预应力混凝土箱梁自锚式悬索桥体系转换施工技术

李维生，张其玉，朱 健，刘 苗

(1.中交二公局第二工程有限公司;2.牡丹江市市政工程重点指挥部)

0 引言

自锚式悬索桥体系转换是采用“先梁后缆”、张拉吊索的方式，将支撑在临时支架上的梁转换为吊索弹性支撑的施工方法，牡丹江市西是一条路跨江大桥根据本桥的工期要求及监控单位提供的转换方案进行比选，选择正确的转换方法将最为关键的体系转换顺利完成。

1 工程简介

牡丹江市西十一条路跨江大桥主桥采用(60+140+ 60)m两塔三跨混凝土自锚式悬索桥桥型方案，主塔采用钢筋混凝土结构，总高度50m，桥面至塔顶高度29m，至主索鞍底面25m。主缆施工采用预制平行钢丝索股逐根架设的施工方法(PPWS)。主缆共2根，每根内含37股平行钢丝索股，每股含127丝直径5mm的镀锌高强钢丝，单根共4699丝。吊索采用121φ7mm高强镀锌钢束，全桥左右幅共计90根，其中边跨36根，自塔根向边跨方向编号为S1～S9，中跨54根，自塔根向跨中编号为M1～M14，其中M1吊索最长26.717m，M14最短5.276m。吊索通过箱梁内部预埋锚管锚固与箱梁底部，纵向间距5m，左右幅间距27m。

图1 吊索布置图(单位mm)

2 方案确定

2.1 方案比选

体系转换施工是自锚式悬索桥施工中最为重要的一环，预应力混凝土箱梁悬索桥体系转换受预应力施工及二期荷载(桥面铺装等)施加的影响，即体系转换必须在箱梁预应力施工完成后进行，二期荷载何时及以何种方式施加决定体系转换方案，经与监控单位沟通，本工程前期有以下三种方案可供选择。

根据对现场施工情况及牡丹江水文气候的分析研究，并结合体系转换施工操作过程的难易程度，最终确定采用方案二组织施工。

表1 施工方案比选表

2.2 方案概述

体系转换的原理是通过施加外力，使箱梁重量由现浇支架逐步转移到缆吊系统上。在空缆状态下，通过接长杆及张拉、锁定螺母配合千斤顶逐根分级施加拉力，达到设计要求后锁定永久螺母，完成体系转换。

吊索张拉采用一次张拉的方式，其中M1～M8、S1～S9、M14均为一次张拉到位，M9～M13多次循环张拉到位。每次张拉南北、左右对称4根(M14为2根)同步进行。最大张拉力为3000kN，配置16套千斤顶，至少4套油泵。

吊索张拉顺序整体上为由塔根向边、中跨方向进行，并且边、中跨交替张拉，箱梁理论最大抬升高度为边跨9mm，中跨153mm。为了保证桥塔受力的安全性，在吊索张拉过程中桥塔的偏位不应超过5cm。因此在吊索张拉过程中设置了4次鞍座顶推，以释放桥塔弯矩，最后一次顶推时的鞍座压力最大，为61226.3kN。

3 施工工艺

3.1 施工准备

利用贝雷梁下弦杆为支撑，横向铺设10×10cm方木，间距30cm，其上满铺15mm厚竹胶板，作为行人通道和施工平台。

配置16套350t千斤顶用于吊杆张拉。顶推过程中单个索鞍最大横向阻力为1836.8kN，使用8台200t千斤顶及4套油泵进行索鞍顶推工作。

3.2 施工过程

3.2.1 吊索张拉

(1)张拉过程控制

吊索张拉应在同组4根吊索全部准备完毕后开始，设总指挥1人，协调4点同步，每点配置技术人员1名，与总指挥沟通，出现异常情况及时汇报，待处理完毕后4点再同步张拉。目标张力大于500kN的要按照500kN分级加载。同时需注意一级荷载内千斤顶伸长量不得超过18cm，否则回油后再行张拉。

(2)临时锚固与永久锚固

所谓临时锚固是指M9～M13吊索需要多次反复张拉，每次张拉完成后需要用临时锚固螺母将吊索锚固，当吊索锚头开始露出锚垫板时受到转换螺母尺寸影响，临时锚固需要增加垫板，务必保证垫板防止平整，避免失稳。所谓永久锚固即吊索按照要求张拉到位后将永久螺母旋紧。

吊索张拉过程以应力和应变双重控制，其中永久锚固时以应变控制为主，以应力控制为辅;临时锚固时以应力控制为主，以应变控制为辅，且不得超过允许偏差，否则应停止张拉，分析原因。问题解决后再继续施工。

待全部张拉完成后利用玄振式索力计逐根测量吊索应力及通测主缆线型，对异常部位进行精确调整。整个体系转换过程中需要保证散索套纵向可以自由活动。

3.2.2 主索鞍顶推

在吊索张拉过程中主索鞍将逐渐顶推到位，本工程共分五次顶推，每次顶推量分别为70mm、44mm、50mm、50mm、42mm，四个塔顶需同步进行，并分级完成，如第一次顶推70mm，分为3级顶推。第1级顶推30mm，四个塔顶的顶推量都达到并检查无误后，各塔顶再顶推20mm;四个塔顶的顶推量都达到50mm并检查无误后，各塔顶再顶推20mm。所有塔顶都达到70mm(误差不大于±2mm)后，将主鞍座与塔顶纵向活动锁定。

3.2.3 施加配重

本方案考虑在张拉过程中沥青铺装层及路灯等附属重量以配重形式施加，以主跨跨中为原点，在纵坐标为－110～－85m、－45～45m、85～110m范围内施加100kN/m的压重。利用现场河砂作为压重材料，为保证桥面清洁，压重下面铺设一层土工布或彩条布，在防水层施工前需对桥面进行冲洗，以保证防水层施工质量。

3.2.4 测量监控

对于混凝土箱梁，在体系转换过程中内力较为复杂，模拟计算偏差较大，为保证工程质量及施工安全，每次只能张拉几根吊索，且每根吊索张拉完成后均需测量临近几根吊索索夹标高及主塔偏位，每次几根张拉完成后需通测主缆线型、主塔偏位及箱梁标高，以作为下次张拉的计算依据。根据施工过程分析，测量监控务必选择气温稳定时间段进行。

3.3 数据分析

(1)梁体抬升

体系转换在保证箱梁、主塔、主缆及吊索等受力满足要求的前提下，梁体能否抬升起来即梁体是否脱离支架是检验体系转换成功与否的重要指标。通过逐根张拉、主索鞍顶推及最终的微调后，确保每根吊索最终张拉在2200kN左右。

对比体系转换前后箱梁底标高数据，梁体整体均有抬升，其中M14最大112mm，北边跨S9最小8mm，标识着梁体顺利脱离支架。体系转换获得成功。

(2)桥塔偏位

通过对体系转换过程中每次张拉完成后测量数据分析，最大偏位为35mm，偏向边跨，小于50mm的限值，最终成桥状态下桥塔偏位为8mm，满足规范要求。

(3)其他数据分析

通过对边墩处支座及散索套基座的定点观测，体系转换前后主梁纵向向跨中平均移动26.75mm，与监控计算模型基本一致。

成桥状态下主缆线型(各索夹处参数)南北、上下游均比较对称，南北最大偏差12mm，上下游最大偏差10mm。

4 结语

由于准备比较充分，并严格按照监控指令每组同步分级张拉、观测，以实测数据指导下组吊索张拉参数，整个过程内力控制、梁体抬升、主缆线型及桥塔偏位等控制指标均满足规范要求，达到了预期目标，工程体系转换顺利完成。其施工工艺可以为其他同类型桥梁施工提供借鉴。

［1］ 城市桥梁工程施工与质量验收规范(CJJ2－2008)［S］.中国建筑工业出版社.

［2］ 钢结构设计规范(GB50017－2003)［S］.中国建筑工业出版社.