整束挤压式吊杆安装及张拉施工关键技术

周伟明

(中铁二十四局集团安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011)

1 工程概述

1.1 总体概况

阜阳市向阳路颍河大桥位于安徽省阜阳市境内，主桥跨越颍河，贯通颍州区及颍东区。跨颍河河槽主桥为下承式梁拱组合体系钢结构拱桥，主跨跨径布置为(47+148+47)m，宽42 m，采用双向8车道布置，钢结构总质量为 9 032 t。拱圈采用矩形钢箱拱，标准断面尺寸为2.0 m×2.4 m，拱圈顶部设置一道X形钢箱结构风撑。主桥中跨桥面系为正交异性钢桥面，两侧设箱型钢纵梁，断面尺寸为2.0 m×2.5 m，两侧纵梁内各设置4束钢绞线作为柔性系杆。两侧钢纵梁间设整板式横隔板，横隔板与钢纵梁(系杆)之间采用高强螺栓栓接[1]。主桥桥型布置如图1所示。

图1 主桥桥型布置示意(单位：cm)

1.2 吊杆体系

吊杆直接承受梁部恒载及汽车、人群、积雪等活载，是拱桥传力链中的重要一环，对结构安全系数要求较高。本桥吊杆选用可更换的GJ15-φ15.2 mm型环氧无黏结钢绞线整束挤压式吊杆体系，钢绞线标准抗拉强度为 1 860 MPa，弹性模量为195 GPa。吊杆顺桥向吊点间距6 m，横桥向同一编号的吊杆平行且中心间距35 m，全桥共设42根吊杆。吊杆采用HDPE护套保护索体，护套外表面设置凸起螺旋线，以防止风雨激振。吊杆上、下端锚点均为穿销铰式锚板构造，上、下端分别锚固在拱圈及钢纵梁的耳板上，张拉端设在吊杆下端。吊杆索体断面见图2。

图2 吊杆索体断面

2 吊杆安装关键技术

2.1 吊杆既有安装技术

为方便吊杆安装及后期维护更换，整束挤压式吊杆体系的固定端及张拉端锚点均采用穿销铰式锚板构造。传统的吊杆安装方法大多采用汽车吊配合云梯或采用汽车吊悬挂吊篮等工装进行安装。由于锚点销轴允许公差极小，安装匹配精度高，传统安装方法操作难度大，精确对孔耗时长，作业效率低下。另外，长时间高空作业也增加了施工安全风险。

基于传统吊杆安装技术存在的缺点，在吊杆安装前，总结并优化现有吊杆安装技术，并努力寻求整束挤压式柔性吊杆高效安装方案，其关键技术是研发了一种拱桥柔性吊杆高空安装操作平台[2-3]。

2.2 吊杆高空安装操作平台

拱桥柔性吊杆高空安装操作平台是以水平桁架为作业平台，在水平桁架的两侧设置竖向桁架构成“门”形框架。在水平桁架中间开设一个矩形孔，矩形孔的边框上焊接槽钢形成水平门框，水平门框的两侧框边上利用铰接销安装两扇钢板门扇。两侧钢板门扇相对的外侧边中间各开设半圆弧形槽口，门扇能向上翻转对开或关闭在水平门框上形成水平支撑架，并以一对半圆弧形槽口形成圆形通孔，吊杆在圆形通孔中穿过，能将吊杆上端吊挂在水平支撑架上。

水平门框是在水平桁架上先纵向后横向焊接一对槽钢，钢板门扇利用铰接销固定在横向槽钢上。在水平桁架上铺设有钢板网形成作业面，在竖向桁架的两侧边与水平桁架之间设置斜拉杆，增加结构牢固性。吊杆高空安装操作平台总体构造见图3。

图3 吊杆高空安装操作平台总体构造(单位：mm)

该吊杆高空安装操作平台水平桁架和竖向桁架的各杆件均采用20#槽钢，斜拉杆采用10#槽钢。在竖向桁架上设有吊孔，用于固定起吊设备的吊具钢丝绳，竖向桁架高1.7 m，宽1.0 m；水平桁架长3.68 m，宽1.00 m；纵向及横向槽钢长均为0.43 m。

2.3 吊杆高空安装流程

第1步，将吊杆运至待安装的耳板附近，在桥面上将吊杆摆平让其自由伸展，同时准备起吊设备。

第2步，将操作平台侧卧放置在桥面上，开启钢板门扇，将柔性吊杆的固定端自水平桁架底部穿过水平门框凸伸至水平桁架的上方并关闭钢板门扇，此时，吊杆的固定端吊挂在水平门框的支撑架上。

第3步，利用起吊设备起吊操作平台，调整起吊高度，吊杆固定端叉耳与拱圈耳板对孔后，穿插销轴及保险销，吊杆固定端安装完成。

第4步，下放吊杆安装操作平台，同时顺路拆除索体外缠包带，待吊杆安装操作平台下落至梁上耳板后移出吊杆安装操作平台，调整吊杆张拉端长度，将吊杆张拉端叉耳与梁上耳板对孔，穿插销轴及保险销，吊杆张拉端安装完成。

吊杆高空安装现场见图4。

图4 吊杆安装现场

2.4 吊杆安装注意事项

1)吊具和连接件必须安全可靠且有足够的承重安全系数，活动部位须有限位和保险装置[4]；

2)吊杆吊装时，注意对叉耳和索体HDPE护套进行保护，不得损伤，如有损伤应及时处理；

3)吊杆安装时，起吊设备牵引速度不宜过快，同时应点动进行提升，以防止索体HDPE护套被刮伤;

4)吊杆安装后，按设计要求调节螺母旋合尺寸；

5)吊杆安装就位后，立即拆除索体外缠包带，索体外表面不得残留有缠包带等易燃物，防止现场火源引燃索体，并将拆除的缠包带及时清理，不得散落和堆放在桥位处留下火灾隐患。

3 吊杆张拉关键技术

3.1 总体张拉方案

吊杆采用双顶对称同轴专用张拉工装进行张拉。为保证桥梁受力平衡，对同一编号的4根吊杆同步张拉(跨中11#吊杆为2根)，通过MIDAS/Civil程序对不同张拉工况进行有限元分析，确定最合理的张拉顺序为(6#-5#-7#)-(8#-4#-3#)-(9#-10#-11#)-(2#-1#)。吊杆按设计各阶段的索力分级张拉，每级张拉持荷5 min，张拉到位且油泵回油1 min后开始进行吊杆索力及桥面线形测量。吊杆索力偏差控制在设计索力的±5%以内[5]。吊杆各阶段索力见表1。

表1 吊杆各阶段索力 kN

3.2 吊杆张拉工装

基于整束挤压式吊杆体系的构造特点，为顺利完成该类吊杆的张拉施工，研发了双顶对称同轴专用张拉工装与之配套施工。张拉工装主要由上、下索夹，张拉杆，千斤顶，张拉螺母等部件组成。工装各主要部件组装顺序如下：

第1步，安装上、下索夹，并与吊杆索体同轴；

第2步，将千斤顶置于上索夹支撑板上，保持止口对应；

第3步，将张拉杆自上而下穿入上、下索夹，并与吊杆索体平行；

第4步，将张拉螺母旋入张拉杆，对中千斤顶活塞止口；

第5步，连接油泵油管及压力表，准备张拉。

3.3 吊杆张拉流程

第1步，安装张拉工装，连接油泵油管及压力表；

第2步，同时启动同一编号吊杆的4台油泵，缓慢平稳进油并注意观察，确保4台油泵协调同步；

第3步，根据吊杆设计索力和桥面线形控制吊杆张拉，同一编号各吊杆索力应对称、分级、同步加载，边张拉边旋紧调节拉杆[6]；

第4步，吊杆张拉至设计索力且桥面线形调整合适后，旋紧调节拉杆及锁紧螺母；

第5步，复测吊杆索力，满足设计及监控要求后卸除张拉设备;

第6步，安装吊杆配件及部件防腐等[7]。

吊杆张拉现场见图5。

图5 吊杆张拉现场

4 结论

颍河大桥主桥采用整束挤压式吊杆体系，基于该类吊杆施工，研发了拱桥柔性吊杆高空安装操作平台及双顶对称同轴专用张拉工装，仅用11 d就完成全桥42根吊杆安装及张拉施工，施工质量控制满足设计及监控要求。总结得出3点结论：

1)研发并获得了国家实用新型专利——拱桥柔性吊杆高空安装操作平台(专利号：ZL 2017 2 1279015.1)。该安装操作平台结构简单，制作方便，能高效完成吊杆安装，安装过程便捷，施工操作安全性好。

2)研发了双顶对称同轴专用张拉工装，该工装安拆方便，张拉同步，施工效果良好，很好地匹配了整束挤压式吊杆体系的张拉施工。

3)桥梁通车前，对全桥吊杆进行复测，与成桥索力值相比，吊杆索力最大偏差为4.7%,满足设计要求的索力偏差控制在±5%以内的要求。实践证明，吊杆从1/4跨开始的张拉顺序比较合理。