高速铁路斜拉桥斜拉索施工工艺及索力控制方法

刘海洋

[摘要] 商合杭高速铁路工程站前九标矮塔斜拉桥是标段控制性工程，桥梁总体设计为双塔双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥，斜拉索采用半扇形双索面布置，索体采用OVMAT-55群锚体系钢绞线斜拉索，斜拉索安装、张拉与主梁施工同步。本文以该桥的斜拉索施工为例，重点介绍了斜拉索的施工工艺和索力控制方法，为类似桥梁的斜拉索施工提供参考。

[关键词] 高速铁路  群锚体系斜拉索  施工工艺  索力控制

1工程背景

商合杭高速铁路工程站前九标矮塔斜拉桥总体设计为双塔双索面预应力混凝土结构，单塔横桥向左右各设8对斜拉索，纵桥向采用半扇形布置，全桥共32对斜拉索。索体采用OVMAT-55群锚体系钢绞线斜拉索，在塔端设置分丝管，通过抗滑键对斜拉索进行纵向锁定，防止钢绞线纵向滑移。根据设计要求，斜拉索各股钢绞线索力离散误差不得超过理论值的3%，相同编号的横桥向斜拉索之间的差值不得超过整索索力理论值的1%，整索索力误差不大于理论索力的2%，施工难度大，如何满足设计要求，成为本桥斜拉索施工的关键。

2斜拉索施工工艺

2.1施工工艺流程

斜拉索施工工艺流程[1]为：备料→安装预埋件→下料→安装锚具→挂索→第一次张拉→第二次张拉→安装减震装置→防腐处理。

2.2挂索工艺

挂索是斜拉索施工流程中最为关键的环节，需在锚固节段梁体混凝土达到设计龄期后进行。挂索包括穿索，斜拉索张拉，锚具、减振装置安装，以及斜拉索防护[2]。

（1）穿索

首先，由于塔端单侧双向防滑组件安装在边跨侧，挂索时应从边跨侧向中跨侧穿索。穿索从上方锚板孔开始，顺序为：从顶部到底部，从内部到外部。手动将钢绞线拉到穿索机的后部，拆下在张拉工作长度内的PE护套，保留中心丝用于牵引，切除钢绞线周围的6根钢丝。手动将钢绞线穿过穿索机中的咬合轮，将其沿着PE套管输送到边跨塔端分丝管口，然后沿着相应分丝管、顺着中跨侧HDPE套管输送至中跨侧梁端索导管口。将牵引绳从梁底穿过撑脚上的蜂窝板孔和相对应的锚垫板孔，使用连接器与钢绞线上预留的中心丝连接，把两端钢绞线牵引出洞口至规定预留长度并安装夹片锁定。

（2）张拉

斜拉索钢绞线穿索完成后即可进行张拉，循环55次后整束斜拉索全部穿索张拉完成。单根张拉顺序为：先张拉不带抗滑键的一端，让抗滑键紧贴锚垫板;再根据张拉力以及钢绞线设计伸长量，同时张拉钢绞线两端。

使用YDCS160千斤顶进行张拉时，注意及时记录张拉油压，张拉力，传感器读数，初始油压，初始测量值，最终测量值和回缩值等数据。

（3）锚具、减振装置安装

在单根斜拉索钢绞线的第一次张拉完成后，安装塔侧防滑装置，其包括防滑键，防滑插件，塔侧锚固缸和防滑螺母。在完成斜拉索钢绞线的第二张拉之后，梁端减振器、索箍安装等工作开始。

（4）斜拉索防护

在梁端减震器、索箍安装完成后，安装索导管口、钢绞线和锚具等防护装置。

3索力控制方法

3.1索力测试原理

该桥采用环氧涂层高强度钢绞线作为拉索，索力测试基于张力弦振动理论，通过测试拉索振动的基频来计算索力值。根据索力的动态监测结果，进一步引导随后的钢绞线张拉的索力控制。

（1）振动频率法计算原理

使用连接到斜拉索的高灵敏度传感器收集激励下拉索的振动信号。在对振动信号进行频谱滤波，放大和分析等之后，可以确定斜拉索的固有频率，并且根据固有频率和索力之间的关系得到索力。

（2）自振频率的确定

斜拉索抗侧向变形的刚度由斜拉索的物理刚度和几何刚度组成。在桥梁的正常运行阶段，斜拉索的刚度主要由几何刚度提供。因此，在振动频率法中，可以忽略斜拉索的抗弯刚度，这不仅大大简化了拉索的固有频率的计算，而且对索力计算结果的影响也很小。

（3）拉索振动长度的确定

在振动频率量测法中，如何确定拉索的振動长度对于精确计算索力也是至关重要的。在安装施工阶段减振器之前，索长计算长度一般取拉索上下两个索孔出口处锚板中心的空间距离。安装减振器后，减振器相当于附加支撑，整根拉索被减振器分隔成三段：中间长、两端短;减振器对拉索有一定的约束作用，减小了拉索的自由长度，拉索的振动长度应根据实际情况予以纠正。

3.2索力控制流程

（1）斜拉索初张拉阶段

在斜拉索张拉过程中，由监控单位发出监控指令，提供单钢索线力值的初始张力，通过斜拉索上的压力传感器实时监测索力。在第18根钢绞线、第36根钢绞线以及55根钢绞线张拉完成后，设置三个阶段的动态监控流程。

斜拉桥各构件在挂索过程中是一个渐变过程，因此在挂索时，每一根拉索的索力是同步发生变化的。制作安装平行钢绞线拉索的关键是控制单根钢绞线索力均匀性（索力离散性）。因此，在本工程中采用等值张拉力法控制单根钢绞线索力均匀性，同时进行钢索张拉。操作步骤如下：

①在张拉端第二排的第1根钢绞线上安装压力传感器，控制索力为P传单，以减少PE管对控制索力的影响。

②后续按压力传感器变化值控制每根钢绞线索的张拉力，索力为：

单根钢绞线索的控制初张力为：

张拉设备及配套用压力表和测力传感器是控制索力的关键，其性能和质量是实现设计索力最有效的保障。因此施工单位要严格把控张拉设备及配套用压力表和测力传感器的进场质量。每次斜拉索张拉前，必须对张拉设备进行校准，张拉设备用压力表和测力传感器必须经过检定和校准，满足要求后方可进场使用。斜拉索张拉过程中，现场需配备5套张拉设备及配套用压力表和测力传感器，其中1套备用。斜拉索张拉要求横桥向左右同步进行，纵桥向对称张拉。

温度变化会影响斜拉索的长度，进而影响拉索力。为减小温度对拉索力的影响，斜拉索张拉应在一天中温度较低的时段进行，必要时夜间张拉。为保证施工质量，应计算张拉前钢绞线伸长量。钢绞线张拉力应基于油压表测定的索力值，以伸长量作为校核。张拉前后需要观测索塔与主梁间的变位情况。

（2）斜拉索二次调索阶段

为了使每根索中的钢绞线受力均匀，还需要在桥梁结构完成后对斜拉索进行二次调索。在挂索之前，选择一根不受外界影响的钢绞线，在其上安装监测传感器进行监测。监测传感器安装顺序为：支座垫板→监测传感器→单孔工作锚。

4结语

作为斜拉桥的重要受力构件，斜拉索的施工质量十分关键，关系到整个桥梁的安全性和耐久性。本工程应用的OVMAT-55型群锚体系钢绞线斜拉索具有运输简便、重量轻、可更换、张拉简便、维护简单可靠的特点，在国内的桥梁建设中的应用越来越多。本文以商合杭高速铁路跨颍河矮塔斜拉桥为例，介绍了群锚体系斜拉索施工工艺流程和等值法张拉控制过程，对类似桥梁的斜拉索施工提供一定的参考。

参考文献

[1] 龙跃， 吴秋凡. OVM200钢绞线群锚斜拉索的构造及施工工艺[C]// 中国土木工程学会桥梁及结构工程学会年会. 1996.

[2] 陈新培， 王二强， 姜洪伟. 平行钢绞线斜拉索施工工艺[J]. 低温建筑技术， 2014， 36（12）：72-74.