铁路钢桁斜拉桥挂索施工技术

(中铁三局集团有限公司，山西太原 030001)

1 工程概况

郁江双线特大桥为(36+96+228+96+36)m双塔双索面钢桁斜拉桥(总体布置见图1)，每塔两侧共设8对斜拉索，全桥64根斜拉索，斜拉索采用PES7-283，PES7-301两种规格。斜拉索钢丝的抗拉标准强度1670 MPa，最长索约111 m，最短索约34 m，单根索最大重量达10 t，两端均采用张拉端冷铸锚具，张拉端设在塔端。

目前，国内外钢桁斜拉桥主要为公铁两用桥，采用钢桁梁下缘锚固索体，挂索时采用上弦桥面展索，挂索工艺相对简单，采用软牵引时，一般利用梁面50 kN放索卷扬机或配合100 kN导链共同完成，采用硬牵引时，多采用千斤顶配合张拉杆通过放开锚丝来实现。对于该桥而言，采用钢桁梁上缘锚固索体，需要对传统的工艺进行优化，主要是挂索时的下弦桥面展索与上弦梁端安装转化、挂索时梁塔先后顺序确定以及挂索设备的选择等。

2 基于ERBST理论的斜拉索挂索牵引方式计算

2.1 计算方法

众所周知，

斜拉索施工过程牵引力计算与斜拉索挂索采取的方法密切相关，准确的计算是挂索成败的关键因素之一。根据国内外的文献资料，斜拉桥柔性拉索的状态方程和力学特征参数的分析和研究成果颇多，研究的基本状态方程不外乎两种，一种是抛物线(近似)，另一种是悬链线(实际)，在此基础上状态方程和力学特征参数的分析和算法有近似计算和精确计算两种，结合该桥工程实际，采用前者进行分析计算。根据斜拉索不受弯矩的特点和索上任一点拉力为T的特点，可得以下计算公式:

图1 郁江双线特大桥总体布置图（单位：cm）

将斜拉索在自重作用下的线形看作抛物线，则抛物线弧长为:

由几何关系可知，垂度作用下的长度变化为:

斜拉索弹性伸长由虎克定律可知:

则斜拉索的无应力索长为:

其中，EA为抗拉刚度;T为斜拉索张拉力;θ为斜拉索的水平夹角;q0为斜拉索自重沿索长水平方向上的均匀分布;L为斜拉索两锚固点之间的直线距离;fm为跨中的垂直变形。

在张拉过程中的伸长量为:

上述计算公式已知牵引力计算伸长量，而牵引力计算采用倒退分析，即已知长度变化，求牵引力。长度变化间的关系为:

其中，L安装为安装时控制点之间的直线长度;L精为对应的控制点之间的下料长度;ΔLF为牵引力作用下斜拉索的索长变化;ΔL两端为安装时端头锚具抵消斜拉索长度不足的长度和。

根据上述式(1)～式(7)可得:

采用该算式可计算斜拉索安装时的牵引力，并根据牵引力的能力确定斜拉索安装就位的方法(软牵引和硬牵引)。

2.2 计算结果

计算结果见表1。按控制点距离和下料长度计算牵引力，由表1可知S7/S8，M7/M8牵引力超出卷扬机能力，故需下放塔端锚杯分丝，分别下放0.5 m和1 m，即1号～6号索采用软牵引，7号～8号索采用硬牵引。

表1 计算基本参数及结果

3 挂索施工技术

3.1 施工工艺及流程

1)短索(1号～6号斜拉索)。固定端梁面滑车组牵引到位，斜拉索装船运至主塔墩下，利用塔吊将成盘斜拉索吊起，放置在主塔墩下150 kN放索盘上(铁路面)。利用塔吊完成塔端挂设及桥面脱空展索，张拉端锚杯螺母戴平扣。梁端锚杯使用桥面200 kN牵引滑车组牵引到位(锚杯螺母按设计位置旋入锚杯)。

2)长索(7号～8号斜拉索)。固定端梁面滑车组牵引到位，张拉端硬性牵引。7号～8号斜拉索最大重量10.34 t(含PE护套及锚具重量)，超过塔吊最大吊重(10 t)。采用边跨侧塔吊将成盘斜拉索吊起，放置在边跨侧150 kN放索盘上(铁路面)。利用50 kN卷扬机将150 kN放索盘牵引至塔下挂设位置，利用塔吊完成塔端挂设及桥面脱空展索。通过6500 kN张拉杆后接2000 kN张拉杆的方法将张拉端锚杯下放一定距离，减小梁端牵引力。梁端锚杯使用桥面200 kN牵引滑车组牵引到位(锚杯螺母按设计位置旋入锚杯)。塔端硬性牵引至锚杯螺母戴平扣，塔端张拉到设计位置。

3.2 设备配置

1)塔顶。塔顶进人洞口布置一台50 kN卷扬机，用于塔内张拉机具垂直变位。2)塔内。塔内平台主要采用普通钢管脚手架通长架设，对应两个进人洞设置垂直爬梯，每一段垂直爬梯高度在7 m设置休息平台，垂直爬梯左右错开布置。在1，3，5，7号斜拉索齿块处各设一个操作平台，作为张拉设备承载平台。单塔张拉设备含4台6500 kN千斤顶、4台10 L电动油泵、4台6500 kN张拉撑脚、4根6500 kN张拉杆、2根2000 kN张拉杆(7号～8号索塔端硬性牵引)及配套螺母等配件。张拉撑脚、连接套、拉杆螺母安全系数不小于2.0，使用前在厂家做静载试验。拉杆、螺母、连接套具均采用40Cr钢制造。3)梁面。单塔布置150 kN放索盘1台(铁路面)、单轴小车4台、50 kN卷扬机5台(其中4台放于梁面放索及牵引，1台放置在铁路面牵引150 kN放索盘)。4台50 kN卷扬机分别固定在跨中上、下游侧桥面上，与梁端200 kN滑轮组组成200 kN卷扬机牵引系统。考虑到主梁的结构形式，在上弦面顺桥向设置两条2.5 m宽的展索通道。

3.3 挂索工艺

3.3.1 施工准备

1)成品索的检验。斜拉索出厂前按设计要求，对斜拉索有关性能进行检验。成品拉索检验超张拉取1.2倍～1.4倍设计索力;冷铸锚在工厂内必须逐个试拉，冷铸锚板内缩值不宜大于5 mm。2)索导管的处理。斜拉索锚杯外径与索导管的内径相差很小，挂索时极易产生位置偏差，从而造成锚杯外丝扣和斜拉索PE保护套的损伤，因此斜拉索挂设前应对塔、梁端的索导管进行全面的检查，对索导管内的焊渣、毛刺等进行打平磨光。3)安装设备检查。测量塔柱锚槽尺寸，检查塔柱内脚手架、斜拉索放索滑道和塔顶起吊支架设施，检查卷扬机制动器、开关箱、钢丝绳的磨损状况，转向装置是否符合受力要求。

3.3.2 斜拉索上桥

1)1号～6号斜拉索上桥。斜拉索船运至主塔墩处，利用塔吊将成盘斜拉索吊起放置在主塔下150 kN放索盘上。成盘斜拉索起吊时设3个吊点，采用专用吊装带以避免损坏PE护套和碰损锚杯螺纹。2)7号、8号斜拉索上桥。7号、8号斜拉索最大重量10.34 t(含PE护套及锚具重量)，超过塔吊最大吊重(10 t)。成盘斜拉索通过汽车运至边跨281号墩、286号墩，通过50 t塔吊将成盘斜拉索吊装上桥，放置在边跨侧150 kN放索盘上(铁路面)。铁路面50 kN卷扬机将150 kN放索盘牵引至塔下挂设位置。

3.3.3 塔端挂设

塔端挂设前在桥路面进行短距离展索，将斜拉索展开10 m左右长度。塔顶50 kN卷扬机的钢丝绳穿过塔内转向滑车和锚杯螺母，然后从索导管穿出，放到梁面并与锚杯牵引板相连。在距锚杯6 m～9 m处的索体上利用100 kN专用软质吊装带设置吊点。在起吊时，启动塔顶50 kN卷扬机，塔吊与塔顶50 kN卷扬机相互配合将斜拉索张拉端锚杯牵引至塔端索导管，并牵引出塔端锚垫板约20 cm，此时将锚杯螺母旋入锚杯至平扣。在斜拉索进索导管处垫胶皮以防磨损PE套，同时利用塔外活动吊篮撤除索体吊点。塔内开始安装张拉机具，7号、8号斜拉索张拉机具安装完毕后，在6500 kN张拉杆后端安装2000 kN张拉杆，将塔端锚杯分丝板下放一定距离，减小梁端牵引力。

3.3.4 桥面展索

在塔端挂设完毕后，150 kN放索盘上还存有部分拉索，在放索盘上散开的索体上用100 kN软质吊装带设置单吊点，塔吊提起索体，直至固定端锚杯脱离放索盘1 m左右，停止提升。上弦面50 kN卷扬机上钢丝绳与锚杯连接，在展索通道梁端对应位置设转向滑车，塔吊继续起吊，直到梁端锚杯高于钢梁上桁面1 m～2 m。50 kN卷扬机启动，50 kN卷扬机收绳的同时，塔吊同步放下索体，直到摘除吊点，固定端锚杯在梁端临时固定，桥面展索完毕。在塔吊放下索体的过程中，索体与梁面之间间隔4 m～5 m设置一单轴小车，固定端锚杯下设置锚杯小车，以防索体护套与锚杯丝扣受损。

3.3.5 梁端安装

在距梁端固定端锚杯6 m处索体上安装200 kN专用哈弗夹，用200 kN软质吊装带设置牵引点，与梁面200 kN牵引系统相连。启动梁面牵引系统，在锚杯牵引到距梁面索导管口2 m～4 m时，在索体上安装50 kN软质吊装带，利用桥面门架提升索体，使锚杯从导向托架上顺利通过。在锚杯下端口刚好位于梁面索导管下端口时，提升索体来逐步提高锚杯的倾角，使其与索导管倾角轴线相同。当锚杯全部进入索导管时，在索导管下端口上铺设橡胶皮，严防后期索体与索导管下端口直接接触造成损伤。当锚杯外露出梁下锚垫板5 cm～10 cm时，停止牵引，在梁下将锚固螺母旋入锚杯3丝扣～4丝扣，以保证后期牵引安全，按上述方法循环进行，同时不断旋紧锚固螺母，直至锚杯牵引到位。

3.3.6 塔端硬性牵引(7号～8号斜拉索)

单根斜拉索梁面牵引结束后，即进行小吨位塔端硬性牵引，因张拉千斤顶油缸行程为200 mm，需往复张拉多次方可将锚杯拉出塔端锚垫板。当6500 kN张拉杆伸出千斤顶后端15 cm～20 cm时，锁紧6500 kN张拉杆副螺母，拆除2000 kN张拉杆，在千斤顶后端将6500 kN张拉杆锚固螺母锁紧，继续反复张拉，当锚杯外露出锚垫板7 cm～10 cm时，停止张拉，在塔内将锚杯锚固螺母旋入锚杯3丝扣～4丝扣，继续张拉，当锚杯锚固螺母旋入锚杯一半丝扣时回油，当锚杯锚固螺母在锚杯上戴平时塔端硬性牵引结束。

4 结语

1)针对钢桁梁斜拉索下缘锚固的特点，采用桥面展索和脱空展索相结合的展索工艺，与钢桁梁上弦展索工艺相比，操作简单。2)基于ERBST理论的简化计算，分别针对短索和长索采用软、硬牵引相结合的技术进行挂设，并巧妙利用塔吊、卷扬机和人工配合进行塔端斜拉索吊喂，使挂索更有效率，确保了挂索质量。3)斜拉索桥面展索与梁端安装采用桥面门架与桥面牵引相结合的方法，确保了斜拉索不受损伤和梁端斜拉索的安装质量。

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