斜拉桥索导管及钢锚箱精准定位施工技术

袁 鸿，袁 涛

（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

洋塘大桥位于浙江省桐庐县，主桥为独塔双索面混凝土主梁斜拉桥，桥梁总长度为607 m。索塔为内倾式“H”形，横桥向内倾角度为1.62°，总高度为81.492 m，桥面以上索塔高度65 m，塔柱中心间距为23.8~28.648 m。

为了使斜拉索受力合理及准确定位，并降低工程造价，采用上塔柱为内置式钢锚箱结构与中塔柱为预应力混凝土锚固结构相结合的锚固体系。其中，由于塔柱为内倾式，为避免拉索与导管口发生碰撞，对索导管的精准定位十分重要。钢锚箱与主塔之间依靠剪力钉连接，而钢锚箱之间采用焊接连接，混凝土锚固段采用牛腿进行锚固。因主塔预埋钢锚箱的制作工艺复杂，材料、精度要求高，钢锚箱的加工拼装是施工的难点。

1 索导管精准定位技术

斜拉索是连接主塔和主梁的纽带，而斜拉索导管是固定拉索的重要构件。索导管若定位不精准，会导致斜拉索和索导管管口发生摩擦，损坏拉索，直接影响工程质量和减少斜拉索的使用年限[1]。在斜拉桥施工过程中，为防止锚固端的偏位，保证索导管和拉索位于同一设计平面内，对锚固垫板中心和索导管中心的三维空间坐标定位具有很高的精度要求[2]。索导管的定位精度控制包括2 个方面：一个是索导管轴线与设计斜拉索轴线的相对偏差，不能超过±5 mm；另一个是锚固点的空间位置三维坐标偏差，不能超过±5 mm，且应同向[3]。

1.1 索导管三维坐标计算模型

索导管中轴线和设计拉索的相对定位精度直接影响索导管的定位精度，而索导管中轴线位置和设计拉索中轴线位置的相对偏差取决于索导管端口三维坐标的精度。由此可知，索导管的精确定位主要由索导管端口的三维坐标决定[4]。

索导管的三维坐标可分为平面坐标（x 和y 方向）和高程坐标（z 方向）两个部分。根据索导管的空间分布可知（图1），梁上锚固点至塔柱上索导管顶点斜拉索长S 为

图1 索导管空间示意图

式中：x1，y1，z1为梁上锚固点三维坐标设计值；x2，y2，z2为索导管顶点坐标设计值。

因此，由图1 可知，主塔处索导管中轴线出塔点坐标为

式中：α 为索导管与桥面投影夹角；β 为索导管在桥面投影与纵桥向夹角；索导管梁上锚固点坐标（x1，y1，z1）可由设计图纸得出。

以索导管中轴线为基础，根据实际锚固点和中轴线处出塔点的三维坐标关系可知，在斜拉索中心线处，即索导管中轴线处，x 轴方向与z 轴方向斜率成线性变化。因此，可通过索导管中轴线任一点处高程推算出该点的三维坐标。索导管任一点的定位数学模型可表示为

式中：kx、ky为乘常数；bx、by为加常数；zi为自变量，表示斜拉索中心线上某一点的实测高程；xi、yi分别是与zi相对应的斜拉索中心线上某一点所对应的x 和y 轴坐标值。

因此，可通过式（5），在施工过程中，每隔一段距离通过测量高程，便可以计算出在该点高程下的理论坐标，并与理论值进行对比，以确保索导管的精准定位。

根据式（1）—式（6）计算出东塔柱上索导管中轴线的相对坐标值见表1，结果显示索导管定位满足定位标准。

表1 东塔柱索导管C01-1 中轴线相对坐标值m

1.2 索导管精密定位装置

索导管精密定位装置由索导管定位板和专用小棱镜装置组成。其中，索道管定位板有锚固定位板和出口定位板2 种。锚固点定位板是用于观测锚固点中心位置的定位板，是一块与索导管内径尺寸一样的圆形盖板，并在四周焊接对称的4 块钢条，如图2（a）所示。在盖板中心有一个圆形冲眼，这个冲眼就是锚固点的中心。出口定位板是用于观测塔壁索导管出口处中心位置，是一块与索导管内径一致的半圆形盖板。使用时将半圆形盖板垂直并紧贴于索导管内壁，则该半圆形盖板的中心即为索导管的中轴线位置，如图2（b）所示。

图2 索导管定位板示意图

1.3 主塔索导管定位安装

首先需要确定塔柱内的三维坐标控制点，该控制点分为平面控制点和高程控制点。平面控制点可采用极坐标法进行确定，高程控制点可采用几何水准法或三角高程法进行确定。

再将塔柱内的基本控制点平移至平行于坐标轴的竖直面内，作为索导管及劲性骨架的平面定位控制点。在劲性骨架位置上焊角铁，用水准仪将高程控制点投影到角铁上所为竖直方向的基准面。根据索导管微调螺栓，如图3 所示，以竖直基准面和水平标志点对索导管进行管口位置微调。

最后，再利用布设的测量控制网和高精度全站仪在定位好的劲性骨架上测放出索导管的中心线和控制面处的索导管下缘切点。根据中心线和下缘切点牢固焊接固定架立杆，安装固定架横杆和圆弧板。

1.4 主梁索导管定位安装

由于主梁一直处于施工状态，从预制到拼装调索，索导管三维坐标一直随着主梁位置的变化而发生变化。因此，主梁索导管和主塔索导管的定位方法有很大区别。

索导管锚固点三维坐标可根据索导管长度、锚垫板厚度、索导管与梁面高差夹角等相对位置关系计算得出。在主梁上定位出索导管锚固点三维理论坐标值，并吊装安放索导管。再采用逐渐趋近法移动索导管，根据全站仪实测出索导管控制点的三维坐标，并计算出实测值与理论值偏差是否在允许范围以内。最后，用钢卷尺对索导管与主梁模板等重要部位的相对位置尺寸进行反复测量，符合要求后采取焊接的方法牢固定位。由于主梁施工时的施工线形与设计成桥线形有一定的预抬量ΔZ，在平面位置保持原设计值不变的前提下，将主梁索导管在竖向方向上进行整体抬高ΔZ。通过严格控制索导管与主梁的相对位置，可有效地保证索导管预制主梁和斜拉索之间的关系，确保了斜拉索的线形和工程质量。

2 钢锚梁安装技术

2.1 钢锚梁制作

本项目上塔柱的为内置式钢锚箱结构（拉索C09—C17）（图4），其内部结构如图4（a）所示。钢锚箱采用Q345qC钢材，侧板厚35 mm。由于侧板为主受力拉板，且厚度较厚，为防止层状撕裂，要求不低于Z15的性能要求，钢锚梁各截面尺寸如图5所示。支撑板和承压板直接传递索力结构，根据索力的大小，支撑板与承压板采用40 mm，端板厚度为30 mm；锚下垫板厚度采用80 mm。

图4 钢锚箱结构图

图5 钢锚箱立面图

索塔锚固区部分顺桥向预应力通过ΦS15.2-12 钢绞线施加，单端张拉，张拉端和固定端均采用低回缩量锚具，横桥向采用JL32 精轧螺纹钢。预应力均为“一”字形，4 组布置形成“口”形环向束。钢锚箱与混凝土塔之间依靠剪力钉连接，如图4（b）所示，锚箱阶段之间采用焊接连接。

2.2 钢锚梁安装

在牛腿的预埋钢板上放出钢锚梁横桥向两侧边线和两端边线[5]。安装时，直接将钢锚梁两侧对准牛腿预埋钢板上的放样线即可。钢锚梁安装定位可按如下步骤。

1）用塔机吊装钢锚梁，上塔柱钢锚梁采用塔机吊装，吊装尽量选择风速在10 m/s 以下的时段进行。每个节段上层钢锚梁采用临时支撑架支撑，钢锚梁采用四点起吊，锚梁临时吊点设置在锚箱顺桥向两侧，吊索采用Φ19 钢丝绳。

2）在主塔节段混凝土浇筑完成后，先定位下层钢锚梁，再用卷扬机将上层钢锚梁下放定位。在预埋钢锚梁两端底部埋件过程中，依靠定位后的模板系统形成单个塔柱的纵横轴线，利用纵横轴线分别对钢锚梁底部钢埋件的平面位置进行控制，埋件标高控制主要依靠模板顶标高进行控制。

3）利用索导管测量加工的定位板，测量出锚固点和出塔点的三维坐标是否符合设计和规范要求，进行微调，满足要求后固定。钢锚箱安装与节段混凝土施工异步进行，即若在安装3—4 节段的钢锚箱时，可浇筑第2—3 节段处的混凝土。钢锚梁安装采用塔机整体吊装进行安装。

4）主塔施工完毕后，对牛腿预埋板和钢锚梁进行检查测量，复测无误后施焊固定。

3 结束语

在主塔的索塔施工时需预埋索导管，该索导管的精准定位对拉索的施工具有重大影响。本项目采用三维坐标一体化的方法，分别用全站仪在上下游塔柱内建立三维坐标系，再通过平移建立平行于坐标轴的竖直面，利用空间的点和面的关系，调整索导管的管口三维坐标到设计值。分别通过平面坐标控制和高程控制，实现对索导管的三维坐标控制。在上塔柱施工中，拉索采用内置式预制钢锚箱结构。通过对钢锚箱底部钢埋件的平面和标高控制，实现对钢锚箱的精准定位。由此可见，斜拉桥索塔施工阶段对施工质量要求非常高，需要通过不断对施工方案进行优化、明确技术工艺并做好现场质量和安全管控等措施，才能保证斜拉桥斜拉索工程的施工效果。