人行景觀拱橋的吊桿施工關(guān)鍵技術(shù)研究

張方龍，劉安金，羅 勉

（柳州歐維姆工程有限公司，廣西 柳州 545006）

0 引言

隨著社會生活水平的提高及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的急速發(fā)展，景觀橋梁建設(shè)也是日益增多。現(xiàn)代的橋梁設(shè)計(jì)已不純粹以滿足交通功能為目的［1，2］，橋梁的外觀和觀賞的功能被越來越多的人們所重視，景觀橋梁功能和藝術(shù)都有很大提高［3］。因此橋梁的結(jié)構(gòu)和造型設(shè)計(jì)也是不斷地創(chuàng)新，對于異形、特殊及新穎的橋梁結(jié)構(gòu)，相比于常規(guī)的施工確實(shí)存在一些技術(shù)瓶頸，特別是張拉空間不足，進(jìn)而給施工安裝帶來一些技術(shù)難題。本文以廣州塔南廣場配建珠江兩岸人行景觀橋的吊桿安裝為研究背景，對吊桿錨頭有限空間下張拉工藝關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行實(shí)施驗(yàn)證，進(jìn)而促進(jìn)了此類吊桿錨固結(jié)構(gòu)在今后橋梁設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

1 工程概況

1.1 主橋特點(diǎn)

廣州塔南廣場配建珠江兩岸人行景觀橋，是世界上跨度最大、寬度最寬的曲梁斜拱人行橋。主橋上部結(jié)構(gòu)采用鋼拱主橋，拱梁固結(jié)體系，拱跨 194.152 m，立面矢高 56 m，拱肋橫向外傾 10°。拱肋采用圓端形截面，拱軸線在拱平面內(nèi)為二次拋物線，拱肋截面高 2.6 m，拱頂寬 4.2 m。

主梁采用平面圓弧布置，橋面最大寬度 15 m，吊桿采用 GJ15-19 擠壓鋼絞線拉索，吊拱上耳板連接，下端采用調(diào)節(jié)式錨頭與錨拉板連接，全橋共 23 根吊桿。主橋效果圖如圖1 所示。

圖1 主橋效果圖

1.2 施工重難點(diǎn)

1）吊桿安裝。主拱截面比較寬，吊桿設(shè)計(jì)為空間斜吊索分布，拱上支架對吊桿安裝有影響。

2）吊桿安裝無吊裝機(jī)械輔助，只能使用卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行拱端安裝與梁端安裝。

3）吊索張拉。錨拉板張拉空間比較小，且吊索因索短，擬在拱端加長連接頭，加墊墊板，導(dǎo)致張拉空間更小（從錨墊板到錨拉板后端距離只有 600 mm），常規(guī)的張拉工藝無法滿足施工要求。

2 吊桿安裝關(guān)鍵技術(shù)

人行景觀拱橋一般以滿足行人通行和觀賞為目的，吊桿的關(guān)鍵施工技術(shù)主要是安裝和張拉。首先景觀橋橋面不寬，承受荷載小，吊桿安裝多數(shù)無法直接使用吊裝機(jī)械進(jìn)行安裝，因此需考慮使用卷揚(yáng)機(jī)牽引安裝，對于安裝控制難度大且效率不高；其次吊桿的規(guī)格和成橋索力不是很大，但是錨固截面尺寸一般比較小，意味著吊桿張拉空間也小，對于張拉工藝要求高。控制好吊桿的施工質(zhì)量能延長橋梁的使用年限，因此吊桿施工過程中要控制好吊桿的索力，確保主梁、拱肋的線形及內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求。吊桿的索體與錨頭的防護(hù)質(zhì)量關(guān)系著吊桿的使用壽命，要求在施工過程中做好成品保護(hù)。

2.1 吊桿安裝施工工藝

吊桿施工工藝：卷揚(yáng)機(jī)安裝拱上吊桿叉耳→橋面臨時(shí)固定→主拱支架拆除→橋面反拉入索導(dǎo)管→錨上錨固螺母→吊桿張拉→吊桿梁上防護(hù)。

1）利用浮吊轉(zhuǎn)移拉索至梁面，在梁面布置卷揚(yáng)機(jī)，利用卷揚(yáng)機(jī)把吊桿拉至拱上安裝點(diǎn)，錨上叉耳叉銷后，梁上臨時(shí)固定。

2）橋面布置卷揚(yáng)機(jī)對拉索進(jìn)行反穿；并達(dá)到臨時(shí)錨固的目標(biāo)。

3）小型千斤頂橋面張拉，完成后進(jìn)行附屬安裝。

2.1.1 施工準(zhǔn)備

①吊桿轉(zhuǎn)移到梁上，并按索號分開；②吊桿拱端裝配；③橋面布置卷揚(yáng)機(jī)；④拱端施工所需的施工通道、施工空間和工作平臺的搭設(shè)，利用主拱的臨時(shí)支撐平臺進(jìn)行工作平臺的設(shè)置。

2.1.2 吊桿拱端安裝

①利用麻繩將橋面卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩拉到拱端，經(jīng)過滑輪導(dǎo)向再下放到橋面位置；②卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩與吊桿上錨頭處索夾連接，如圖2 所示；③啟動卷揚(yáng)機(jī)，將吊桿叉耳端牽引至拱端，通過手拉葫蘆來調(diào)整吊桿叉耳的位置和方位，將吊桿插銷與耳板對孔，安裝好插銷與保險(xiǎn)板，即完成吊桿的上端安裝。

圖2 吊桿拱端安裝示意圖

2.1.3 吊桿梁面安裝

1）主拱支架拆除后，進(jìn)行橋面反穿。下端入錨采用 3t 卷揚(yáng)機(jī)牽引哈弗抱夾作業(yè)，卷揚(yáng)機(jī)走繩兩道。

2）橋面反穿的目的是為了錨上永久螺母，全橋23 根拉索，要求螺母必須有效錨固 4 牙以上。

3）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測坐標(biāo)，采用伸長位移法估算錨上螺母時(shí)拉索索力。

①計(jì)算公式。根據(jù)拉索的長度L，上下兩端錨點(diǎn)的中心幾何距離L0，可以估算出牽引力為T時(shí)吊桿下端離拱端相應(yīng)索號錨點(diǎn)的距離，如式（1）所示。

式中：W為吊桿單位長度質(zhì)量，kg/m；LX為LO的水平投影，m；A為吊桿的鋼絲面積，mm2；E為吊桿的彈性模量，MPa；T為牽引力，kN。

②根據(jù)吊桿的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)圖紙，吊桿在安裝階段可以提供約 245 mm 的臨時(shí)錨固長度。

③根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，吊桿安裝時(shí)滿足 2-3 T 臨時(shí)錨固永久螺母 4 牙以上的要求。

2.2 吊桿張拉

2.2.1 吊桿張拉工藝和張拉裝置

根據(jù)吊桿的結(jié)構(gòu)，吊桿的調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在下端錨頭螺母處，錨頭與主梁連接錨固是采用錨拉板結(jié)構(gòu)，錨拉板處錨墊板的端面距離后端只有 650 mm，普通的張拉工法無法滿足該空間的安裝要求，因此根據(jù)張拉力的大小和操作空間的要求，設(shè)計(jì)了一種上下扁擔(dān)的張拉方式，使用兩臺千斤頂與單根拉桿同步張拉，拉桿與千斤頂設(shè)置與吊桿的軸向中心線平行，通過上下連接端板進(jìn)行調(diào)整，千斤頂在加載過程中，通過此套張拉裝置把吊桿的錨頭螺母拉離錨墊板，然后通過對吊桿錨頭螺母的旋緊和旋松對吊桿索力實(shí)現(xiàn)張拉和放張（可以邊拉邊旋轉(zhuǎn)錨頭螺母以調(diào)節(jié)吊桿長度）。

上述張拉裝置由以下部件組成。

1）上端板。穿過錨頭位置支撐在錨墊板處。

2）下端板。與吊桿張拉桿臨時(shí)連接固定。

3）臨時(shí)拉桿。全螺紋，兩端分別穿過下端板和上端板，用螺母臨時(shí)固定，張拉桿由 2 段短拉桿拼接。

4）千斤頂。加載荷載，通過拉桿將吊桿往下拉至設(shè)計(jì)位置，或者放松至設(shè)計(jì)位置。

2.2.2 張拉準(zhǔn)備

1）收到監(jiān)控張拉索力指令后，依據(jù)千斤頂標(biāo)定書上的回歸方程，把指令上的拉力值轉(zhuǎn)換為每一組張拉設(shè)備上的油壓讀數(shù)值［4］。

2）根據(jù)設(shè)計(jì)以及監(jiān)控確定張拉順序，本橋張拉施工順序：從主拱拱腳往跨中方向依次進(jìn)行，兩根吊桿對稱同步張拉，最后進(jìn)行跨中 12 # 吊桿張拉。

3）用手拉葫蘆將上下端板、千斤頂、張拉桿等張拉裝置安裝好，如圖3 所示，接好油泵電源線和油管。要求吊桿錨頭、張拉桿和千斤頂受力同軸。

圖3 吊桿張拉示意圖（單位：mm）

4）吊桿張拉應(yīng)遵循對稱、分級、同步原則，油泵進(jìn)油緩慢平穩(wěn)，保持各操作點(diǎn)之間信號通暢；張拉至油壓后，擰緊錨頭螺母。測量最終的伸長值，按照要求認(rèn)真做好檢查記錄。

2.2.3 張拉操作步驟

1）接通油泵和千斤頂?shù)挠凸埽瑱z查精密壓力表是否與千斤頂相符，在未張拉之前，可以在空載的情況下活動兩個(gè)行程，確保千斤頂在張拉時(shí)無任何問題［5］。

2）啟動油泵，按張拉指令對稱的吊桿同步分級均衡緩慢加載，分級張拉程序?yàn)椋?］：0→0.3σ→0.6σ→0.8σ→1.0σ；張拉過程中，吊桿索緩慢上升，與此同時(shí)跟進(jìn)擰緊吊桿螺母。

3）張拉到指令油壓之后停機(jī)保壓 5 min，擰緊錨頭螺母，使螺母與錨墊板充分結(jié)合，泄壓回油，確認(rèn)無誤后方可拆卸張拉設(shè)備。

4）張拉過程中，當(dāng)螺母頂面調(diào)節(jié)量大，還沒達(dá)到設(shè)計(jì)索力時(shí)，張拉桿會出現(xiàn)碰到錨拉板后方的情況，此時(shí)張拉空間不足，無法繼續(xù)張拉，需要將錨頭螺母進(jìn)行錨固，將張拉桿拆除其中 1 節(jié)，然后再安裝好其余張拉裝置，重復(fù)張拉操作步驟，直至到達(dá)設(shè)計(jì)索力要求。

2.2.4 張拉施工注意事項(xiàng)

1）所有吊桿安裝時(shí)都只是臨時(shí)錨固，按監(jiān)控指令進(jìn)行全橋一次的體系轉(zhuǎn)換索力調(diào)整，在施工過程中根據(jù)橋涵施工技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行質(zhì)量控制［6］。

2）張拉過程中出現(xiàn)異常情況，應(yīng)停止施工，并及時(shí)報(bào)告給監(jiān)理和監(jiān)控單位，對異常情況進(jìn)行原因分析，待查明原因后方可繼續(xù)施工。

3）對稱位置的吊桿張拉應(yīng)同步，加載保持一致，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［6］。

4）溫度變化對鋼拱橋的鋼拱、鋼梁及吊桿影響較大，因此吊桿張拉和索力調(diào)整應(yīng)在溫度穩(wěn)定時(shí)段進(jìn)行。

5）張拉時(shí)橋面的荷載情況應(yīng)與監(jiān)控單位模擬施工時(shí)的計(jì)算條件相近，盡可能地避免動載，否則會對索力造成較大偏差。

2.2.5 吊桿索力調(diào)整

待所有吊桿第一輪張拉完成后進(jìn)行全橋調(diào)索，調(diào)索工藝與吊桿張拉工藝相同。調(diào)索順序同張拉順序一致，從兩側(cè)向中間對稱張拉。全橋吊桿索力符合設(shè)計(jì)要求后，吊桿索力調(diào)整完畢（見圖4）。

圖4 吊桿張拉實(shí)物圖

2.3 質(zhì)量控制措施

1）吊桿吊裝及安裝過程中，要使用軟吊帶綁扎吊裝位置，保護(hù)好吊桿索體。

2）吊桿索體外包裝不可過早拆除，應(yīng)盡量在防護(hù)施工時(shí)再進(jìn)行拆除，索體在橋面移動過程中要下墊滾輪，嚴(yán)禁直接與橋面接觸摩擦。

3）吊桿橋面牽引施工時(shí)，錨拉板處的索導(dǎo)管口要墊好土工布或者橡膠皮，避免索體與索導(dǎo)管口摩擦損傷索體。

4）吊桿張拉施工，必須嚴(yán)格按照指令控制，過程中加強(qiáng)對主梁、主拱的應(yīng)力和變形檢測，如實(shí)地記錄并反饋索力與伸長量數(shù)據(jù)。

3 案例應(yīng)用效果分析

針對錨拉板結(jié)構(gòu)張拉空間不足的問題，采用新的張拉工藝，張拉裝置結(jié)構(gòu)長度只有 470 mm，張拉施工完成之后僅需 80 mm 即可滿足拆除要求，可滿足對操作空間要求小的復(fù)雜施工環(huán)境，而且張拉千斤頂在兩側(cè)安裝，張拉工裝采用分節(jié)拼裝，安拆重量不大，便于施工，本橋施工完成之后，吊桿最大的錨頭外露量在 400 mm，無論從安裝空間、張拉空間及拆除空間均滿足要求。

4 結(jié)語

通過對吊桿施工關(guān)鍵技術(shù)的研究，順利地完成了廣州塔南廣場配建珠江兩岸人行景觀橋的 23 根吊桿安裝及張拉施工。采用的張拉裝置能有效解決吊桿張拉空間不足的問題，不僅可以對同類橋梁的吊桿張拉提供技術(shù)指導(dǎo)，也可以對類似錨固結(jié)構(gòu)的斜拉索張拉提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)，能廣泛地運(yùn)用于今后同類橋梁的施工，具有較好的推廣及參考意義。Q