斜拉橋工程中的斜拉索施工技術研究

晏澍瑞、江建龍

（江西省交通投資集團有限責任公司九江管理中心，江西九江 332000）

0 引言

斜拉索施工技術在橋梁工程施工中有重要意義，主要內容包含斜拉索運輸、備料、掛索、張拉、調索、防護，及施工的質量、進度、安全、環保等各方面。所以，相關人員應當深入分析其特點，結合實際情況，應用合理的方式優化斜拉索施工技術，保障橋梁工程順利實施。

1 斜拉橋工程中的斜拉索施工技術分析

1.1 施工方案

斜拉索安裝施工主要包括運輸裝卸、橋面展索、塔端安裝并臨時錨固、梁端預埋件及轉換裝置安裝、梁端斜拉索與前支點掛籃牽引錨固、梁端預緊、梁端一張、梁端二張、梁端轉換裝置拆除、塔端三張、塔端索力調整及附屬設施安裝等工序。根據索重和梁端牽引索力，斜拉索在橋面的搬運、起吊等由塔吊與汽車吊進行；塔內的牽引錨固由5t 卷揚機配合塔吊進行；橋面牽引由10t 卷揚機進行；當牽引力大的時候，采用千斤頂進行。

1.2 斜拉索安裝

斜拉索盤擺放在橋面合適的位置；在塔頂，5t 卷揚機鋼絲繩通過對應索號的索導管落到橋面，并與斜拉索索錨頭連接；塔吊吊鉤鉤住安裝在索體合適位置的索夾上；在塔吊起鉤過程中，卷揚機隨機收緊鋼絲繩。在塔吊將斜拉索起吊過程中，通過吊鉤自旋轉釋放索盤內力，達到展索的目的，同時卷揚機持續收緊鋼絲繩，將斜拉索上端緩慢拉入導管，其間調整塔吊吊鉤上下，控制拉索順利入洞。卷揚機將斜拉索牽引入洞進塔，直到錨頭露出塔端錨墊板，此時旋緊螺母臨時錨固。使用塔外吊籃將工作人員送到塔外，拆除塔吊吊鉤以及索夾。塔端錨固完成后，拆除卷揚機牽引系統，橋面將預埋導管、墊板、螺旋筋擺放就位。將斜拉索、體系轉換剛性拉桿連接，并穿過預埋導管。當剛性拉桿穿過張拉錨梁后，安裝350t 千斤頂，對拉索進行預緊及一張，一張索力與工況以監控單位下達的一張指令為準。一張完成后，安裝預埋導管勁性骨架，將預埋件位置固定。當混凝土底板澆筑完成（一般澆筑量為標準節段總澆筑量的一半）后，對拉索進行二張，二張索力與工況以監控單位下達的指令為準。標準節段混凝土全部澆筑后，張拉機具不拆除。節段混凝土達到強度后，可視為體系轉換完成，拆除梁端體系轉換裝置，在塔端進行第三次張拉[1]。

1.3 斜拉索梁端掛設

在下錨頭按照計算好的長度安裝索夾，將索套管套入斜拉索的合適位置。利用汽車吊起吊，掛2 根吊帶同時起吊，形成一個與下梁端預埋管角度一致的夾角。慢慢往錨箱內放，在放的過程中，用葫蘆鉤住索體以控制索體下放的角度，同時安裝橋面5t 卷揚機循環系統，一直牽引至張拉桿到梁下掛籃下的千斤頂后面螺母戴帽。當梁端錨固到位后，根據斜拉索的長度及牽引力，1～5 號索塔端直接牽引蓋帽，6～16 號索塔端進行硬牽引。硬牽引的長度及張拉桿按計算數據確定，只增加1 根短張拉桿時。當千斤頂張拉到能拆除哈佛螺母時，安裝工作螺母，用連接套連接錨頭和張拉桿按照監控單位的指令進行張拉。如果有2 根及以上短張拉桿時，利用千斤頂牽引將哈佛螺母拆除，再安裝工作螺母，重復上述工藝，斜拉索掛設完畢。

1.4 斜拉索附屬件安裝

全橋索力調整結束后，開始安裝斜拉索附件，主要包括塔端的上減震器、保護罩，梁端的下減震器、防水罩、保護罩。附件安裝應遵循先塔后梁的原則。

1.5 防水罩安裝

防水罩為廠家定型產品，防水罩上口處的密封橡膠圈與吊索PE 一起加工，出廠時套在拉索上。安裝防水罩時，在防水罩上口處和下口處，定位固定好密封橡膠圈，填充9501B，涂抹不干性密封膏；定位安裝不銹鋼防水罩，將兩半用螺栓連接成一個整體，防水罩四周均用密封膠密封。

1.6 外置阻尼器安裝

外置阻尼器包含連接支架基座、連接支架、阻尼裝置、索體夾具等。連接支架基座在鋼梁制造時，焊接在上弦頂面相應的位置，連接支架、阻尼裝置、索體夾具在鋼梁及斜拉索安裝完成之后進行。在鋼梁運輸及安裝過程中，應在連接支架基座上方設置橡膠蓋板，防止雨水進入。在阻尼器支架立柱安裝前，應確保基座內部干燥。外置阻尼器安裝步驟如下：將連接支架安裝到連接支架基座上；技術人員在索體上放出索體夾具安裝位置；在索體的相應位置安裝索體夾具；安裝阻尼裝置，調試減震器[2]。

2 工程案例

以某工程為例，該工程采用塔梁墩固結體系，鋼塔柱縱向呈雙柱式，高59m，傾角75°。斜拉索采用中央雙索面豎琴形布置，共設置20 對斜拉索，邊中跨各10對，梁端通過錨箱錨固于梁上，塔上采用齒塊錨固。斜拉索為φ7mm 高強度鍍鋅平行鋼絲拉索，采用雙層PE護套，護套表面擠塑雙螺旋線抑制風雨振，其張拉端與固定端采用冷鑄錨結構。斜拉索共有4 種規格，分別為PESC7-55、PESC7-73、PESC7-91、PESC7-109，最大索長為117.48m，重約3.15t[3]。

3 斜拉橋工程中的斜拉索施工技術施工策略

平行鋼絲斜拉索的掛索施工主要通過牽引吊裝設備，將兩端索頭分別穿過塔端及梁端的預埋管與錨墊板，到達錨固位置進行臨時錨固，并且保證斜拉索兩端錨具螺紋及索體外包PE 層不受損壞。施工的進度及質量直接影響整個橋梁建造，是一個十分重要的工序。

3.1 施工準備

掛索施工前，使用汽車吊將成品索盤吊運至橋面上，并按照掛索位置將斜拉索按順序擺放，以方便之后掛索起吊工序，減少二次搬運。掛索施工的牽引吊裝系統主要由卷揚機、滑輪、電動葫蘆、手拉葫蘆和汽車吊等組成。施工前，使用汽車吊將電動葫蘆、手拉葫蘆等運送至塔上，并在塔上焊接牢固的固定點，為牽引設備提供反力點。同時，將卷揚機焊接固定于橋面上，并在橋面上每根斜拉索預埋管的位置，焊接吊點并安裝滑輪，配合卷揚機使用。在梁內焊接牢固的固定點，作為使用手拉葫蘆的掛點[4]。

3.2 短索掛索施工

斜拉索掛索施工的重點是對牽引吊裝設備的利用，因此斜拉索自重及長度不同，對應的掛索工序也有差別。該差別主要體現在，在塔端與梁端高差較大，索體較重，梁端牽引時的戴帽力差別很大。對于部分索體，其戴帽力可能已經超過橋面牽引系統的工作極限，因此對于不同位置及長度的索體有不同的掛索施工工藝。對于該工程中位于橋塔高程較小的斜拉索，長度及自重較小，梁端牽引設備正常工作荷載完全滿足需求，施工較為簡單。將錨具上的螺母擰下，將螺紋清理干凈，保證螺母能夠順利擰進。在錨具內螺紋段安裝變徑套，變徑套上連接吊環，作為上端掛索牽引時電動葫蘆的吊點。在斜拉索索體上距錨具4～6m 的位置，安裝抱箍作為起吊索體的吊點。具體安裝位置要以掛索施工時，錨頭牽引到位后，抱箍與預埋管不相互干涉為準。安裝抱箍時，在抱箍與索體之間需加設橡膠護墊，防止抱箍在夾緊狀態下對斜拉索PE 層產生破壞。使用汽車吊通過索體上的抱箍吊點，將索體起吊至塔端預埋管管口附近，同時操作人員在塔內將牽引繩穿過錨墊板與預埋管，然后與錨具端頭的吊環連接，牽引繩的另一端與塔內電動葫蘆連接。開啟電動葫蘆，將索頭牽引進預埋管內。在牽引過程中，汽車吊需不斷調整高度，同時操作人員手拉葫蘆不斷調整錨具在預埋管的位置及角度，以防止錨具外螺紋及索體PE 層被刮傷。將錨具部分牽引出錨墊板10cm 左右，擰緊螺母后，完成塔端斜拉索掛施工。使用汽車吊配合棉繩，將斜拉索在橋面展開，并將錨頭吊至梁端預埋管位置。與塔端相同，在梁端錨具內螺紋擰進變徑套，在變徑套上安裝吊環，作為下穿時牽引的吊點。與塔端相同，在斜拉索索體上，安裝抱箍作為牽引吊點。與塔端不同的是，梁端主要靠卷揚機配合滑輪牽引。操作人員將牽引繩從預埋管內穿出，一端與錨具上安裝的吊環連接，另一端與梁內手拉葫蘆連接。使用卷揚機與滑輪作為牽引裝置，梁內手拉葫蘆配合牽引繩做導向裝置，將斜拉索下穿入梁內，待錨具穿出錨墊板10cm 左右，擰上螺母，完成整個掛索施工[5]。

3.3 長索掛索施工

對于索長較長的斜拉索來說，斜拉索安裝方式與短索相似，不同的是長索的塔端安裝高程較大，索體自重較大。在梁端牽引時，牽引設備很難滿足對牽引力的要求。目前，現場施工處理該問題的常用方法為，在將索頭穿入塔端臨時錨固之后，將錨具內安裝的變徑套及吊環換成張拉桿，再使用千斤頂將索頭下放，通過張拉桿的接長，降低塔端錨頭的臨時錨固點，直至梁端所需牽引力在現場設備工作范圍內。等到梁端掛索施工完成后，再通過千斤頂將索頭拉至設計位置。對于該工程而言，塔端預留空間較小，能夠容納的設備及操作人員較少，因而這一工序常常需要耗費大量時間，正常施工方法無法滿足工期要求。為加快施工進度，針對長索掛索施工，需將塔端安裝先牽引就位后，再通過千斤頂對下放和提升工序不斷優化。在長索塔端施工時，將原先安裝在錨具上的變徑套與吊環改成工程上常用的精軋螺紋鋼及其連接器，并改裝精軋螺紋鋼的連接器，將其外徑擴大并加工出與錨具內螺紋相匹配的外螺紋。直接通過對螺紋鋼長度的控制，達到降低塔端錨頭高度，減少梁端戴帽力的目的。確定螺紋鋼長度之后，在螺紋鋼另一端安裝連接器，并在連接器端頭安裝吊耳作為吊點。之后塔端掛索施工，無須將錨頭牽引至設計位置，只需將螺紋鋼牽引至計算位置，再用兩半式墊板將螺紋鋼臨時固定，接著采取梁端穿索。梁端穿索完成后，開展同一高程的另一根斜拉索的掛索施工，施工方法相同。待同一高程的2 根對稱的斜拉索掛索施工完成后，在塔端2 根索錨固點的中心位置安裝千斤頂。通過扁擔梁將2 根索上的螺紋鋼連接在一起，千斤頂作用于扁擔梁上，同時提升2 根索，就位后安裝螺母，完成長索掛索施工。優化工序后，不僅在塔端掛索時，將索頭下放與拉升工作省去，而且將千斤頂提升工序從原先每根索1 次變成2 根索1 次，明顯加快施工進度[6]，

3.4 斜拉索張拉及調索

斜拉索掛索施工完成后，根據監控指令對斜拉索實行多次調索張拉。張拉前，需對油表、千斤頂進行標定，并且保證施工過程中配套使用。張拉時，同號索同步、對稱張拉，保證橋梁結構的穩定。張拉時，以索力控制為主，斜拉索伸長量為輔，及時與監控聯系，根據現場情況，及時調整索力，直至達到設計線形[7]。

4 斜拉橋工程中的斜拉索施工技術應用

4.1 單跨橋梁

無論是橋面下拉索系統還是組合拉索系統都非常適合單跨橋梁。然而，兩種系統之間存在一定的差異，對設計有很大的影響。由于組合斜拉橋的有效偏心量約等于跨中和支點處偏心量之和，因此，與橋面下斜拉橋相比，組合斜拉橋斜拉索所需的橫截面面積約為橋面下斜拉橋的一半。然而，錨索數量需求導致同樣數量的用鋼量。此外，錨索所需的配重對結構每平方米的材料費用有顯著影響[8]。

4.2 多跨橋梁

對于連續橋梁，只有組合（拉索）斜拉橋系統在車輛荷載下有較高的效率。雖然斜拉索受時間影響的損失較大，但橋面下斜拉索系統適用于實現跨徑細分。橋面下拉索系統適用于跨徑獨立（簡支）的多跨橋梁，在保證道路使用者舒適度的前提下，采用半連續板結構[9]。

4.3 不平衡跨徑分布取消橋墩

橋面下（拉索）斜拉橋和組合（拉索）斜拉橋系統允許取消中跨橋墩。通過橋面下拉索布置和組合拉索布置，即便高架橋中存在一個特定的跨度是其他跨度的兩倍，主梁仍可采用相同的特性（如梁高、混凝土強度、鋼筋、鋼材數量）。在這些情況下，跨度細分應優先考慮永久狀態，其次是時間效應，盡管時間依賴效應造成的損失不可忽略。然而，主梁的高跨比不夠小，斜拉索系統的效率還不夠高。因此，在大跨度的橋梁中，由于車輛活荷載的作用，橋面的彎矩會增加一倍。相應設計策略應該是抵消車輛活荷載作用下彎矩增加，同時減小跨徑細分后引起的恒態彎矩[10]。

5 結語

綜上所述，斜拉索施工技術在斜拉橋工程中有著至關重要的作用，相關施工人員需要加以重視。結合實際橋梁工程，合理使用相應的施工技術，通過優化施工準備，加強長、短索掛索、斜拉索張拉及調索施工等方式，促進斜拉橋工程中的斜拉索施工技術應用，充分發揮斜拉索施工技術的價值，以此推動橋梁工程未來發展。