浅析钻石型双塔双索面斜拉桥斜拉索安装工艺

(中国公路工程咨询集团有限公司(武汉)建设分公司，湖北 武汉 430056)

1 工程概况

某长江特大桥设计为钻石型双塔双索面钢箱梁斜拉桥，塔高227.1 m，全桥共设有84对平行钢绞线斜拉索，钢绞线设计的股数分别为22、27、31、37、43、55等6种类型，采取塔上张拉。斜拉索为φ15.24高强低松弛环氧喷涂钢绞线索，钢绞线公称φ15.24 mm，面积A=140 mm2。标准强度f=1860 MPa，E=1.95×105 MPa。斜拉索由单根包扎PE材料环氧钢绞线组成，外层为HDPE套管。

2 斜拉索结构

设计单位确定本项目斜拉索采取两次张拉完成，第一次为单根张拉斜拉索设计的60%～70%，第二次为整体张拉斜拉索索力的30%～40%，按照设计图纸，需要在斜拉索张拉端设计并安装支承筒方可具备斜拉索整体张拉要求。

3 斜拉索安装工艺

3.1 制作施工平台及通道

塔顶支架：制作由横梁、立柱以及斜撑构成的门架式结构钢支架，安装在塔身四周作为塔外平台、塔内平台以及锚具吊装时的主要受力部件，设计荷载50 kN。

塔外平台：结合该工程塔柱结构形式和现场工作环境，采用专门设计制作的升降式平台。

塔内平台：结合该工程现场环境和单根挂索与整体张拉操作空间不同，需要在塔内设置上下两层垂直升降悬挂式平台，必要时可交互使用。

3.2 锚具安装及注意事项

1)在安装锚具前，锚孔与其对应的孔号应进行编号，并保证排气孔在上，注浆孔在下。

2)中跨和边跨锚具的锚板上可见成排中排孔的中心线须调整到同一个垂直平面内。

3)锚垫板(承压板)的中心线与锚板的中心线应尽可能保持一致，且偏差值不得大于5 mm。

4)中、边跨锚板的对应锚孔必须保证互相对齐，以确保各钢绞线之间平行。

3.3 管套焊接安装

1)根据HDPE管套的管径，设置调整焊接设备的参数。

2)将HDPE管套放在焊接机两侧设置的支撑架上并确保其成一线齐平，然后去掉外包装保护膜。

3)将HDPE管套焊接端部靠紧对齐，必要时对HDPE管套适当调整以使两管轴线在同一水平线上。

4)先将2根HDPE管套分开，然后把电铣刀放入两管之间，启动电源，对两管端头进行刨平处理。

3.4 管套加热焊接

1)移去电铣刀，检查两管端部平直度是否达到要求。

2)把加热板放入HDPE两管之间，两HDPE管端部必须贴紧加热板，根据工艺要求(温度、压力)进行热熔焊接。

3)将已焊好的HDPE管移至焊接机一端，在另一端放置下1根HDPE管。

3.5 管套吊装连接

将HDPE管套运输至塔柱下方沿桥面纵向展开，在HDPE管套两端安装抱箍后再穿入钢绞线，使用塔吊将HDPE管上端吊至塔外预埋索导管管口。将钢绞线穿入塔内锚具并固定，再用手拉葫芦将HDPE管上端临时固定在塔柱上的预埋索导管管口，同时使用手拉葫芦将HDPE管套下端牵引至梁端预埋索导管管口，并将钢绞线穿入梁端锚具内，固定张拉钢绞线挺抬起HDPE管套达到设计规定的角度。

3.6 单根钢绞线安装

3.6.1 单根穿索顺序及注意事项

按照先穿上排孔，后穿下排孔的顺序进行，既要确保固定端与张拉端的锚孔相互对应，又要保证主、边跨塔梁受力误差控制在设计允许的范围内。

注意事项：要在转角、管口处和桥面用衬垫橡胶垫，保护钢绞线HDPE管壁不受损伤；可用手电检查预埋索导管和HDPE管内部情况，防止发生旋转、打绞、扭曲现象；塔内和桥面操作人员在牵引钢绞线时要保持通信联系，加强检查，确保每个孔位相互对应，避免发生错孔、牵引绳与已穿好的钢绞线打绞，以及挂好的钢绞线之间打绞问题。

3.6.2 准备单根钢绞线张拉数据

1)监控单位根据设计和现场实际工况，计算得出安装斜拉索时的控制张拉力，并将书面监控指令发送给斜拉索安装专业分包单位。

2)监控单位根据斜拉索安装控制张拉力作用情况，结合斜拉索锚固点计算并出具临时相对位移变形量，此项数据是该索所在竖直平面内下端锚点竖向和上锚点水平位移值。

3)按照设计确定主梁的相应截面物理参数；斜拉索钢绞线的物理和几何参数由产品供货商提供。

4)根据监控单位指令，单根钢绞线安装时张拉至设计索力60%～70%。

5)索力大小按下式确定：

式中：N—斜拉索控制力

n—斜拉索孔数

δ—斜拉索安装前、后的主梁锚点标高抬高量理论值(监控单位提供)

α—拉索设计仰角

ε—锚具变形及夹片回缩量，取5 mm

ECA—钢绞线弹模截面面积

l—斜拉索索长

3.6.3 单根张拉原则

1)第1排：第1排钢绞线承载着HDPE管套的自重，为尽量缩小HDPE管套对单根张拉力造成过大的非线性影响，其张拉力是由该管套的垂度而定。

2)第2排第1根：为避免单根挂索之后对索力进行大调整，可根据整束拉索索力均衡之后的情况，对索塔及主梁的变形量进行适当的修正，使单根索力安装完成之后的累计值与设计值接近。

3)第i根：Ti=Ti1-i第i根安装i时传感器变化值。

4)第1排补拉时按Ti=Ti1-i控制方法确定。

3.6.4 单根张拉过程

1)将张拉端的钢绞线装上临时夹片锚固后，再将YDCS160-150千斤顶安装到位并用胶带在钢绞线相应部位标记测量基准点。

2)首先由固定端开始张拉至单根绞线控制应力的15%时测初始伸长值。

3)使用压力表对最后一级张拉力进行控制，若一个行程未达到设计要求，应使用连续张拉装置进行反复的张拉达到动态控制应力值。

4)压力传感器应安装在第2排第1根钢绞线上，按照控制应力的100%进行控制，并记录此时传感器上显示的数值。

5)第2根及以后的每根钢绞线根据应力传感器测的变化值进行控制。

6)最后一根钢绞线张拉完毕后，可拆除应力传感器，并根据测得的变化值对第一排钢绞线进行补张拉后锚固。

3.6.5 单根张拉技术要求

张拉作业过程，固定端的夹片应同步跟进；张拉端锚固时，亦同样保证夹片平整；对待安装的夹片是否完好进行检查，严禁使用开裂的夹片；单根进行张拉时，同主塔所对应的中跨和边跨各索钢绞线的根数偏差不能超过3根；同一束的斜拉索每根钢绞线的应力差应不大于2%，每号索的总索力差值不大于1%。

3.6.6 索力均匀性控制

挂索前，应将传感器安装在不受外界因素影响的某一根钢绞线上，张拉施工时应当按照传感器监测的变化值对每根钢绞线的拉力进行控制。采用等张拉值法进行张拉，可有效控制每根索中各钢绞线索力的均匀性，张拉时以控制压力表的读数为准，辅助运用传感器的读数进行复核监测。

3.6.7 整体张拉及调索

钢绞线束的整体张拉及索力的调整通常使用大吨位千斤顶进行张拉，一般由监控或设计单位提供张拉力。整体张拉依次安装：内衬套→撑脚→千斤顶→张拉螺母。

3.6.8 紧索

在安装减振器、索箍的位置填充1 m长的PE钢绞线作假索组成设计索形，用胶带缠绕后再缠上防护橡胶，最后使用专用紧索器将整束紧固成设计截面。

3.6.9 安装减振器

在减振器校正钢圈上安装半环挡板，并将减振块塞入校正钢圈内，用螺杆对好半环挡板孔位临时固定，整体推入预埋管内离管口10～15 cm，按照外涨内缩的原理，拧紧螺杆压紧减振圈使内外分别与索体和护管壁紧密贴紧，最后使用制作的钢板把减振器的校正钢圈与预埋索导管焊接固定。

3.6.10 安装桥面防水罩

防水罩采用防锈性能良好不锈钢304材料制成，将专用防水罩顺沿斜拉索放下，使其扣罩在预埋索导管口，利用齿口支承在预埋索导管上，检查PE管下端端口是否平齐，然后顺沿斜拉索放下PE管，并将PE管下端支承在防水罩的止口上。

3.6.11 斜拉索防护

为防止水汽和雨水对斜拉索的侵蚀致使斜拉索锈蚀，从而达到延长斜拉索耐久性和寿命的目的，必须采用技术处理措施将索体与外界进行隔离。

1)锚头内防腐措施。两端锚头内钢绞线PE管套在挂索和张拉时而切除，切除管套段锚具内外露的钢绞线必须灌注油性蜡进行防护。

2)夹片、锚头端面及外露钢绞线的防腐措施。必须对锚板及支承筒的外露部分涂上防腐油脂，并用密封胶带缠绕密封后在锚具上安装保护罩和在下端锚垫板上设置排水槽。

4 结语

斜拉索是斜拉桥的安全索，必须保证其施工质量，因此，斜拉索安装施工过程中既要执行国家、行业相关标准和规范，又要严格按照设计意图施工，施工人员应当准确掌握斜拉索吊装、张拉控制、防腐措施等施工工艺，施工技术管理人员应结合项目自身特点，运用严谨的施工组织、科学的施工技术、优良的施工工艺，保证斜拉索安装质量，延长使用寿命。