相對嚴重，架設好這樣的索股難度大。

（5）邊跨兩根主纜平行間距為1 m，而纏絲機寬度為2.4 m 左右，單側至少需要約1.2 m 的間隙，操作空間不足，無法進行纏絲。

3 施工采取措施

（1）為滿足空纜到成橋的施工過程中，主纜的橫橋向位移及吊桿轉角比較大的情況，針對這一難點，優化吊桿結構，在吊桿的下端錨圈下設置推力關節軸承，上端銷軸設置關節軸承，提高吊桿在轉換過程中的調整能力，適應主纜在位移中的產生扭轉，見圖2。

圖2 吊桿上端及下端轉動示意圖

（2）針對主纜線型控制，在架設中控制好基準索股的線型，通過反復觀察和調整達到控制指令及規范對架設的精度要求，在此基礎上進行一般索股的架設。為確保主纜內各鋼絲受力均勻，在主纜架設中，各索股進入鞍座槽路，應處于自由懸掛、若即若離的狀態，量測其中點的矢高，進行調股。索夾的施工放樣在懸索橋施工中是相當重要的一環。索夾的位置準確與否，將關系到結構受力狀況。因此在這一環節，我們主要采取加強測控，反復測量，多種手段相互效核的辦法保證索夾的定位位置準確。

（3）與其他工程不同，索股牽引系統中主纜索股輸送的滾輪全部采用滾動軸承，這極大的減小了索股在牽引過程中的阻力，使索股牽引過程中鋼絲串動減少，保持索股的原態。在索股的關鍵點（轉索鞍起彎點，主索鞍起彎點等），用特殊工裝加強這些點的夾持握裹，使索股鋼絲在這些點位不產生串動，其目的是均勻分配股內不相等的長度差。同樣采用特殊工裝梳理在各起彎點產生的股絲，使其沿全索股均勻分配。

（4）針對邊跨兩根主纜平行間距不足的問題，在邊跨靠近主索鞍和轉索鞍的第一個索夾位置用千斤頂橫向撐開主纜，使主纜橫向間距達2 m 左右（便于纏絲機正常工作）。如此以后，中間的主纜均可采用纏絲機進行纏絲，靠兩端的索夾段內主纜采用人工纏絲的方式進行纏絲，見圖3。

圖3 原主纜間距及主纜撐開后示意圖

4 纜索系統施工方法介紹

4.1 牽引系統施工

牽引系統是主纜索股架設的必備設備，它的優劣直接影響到主纜架設的成敗和質量,主纜拽拉牽引系統采用單線往復式牽引系統，牽引系統的牽引索兩端分別卷入主、副卷揚機，一端用于卷繩進行牽引，另一端用于放繩，兩臺驅動裝置聯動，使牽引索作往復運動。采用單線往復式牽引系統具有結構簡單，操作方便；且容易實現較大的牽引力，牽引作業時能控制速度等特點。

（1）在牽引系統方案確定后結合施工現場場地、索盤運輸道路狀況等實際因素，5 t 主牽引卷揚機布置在錨固端橫梁面上，放索區布置在一側，對應的3 t 副卷揚機放置在另一側岸，牽引過程采用人工打梢收放牽引繩，形成一套單線往復式牽引系統。牽引系統分別由主、副卷揚機、牽引滑道、轉向滑輪組、錨梁和塔頂門架、φ26 承重索、φ16 牽引索等組成，總體布置見圖4。

圖4 纜索牽引系統示意圖

（2）主纜拽拉牽引系統采用單線往復式牽引系統，相對設置承重索，以用于主纜索股架設支承索股錨頭及其它的吊運。承重索采用φ26 mm 鋼絲繩,分別錨固于塔頂門架及主梁預埋位置，其矢跨比選擇略小于主纜線形。承重索上安裝3 t開口滑車作跑馬滑車，滑車下懸掛2 t手拉葫蘆用于調整主纜索股的錨頭與滑道的間距，讓錨頭始終高于滾輪支架20～30 cm，布置見圖5。承重索在塔端錨固采用鋼絲繩夾直接與塔頂吊裝鋼架連接，梁端錨固采用同貓道承重索一致的錨固方式。

圖5 主纜牽引示意圖

4.2 主纜索股架設施工

4.2.1 索股的牽引

（1）通過牽引索攜持主纜索股，從放束場出發向另一側行進,牽引速度以15 m/min 左右為宜,牽引最初幾根索時，要降低牽引速度。在牽引過程中設專人隨索股錨頭前進，全程跟蹤，隨時用承重索上的手拉葫蘆調整錨頭的高度，防止錨頭與貓道碰，注意臨時承重繩在受力后出現下撓,以及扭轉、磨損及鋼絲鼓絲等現象出現。

（2）每個塔頂設專人負責錨頭的交替轉換，在這里輔以2 t 手拉葫蘆協助攜持裝置及錨頭翻過塔頂。

（3）前錨頭牽引到達前端橫梁錨管口，解除錨頭與承重索上的手拉葫蘆的連接。檢查整根索股的扭轉情況，從前端錨頭開始往后端錨頭方向用人工將索股扭正，保證有紅色絲的平面平行朝上，且紅色絲位于六邊形的右上角。

4.2.2 索股橫移整形入鞍

（1）當索股牽拉到位后，在每個塔頂距索鞍兩側約5 m 位置分別將握索器安裝在索股上，并將它與掛在門架上的手拉葫蘆相連，通過收緊手拉葫蘆把索股從貓道滑輪上提起，當平穩、緩緩地把索股主索鞍部分同步提升到索塔頂主索鞍上方約30 cm 后，停穩，檢查并確認全跨徑索股已完全離開滑輪，用手拉葫蘆將索股橫向移到索鞍承纜槽正上方，等待整形（見圖6）。

圖6 索股提升及橫移就位

（2）預制索股為六邊形，在索股入鞍前需將索股整形成矩形斷面。在距索鞍兩側約0.8 m 處的索股上安裝六邊形夾具，拆除兩個六邊形夾具之間索股的綁扎帶，在距索鞍約0.5 m 處開始用四邊形整形器將索鞍部分索股整形成矩形，整形時用短鋼片分層整理，以保證整形效果。整形時將四邊形整形器從邊跨往中跨方向梳理前移，并用木錘或橡皮錘敲打索股表面，使索股在索鞍段全部整成設計形狀的矩形，用四邊形定形夾具和不干膠布每隔2 m 進行固定。

（3）整形完成后，兩吊鉤同時平緩下降，將整形后的索股放入索鞍承纜槽內規定的位置。入鞍方向：塔頂鞍座部位是從邊跨側向中跨側進行，入鞍時嚴格控制索股紅色絲在索鞍的位置，以防索股的扭轉。入鞍時將索股在索鞍的標記對準，并用木楔楔緊。

4.2.3 主纜線形調整

（1）基準索股主跨與邊跨跨中垂度調整方法是采用三角高程法測量，利用在跨中設置棱鏡測出基準索股跨中點高程，計算出索股跨中點垂度，與設計垂度比較，依據垂度調整表，計算出索股需移動調整長度，同時進行溫度修正，來進行垂度調整。在單根基準索股的絕對垂度滿足要求的同時，要調整兩根索股的相對垂度。

（2）主跨垂度調整完以后，開始調整邊跨垂度。邊跨調整方法采用在端橫梁后端的主纜錨墊板上安裝千斤頂張拉索股，通過調整螺母在錨具上的位置來調整邊跨主纜索股的長度，即調整索股邊跨的垂度，直至邊跨線形符合設計要求。

（3）在穩定的溫度時間內，多次觀察索股垂度，并連續觀察三個夜晚以上，確認基準索股垂度穩定度達到要求。如觀察中，因天氣或其它原因引起變化，需重新調整直至達到設計要求。

4.2.4 主纜緊纜

構成主纜的全部索股的垂度調整結束后，各索股之間，索股內部都存在空隙，其表觀直徑比所要求的直徑大的多。為了能夠順利地進行索夾安裝及纏絲作業，需要把主纜截面緊固為圓形，盡可能縮小內部空隙，緊纜施工分為預緊纜和正式緊纜。

（1）首先要進行預緊纜，主纜架設完了后即使垂度調整好了的索股群，如果索股之間產生溫度差，索股的排列就會產生微妙的變化，因此夜間溫度均勻，排列整齊的索股，到了白天，受日照的影響也會產生起伏、扭曲等紊亂現象。在夜間溫度條件好的情況下，主纜表面溫度趨于一致時，拆除掉主纜形狀保持器后馬上進行預緊纜作業。緊纜順序采用跳躍方式，均由邊跨、中跨自跨中、四分點、八分點位置向兩邊緊纜。 首先將預緊點附近6～7 m 范圍的外層綁扎帶解掉，索股的綁扎帶采取邊預緊邊拆除的辦法，不要一次全部拆光，在主纜外層包上一層起保護作用的麻布袋或塑料布條。用φ10 mm 鍍鋅鋼絲繩千斤頭配合手拉葫蘆捆扎主纜，人工收緊主纜，用大木錘沿主纜周圍敲打、振動，初整圓后用鋼帶打包機在主纜上每隔3～5 m 打上一道鋼帶，帶扣放在索股群的側下方。按上述順序先疏后密的進行，直至把索股群大致整成圓形為止，且預緊纜的目標空隙率在24%～28%之間。

（2）預緊纜作業完成后，進行正式緊纜，使用主纜緊纜機將主纜截面緊固為圓形，并達到設定的空隙率（一般目標空隙率設定為20%±l‰左右）。每隔l m 左右緊固一次。當緊纜機緊固到預緊纜時所捆扎的軟鋼帶的位置時，要將其拆除掉，以免影響緊固效果。

5 結 語

（1）空間索面自錨式懸索橋纜索系統，從空纜到成橋過程中，空間變形大，受力復雜，應從吊桿的張拉程序上進行優化，使每根吊索張拉前其轉角及位移能進入其可調整的范圍。

（2）預緊纜過程中，應理順外層索股鋼絲，不得出現交叉及竄絲現象，緊纜過程中，纜索吊吊掛緊纜機，處于受力狀況，防止緊纜機失穩側翻，緊纜機行走要勻速、平穩，防止側翻失穩。