平拉索人行橋設計及鋼結構施工技術研究

申鐵軍

(山西路橋建設集團有限公司 太原市 030006)

0 引言

平拉索結構是一種典型柔性結構體系，平拉索橋無需使用重型機械、吊裝設備，采用簡單機械設備可完成橋梁的安裝架設，2021年，山西省晉中市旅游大通道項目開工建設，本工程位于山嶺重丘區，地形起伏較大，開工前施工單位對橋位處的地形進行核實，發現地形圖中的地形與實際地形相差較大，及時通知設計，設計根據現場實際情況將橋梁簡支結構調整為平拉索結構。與常規的橋梁施工方法相比，平拉索結構穩定梁容易操作，就位方便，所有的構件安裝簡便易行，適應性強、安全性好，尤其適合現場施工條件惡劣的情況下使用，所以設計為平拉索人行橋。該橋位于山西省晉中市，目前是山西省首例平拉索人行橋，平拉索橋構件較多且比較復雜，2021年施工前詳細復核各部位的尺寸，主纜、風纜的錨固結構尺寸結合施工單位采購的實際產品，及時將產品參數與設計進行復核。確定無誤后進行施工。同時，為防止錨碇前的土坡滑移，設置護坡。因無準確的橋位處的地表情況，實際施工中如護坡構造需要調整時，及時與設計單位進行了聯系。

1 平拉索橋的結構特點

平拉索索道人行橋是一種懸索結構，屬于柔性橋梁，以主索(纜)為主要受力結構，即利用懸索來跨越溝、壑、江、河的一種供人通行的懸索橋, 與懸索橋相似，但沒有索塔，它的橋面結構不通過吊索與主纜連接，將橋面板直接鋪設在高強鋼絲繩制成的拉索上,這是平拉索橋與懸索橋的最大區別[1]。平拉索結構是典型柔性結構體系,受力特性體現為幾何非線性。在設計階段,設計者不但要計算其在恒、活載、附加荷載作用下的變形和受力,還要進行掛索初態下索鞍的預偏置等特殊計算以及吊索、主纜制作時的無應力索長的計算,在施工階段還要做施工荷載、風載作用下的受力分析[2]。平拉索橋含設在橋的兩側的穩定索,穩定索的兩端和兩岸的錨碇連接,在橋的兩側穩定索間由一組穩定梁連接;穩定梁的上方設有一組和穩定索平行的橋面索，橋面索的兩端與兩岸的錨碇進行連接,橋面索經壓梁和穩定梁固定連接,壓梁上鋪設車行道板，在車行道板兩側設人行道板、安裝椽木、欄桿[3]。

2 結構設計及背景

該平拉索索道人行橋采用柔性索橋結構形式，該橋橋長即凈跨徑(承重索錨點間距)為84m，橋面凈寬2.82m，其矢高為2.52m，矢跨比為1∶30，結構設計基準期為100年，使用年限為100年，設計安全等級為二級，環境類別為一般凍融環境。橋面系采用型鋼骨架加防腐木橋面組成，主纜錨固在橋頭兩側混凝土內，風纜錨固在錨樁上。

2.1 承重索及欄桿索

橋面下共設5根6×55SWS+IWR-60-1670纖維芯鋼絲繩承重索,承重索兩側各設2根6×55SWS+IWR 60-1670纖維芯鋼絲繩，作為穩定索，承重索(穩定索)橫向間距0.50～0.65m。

(1)纜索端部索具采用配套的熱鑄錨。鋼絲繩及其配套索具均為廠家定制生產的配套成品。

(2)結構計算時采用的鋼絲繩彈性模量為1.95×10MPa，鋼絲繩采購完成后應根據廠家提供的實測數據進行修正。主纜兩端需要設置索長調節器，以利于施工時調節長度。

(3)橋面每側欄桿內側設置3根欄桿索，欄桿索均采用6×19S+FC-30-1670纖維芯鋼絲繩。欄桿索通過索夾與欄桿相連。

(4)成品索各連接部分的強度大于鋼絲繩強度(由生產廠家的試驗資料為準)。承重索(穩定索)和欄桿索的技術指標符合《重要用途鋼絲繩》(GB 8918—2006)標準的要求。

2.2 錨錠設計

主橋錨碇采用C40混凝土，平面尺寸為11.5m (長) ×11m (寬)，錨碇厚度為變高5.1～6.5m。穩定索錨于錨錠前端，并設立柱用于欄桿索錨固，立柱間設置步道臺階方便行人上下，并通過蓋板與景觀平臺相接。錨錠內張拉預應力鋼絞線。錨錠處地基承載力大于200 MPa。錨碇立面構造見圖1、錨碇平面構造見圖2。

圖1 錨碇立面構造圖

圖2 錨碇平面構造圖

2.3 風纜設計

(1)風纜采用成品纖維芯鋼絲繩，鋼絲繩的規格為6×19S+FC-30-1670。公稱抗拉標準強度為1670MPa。

(2)風纜的端部索具采用配套的單耳式調節澆鑄索具。鋼絲繩及其配套索具、銷軸均為廠家定制生產的配套成品。

(3)風纜上端由耳板和銷軸錨固在橋面系大橫梁處，下端錨固在風纜基礎上。風纜基礎采用9根直徑為60mm的鋼管樁和承臺組成。

(4)風纜收緊度是防止橋梁擺動和確保穩定的關鍵，故必須全橋對稱進行，反復調整，以橋梁軸線允許偏差作控制標準。

(5)風纜下錨點在施工時根據場地的實際情況進行適當調整。

2.4 橋面系設計

橋面系由大橫梁、小橫梁及橋面防腐木板組成。全橋每6m設置一道大橫梁， 大橫梁采用HW200×200×8×12型鋼,共13道,每1.5m設置一道小橫梁,小橫梁采用HW100×100×6×8型鋼，共40道。小橫梁間縱向設置L50×5和L75×50×5角鋼作為連接，并通過螺栓固定在小橫梁上。大、小橫梁均通過索夾與承重索和穩定索進行連接，大橫梁索夾位置及風纜錨固位置設置隔板加勁。橋面板系鋪設4cm厚防腐木板條，作為人行橋面，木板條通過螺栓與型鋼連接。大、小橫梁位置斷面圖見圖3、圖4。

圖3 大橫梁位置斷面圖(單位：mm)

圖4 小橫梁位置斷面圖(單位：mm)

3 主要施工工序及施工要點

3.1 主要施工工序

(1)平拉索橋基礎開挖，工廠加工制作橋面系構件。

(2)錨碇、橋頭立柱及風纜錨樁施工，錨碇施工時做預應力管道和索管管道預埋定位。

(3)錨碇及橋頭立柱混凝土強度達到設計的100%時，張拉預應力鋼束，并壓漿、封錨。

(4)人行道主索和欄桿索的架設、張拉。

(5)橫梁及橋面系、欄桿安裝。

(6)風纜張拉。

3.2 主要施工要點

(1)平拉索橋構件較多且比較復雜，施工前應詳細復核各部位的尺寸，確定無誤后方能施工。

(2)主纜、風纜的錨固結構尺寸結合施工單位采購的實際產品，及時將產品參數與設計進行復核。

(3)錨碇及錨碇上橋頭立柱施工時，須精準定位、預埋人行主索和欄桿索索管及墊板。

(4)錨碇混凝土澆注時，必須考慮大體積混凝土水化熱影響，采用分層澆注或預埋冷卻管，減少水化熱的影響。

(5)為防止錨碇前的土坡滑移，應設置護坡。因無準確的橋位處的地表情況，實際施工中如護坡構造需要調整時，及時與設計單位聯系。

(6)基坑開挖及回填工程量，護坡工程量以實際發生量為準。

4 平拉索橋鋼結構施工

4.1 防腐施工

4.1.1鋼絲繩的防腐

鋼絲繩在出廠前需要進行涂油防腐處理，在運營使用過程中應定期進行維護，以免銹蝕。

4.1.2其它鋼結構的防腐

(1)鋼結構外表面防腐方案

噴砂除銹至Sa2.5；底涂層為環氧富鋅底漆(1道/80um)，中間涂層為環氧(云鐵)漆(2 道/150um)；面涂層(第一道)為丙烯酸脂肪族聚氨脂面漆(1 道/40um)；面涂層(第二道)為氟碳面漆(1道/30um)；總干膜厚度(涂層)為 300um。

(2)現場焊縫表面

底涂層為環氧富鋅底漆(1 道/80um)；中間涂層為環氧(云鐵)漆(2道/150um)；面涂層(第一道)為丙烯酸脂肪族聚氨脂面漆(1 道/40um)；面涂層(第二道)為氟碳面漆(1 道/30um)；總干膜厚度(涂層)為 300um。

(3)高強螺栓

高強螺栓栓接的桿件和梁端面板(摩擦面)必須進行處理，抗滑移系數(處理后的)應大于0.55，工地支前的復驗值不小于0.45。高強度螺栓接合面的涂裝體系為:噴砂除銹至Sa3.0，無機富鋅防銹防滑漆(1 道/80um)。

4.2 鋼結構制作、焊接、組裝

對鋼梁的制作、加工、焊接、組裝制定工藝文件，作為作業指導書報監理和設計認可。

4.2.1鋼結構制作

鋼板冷矯時緩緩加力，室溫不低于5℃,總變形率不大于2%。時效沖擊值不滿足禁止冷矯;加熱矯正時溫度應控制在600～800℃,低合金結構在加熱矯正之后自然緩慢地冷卻。

4.2.2焊接和焊接檢驗

(1)加工單位對其首次采用的鋼材、焊接接頭的形式、焊接的材料、焊接的方法要進行焊接工藝評定，并報監理工程師認可。

(2)加工單位對焊縫比較集中、剛性較強節點編制焊接程序，將焊接的應力降低至最低限度。

(3)焊條使用前需經350℃左右烘焙2h，焊劑使用前須經250℃左右烘焙2h，然后存放在恒溫箱中，施焊時焊條、焊劑應放在焊條保溫筒中，防止受潮;焊縫同一位置不得出現二次以上返修，超過二次時，按返修工藝進行。

(4)焊縫的檢查

焊縫的質量等級與外形尺寸及缺陷分級符合現行的有關規程、質檢標準的有關規定;射線探傷、焊縫質量按有關國家規范、規程、質檢標準的有關規定執行; II 級焊縫進行磁粉探傷及檢查，凡出現缺陷磁粉跡痕均作返修處理。

4.2.3鋼結構組裝

(1)組裝前，進行零部件檢查，沿焊縫邊緣31～51mm范圍內與連接接觸面的氧化皮、鐵銹、油污水份清除干凈。

(2)定位焊縫長度為50～75mm，焊角尺寸一般不大于設計焊腳一半，并應由有合格上崗證書的焊工進行。

(3)組裝順序根據焊接方法、焊接順序、結構形式確定;構件的隱蔽部位應首先焊接涂裝。

(4)檢查焊縫是否影響安裝，如有沖突應立即進行處理;安裝前應按構件明細核對進場構件，查驗產品合格證及驗收文件，預拼裝過的構件在現場組裝時，根據標注的中心線和控制基準點記錄進行控制。

5 平拉索索道人行橋使用養護具體要求

(1)嚴格按設計荷載要求控制本橋的使用，應有專人負責組織、疏導、監督、管理游人，以保證大橋的順利運營。

(2)橋梁上不得通過任何管線。對橋梁設施進行定期維護或更換，對于鋼構件應定期涂防銹漆。

(3)本橋結構體系受力復雜，跨度較大，所以運營期間應禁止在橋上搖晃、蹦跳，嚴格禁止人群列隊整齊通過，嚴格禁止搖晃、依靠橋面欄桿及欄桿索。

(4)管理人員應定期對大橋的狀態進行檢測，如發現影響安全的問題時，應及時封閉檢修，并定期對大橋各部件進行維護及保養。

(5)當橋位處風力超5級(風力≥10m/s)時，應根據現場實際情況對大橋進行封閉。大橋在夜晚照明不充足的情況下應予以封閉;雨雪天氣應加強管理或進行封閉;堅決不允許小孩獨自上橋必須由家長陪同，穿高跟鞋的游人應謹慎通過，以免鞋跟落入橋面鋪板縫隙之中。

6 結束語

錨碇混凝土澆注時，必須考慮大體積混凝土水化熱的影響，采用分層澆注或預埋冷卻管，減少水化熱的影響。風纜地錨的位置可根據現場的實際情況進行調整，但必須征得設計的同意。