长沙湘江三汊矶大桥主孔自锚式悬索桥施工

肖国庆

1 工程概况

湘江三汊矶大桥由西岸边孔8×65 m跨预应力混凝土顶推连续箱梁+主孔(70+132+328+132+70)m自锚式悬索桥+东岸边孔5×65 m预应力混凝土顶推连续箱梁组成，大桥全长1 577 m。主孔主塔11号、12号墩基础为φ 2.4 m钻孔桩基础，每墩共18根，上下游各9根，桩基均为嵌岩桩基础，桩顶设承台，承台为上下游独立圆形承台，厚5 m，直径17 m，承台顶设置4 m高横系梁，主塔设计为花瓶形，塔柱为变截面钢筋混凝土结构，上下游塔柱之间设置两道横梁，塔高自承台起算至避雷针顶高度分别为119.685 m和 118.379 m。主孔边跨 9号、10号、13号、14号墩下部结构为双桩双柱式结构，基础每墩为两根3.5 m大直径钻孔桩基础，桩基均为嵌岩桩基础，桩基顶面接直径3.2 m的圆柱形墩身，上接盖梁。主孔上部结构采用双塔双索面自锚式悬索桥，悬索桥加劲梁采用钢箱梁，为扁平闭口流线形单箱5室结构，桥轴线处箱梁净高3.6 m，桥面做成2.0%的双向横坡，箱梁全宽35.0 m。全桥共设两根主缆，主缆中心距为25 m，每根主缆由37股预制平行钢丝索股组成。

2 主孔自锚式悬索桥施工流程

2.1 基础施工

桩基施工根据不同的地质情况和河床水深采用不同的成孔方法，除12号墩位于龙洲岛因覆盖层较厚采用筑捣后钻孔的施工方法外，其余桩基均位于主河槽中，覆盖层较薄，采用墩位下沉双壁钢围堰封底进行人工挖孔或冲击钻孔的方法，施工过程中除11号墩下游9根桩和13号、14号墩采用人工挖孔外，9号、10号墩以及11号墩上游侧9根桩人工挖孔采用了钻孔桩成孔完成。直径3.5 m桩基采用冲击正循环泥浆护壁钻孔成孔，配置高性能配方的泥浆，同时换浆采用泥浆分离器，既保证了成孔质量，又保证灌注水下混凝土的质量。

2.2 塔柱施工

塔柱采用北京卓良模板公司生产的液压自爬模施工，施工标准节段高度为4.5 m，模板高度为4.6 m。由于下塔柱向外侧倾斜，在下塔柱设置3道拉杆，拉杆使用钢绞线，以抵消下塔柱外倾产生的附加拉应力。必须对上塔柱施工节段施加平衡顶推力。下横梁采用在横系梁上设钢管立柱，柱顶分配梁上用贝雷梁搭设横梁施工承重支架进行现浇施工。上横梁施工采用在塔柱上预埋牛腿，在牛腿上搭设贝雷梁支架作为横梁施工的承重支架，进行横梁混凝土现浇施工。

2.3 钢箱梁顶推施工

2.3.1 钢箱梁顶推布置

钢箱梁全长732 m，共分81个节段，最大吊装重量220 t，钢梁顶推平台(包括9号墩顶盖梁)考虑存放3节12 m长钢箱梁节段，顺桥向长度36 m(自9号墩中心线算起)，横桥向宽度36 m。顶推临时墩共设置6个，钢箱梁顶推跨度最小48 m，最大为77 m(根据主航道通航净空要求确定)。

龙门吊机提升站设计施工:钢梁提升龙门吊机按最大设计吊重量220 t设计，采用双吊点，钢箱梁在内侧腹板位置起吊，双吊点之间距离按22.8 m设计，龙门吊机净跨39 m，立柱和横梁均采用贝雷梁拼装。

滑道布置:钢箱梁顶推横桥向采用两条滑道，滑道横向距离22.8 m，支承于钢箱梁的内侧腹板下方。滑道长度根据各支点受力情况确定，主墩和临时墩分别为4 m和5 m，顶推平台上设置了1 m和1.5 m两种滑道，滑道宽度按0.6 m计。

钢导梁设置:顶推钢导梁设计长度为48 m。导梁采用箱形断面设计，导梁与钢箱梁端部及导梁节段之间均采用螺栓连接，其中底板螺栓受拉，采用高强螺栓，其他部位螺栓为普通螺栓，按受剪控制设计。

2.3.2 钢箱梁顶推系统设置

顶推滑道及滑板:钢箱梁顶推采用δ=12 mm的MGE型滑板，滑板宽度按50 cm制作，这种滑板具有承载力高，摩阻力小的特点，为减小顶推过程中摩阻力，在滑板与不锈钢板之间涂硅脂，滑道在临时墩及顶推平台上为一钢板焊接而成的滑道梁，上贴δ=3 mm不锈钢板。

顶推牵引系统:钢箱梁顶推采用多点顶推拖拉，即在每个主墩和临时墩上均设置千斤顶拖拉钢梁向前移动，顶推时需在钢梁底部焊接临时反力座。顶推千斤顶采用ZLD100自动连续顶推泵站系统，每墩两个千斤顶共一台油泵。顶推拖拉杆采用6根φ 15.24 mm钢绞线。

2.4 缆索系统安装

2.4.1 主、散索鞍的安装

主索鞍分鞍体和下底座板，先安装下底座板定位后，再吊装鞍体(分成两部分)，实际最大吊装重量约15.5 t。采取辅助吊装方法(在塔顶拼装起重钢支架)。主索鞍在吊装时按设计设有预偏量，并在成桥过程中根据监控值分阶段逐渐顶推到最终设计位置。

本桥散索鞍位于箱梁顶面，相当于索箍，在主缆安装完成后再安装，为保证主缆安装过程中索股的定位，在散索鞍位置靠主塔一侧设一主缆定位架，定位架先固定于钢箱梁上。

2.4.2 牵引系统的安装

主缆拽拉牵引系统采用单线往复式牵引系统，牵引系统的牵引索两端分别卷入主、副卷扬机，一端用于卷绳进行牵引，另一端用于放绳，两台驱动装置联动，使牵引索作往复运动。在上下游各架设一组相互独立的承重索道，承重索上安装3 t开口滑车作跑马滑车，滑车下悬挂手拉葫芦吊挂锚头，与牵引系统共同持股牵引。同时可用于索夹、吊杆的安装、紧缆以及小型机具、料具的吊运等。

2.4.3 猫道架设施工

猫道由猫道承重索、扶手索、猫道面层、抗风制振索、锚固体系、调整装置等组成。猫道承重索为8-φ 20钢丝绳，两端头采用承重梨形环和夹头与锚固件连接。承重索绳头通过连接座和φ 32预应力粗钢筋与锚梁连接，锚梁通过拉杆和塔顶吊耳连接，构成复合调节装置，下锚采用直接销接结构。

2.4.4 主缆架设施工

首先利用锚后25 t汽车吊将索股盘安装在放索架上，并拉出索股前锚头，将牵引钢丝绳与索股锚头连接并预紧，用手拉葫芦将锚头与承重索上的滑车连接牢固，启动牵引系统缓慢放索。

通过牵引索携持主缆索股，自放索场出发向另一侧行进，前锚头牵引到达前端横梁锚管口，解除锚头与承重索上的手拉葫芦的连接，检查整根索股的扭转情况，从前端锚头开始往后端锚头方向用人工将索股扭正。

牵引索股，使前锚头缓慢进入锚管并穿出锚口，直至后锚头到达端横梁，用设置在后锚面的20 kN卷扬机牵引后端锚头进入锚管并穿出锚口，锚具同时穿入锚管。

2.4.5 索夹安装

索夹安装顺序:中跨是从跨中向塔顶方向进行，边跨是从散索鞍位置向塔顶进行。索夹安装采用多个作业面，安装阶段螺栓分两次进行，安装组将索夹就位后，精调索夹位置，采用扳手对螺栓进行紧固，轴力导入由张拉组进行。

2.4.6 吊索的安装

施工中采用汽吊或塔吊将吊索运至安装位置，从索夹处放下吊绳，利用塔顶卷扬机垂直起吊吊索，直至下锚头吊离主梁锚管口，将其引入锚管，下放锚头穿出梁底垫板，然后拧上锚固螺母。利用倒链葫芦辅助上提到位，对准销孔后，安装销轴及挡板。

2.4.7 紧缆、主缆缠丝防护

主缆挤紧分预紧缆和正式紧缆作业，是将已按设计要求排列顺当的散状高强钢丝束，经人工初整圆后，用紧缆机向心挤紧，达到设计要求的直径，紧缆时先从塔顶向跨中挤紧，再从塔顶向锚碇挤紧。桥面铺装完成后，清除主缆表面的泥泞和残留杂物后，涂上防腐油膏，并在油膏固化前进行缠丝，缠丝施工顺序:先中跨、后边跨、从低往高分别从跨中向塔顶和从锚碇向塔顶缠丝。

2.5 体系转换

三汊矶大桥体系转换的方法是通过将中跨箱梁起顶一定高度后保证吊杆在无应力状态下安装到位，然后再落梁，逐步使吊杆受力完成悬索桥的体系转换。

钢箱梁顶推施工时按照成桥线形标高顶推安装就位，按设计意图，主缆安装后安装吊杆前需将主跨328 m跨中钢箱梁起顶高为1.5 m，才能将吊杆安装就位，吊杆安装完成后，再通过逐步落梁至设计标高使吊杆和主缆逐步承受钢箱梁荷载，完成自锚式悬索桥的体系转换。中跨钢箱梁的起顶和下落均通过主跨内4个临时墩支点滑道的升高和降落来达到目的。

3 新工艺、新技术应用情况

1)直径3.5 m桩基大部分采用了冲击钻机一次冲击成孔，同时在钻孔泥浆净化处理时采用泥浆分离器进行净化泥浆，既保证了工程进度，又保证了工程质量，同时为大直径桩基采用冲击钻机成孔提供了施工经验。2)主孔钢箱梁节段吊装采用预应力体系龙门吊机，具有跨度大、起重量大、自重轻的特点。龙门吊机采用贝雷架作为主要材料，横梁设置预应力系统，增加了横梁的抗弯刚度，也减轻了自重及栈桥上荷载。3)自锚式悬索桥在本工程加劲钢箱梁的安装采用了顶推施工，取得了成功，验证了竖圆曲线上钢箱梁采用一端顶推的可行性，为在竖曲线上箱梁的顶推施工提供了宝贵的经验。

4 结语

湘江三汊矶大桥经过不到两年时间的施工建成通车，在施工中通过大胆创新，优化方案，克服了施工难度大、自然条件的影响等不利因素，安全、优质、快速的完成了建桥任务。在湘江上创造了建桥的奇迹，为长沙市又增添了一道亮丽的风景。

[1] 徐 松.基于影响矩阵法对自锚式悬索桥吊索力的确定[J].山西建筑，2008，34(23):314-315.