(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西太原 030001)

1 工程概況

郁江雙線特大橋?yàn)?36+96+228+96+36)m雙塔雙索面鋼桁斜拉橋(總體布置見圖1)，每塔兩側(cè)共設(shè)8對斜拉索，全橋64根斜拉索，斜拉索采用PES7-283，PES7-301兩種規(guī)格。斜拉索鋼絲的抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1670 MPa，最長索約111 m，最短索約34 m，單根索最大重量達(dá)10 t，兩端均采用張拉端冷鑄錨具，張拉端設(shè)在塔端。

目前，國內(nèi)外鋼桁斜拉橋主要為公鐵兩用橋，采用鋼桁梁下緣錨固索體，掛索時(shí)采用上弦橋面展索，掛索工藝相對簡單，采用軟牽引時(shí)，一般利用梁面50 kN放索卷揚(yáng)機(jī)或配合100 kN導(dǎo)鏈共同完成，采用硬牽引時(shí)，多采用千斤頂配合張拉桿通過放開錨絲來實(shí)現(xiàn)。對于該橋而言，采用鋼桁梁上緣錨固索體，需要對傳統(tǒng)的工藝進(jìn)行優(yōu)化，主要是掛索時(shí)的下弦橋面展索與上弦梁端安裝轉(zhuǎn)化、掛索時(shí)梁塔先后順序確定以及掛索設(shè)備的選擇等。

2 基于ERBST理論的斜拉索掛索牽引方式計(jì)算

2.1 計(jì)算方法

眾所周知，

斜拉索施工過程牽引力計(jì)算與斜拉索掛索采取的方法密切相關(guān)，準(zhǔn)確的計(jì)算是掛索成敗的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)國內(nèi)外的文獻(xiàn)資料，斜拉橋柔性拉索的狀態(tài)方程和力學(xué)特征參數(shù)的分析和研究成果頗多，研究的基本狀態(tài)方程不外乎兩種，一種是拋物線(近似)，另一種是懸鏈線(實(shí)際)，在此基礎(chǔ)上狀態(tài)方程和力學(xué)特征參數(shù)的分析和算法有近似計(jì)算和精確計(jì)算兩種，結(jié)合該橋工程實(shí)際，采用前者進(jìn)行分析計(jì)算。根據(jù)斜拉索不受彎矩的特點(diǎn)和索上任一點(diǎn)拉力為T的特點(diǎn)，可得以下計(jì)算公式:

圖1 郁江雙線特大橋總體布置圖（單位：cm）

將斜拉索在自重作用下的線形看作拋物線，則拋物線弧長為:

由幾何關(guān)系可知，垂度作用下的長度變化為:

斜拉索彈性伸長由虎克定律可知:

則斜拉索的無應(yīng)力索長為:

其中，EA為抗拉剛度;T為斜拉索張拉力;θ為斜拉索的水平夾角;q0為斜拉索自重沿索長水平方向上的均勻分布;L為斜拉索兩錨固點(diǎn)之間的直線距離;fm為跨中的垂直變形。

在張拉過程中的伸長量為:

上述計(jì)算公式已知牽引力計(jì)算伸長量，而牽引力計(jì)算采用倒退分析，即已知長度變化，求牽引力。長度變化間的關(guān)系為:

其中，L安裝為安裝時(shí)控制點(diǎn)之間的直線長度;L精為對應(yīng)的控制點(diǎn)之間的下料長度;ΔLF為牽引力作用下斜拉索的索長變化;ΔL兩端為安裝時(shí)端頭錨具抵消斜拉索長度不足的長度和。

根據(jù)上述式(1)～式(7)可得:

采用該算式可計(jì)算斜拉索安裝時(shí)的牽引力，并根據(jù)牽引力的能力確定斜拉索安裝就位的方法(軟牽引和硬牽引)。

2.2 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果見表1。按控制點(diǎn)距離和下料長度計(jì)算牽引力，由表1可知S7/S8，M7/M8牽引力超出卷揚(yáng)機(jī)能力，故需下放塔端錨杯分絲，分別下放0.5 m和1 m，即1號～6號索采用軟牽引，7號～8號索采用硬牽引。

表1 計(jì)算基本參數(shù)及結(jié)果

3 掛索施工技術(shù)

3.1 施工工藝及流程

1)短索(1號～6號斜拉索)。固定端梁面滑車組牽引到位，斜拉索裝船運(yùn)至主塔墩下，利用塔吊將成盤斜拉索吊起，放置在主塔墩下150 kN放索盤上(鐵路面)。利用塔吊完成塔端掛設(shè)及橋面脫空展索，張拉端錨杯螺母戴平扣。梁端錨杯使用橋面200 kN牽引滑車組牽引到位(錨杯螺母按設(shè)計(jì)位置旋入錨杯)。

2)長索(7號～8號斜拉索)。固定端梁面滑車組牽引到位，張拉端硬性牽引。7號～8號斜拉索最大重量10.34 t(含PE護(hù)套及錨具重量)，超過塔吊最大吊重(10 t)。采用邊跨側(cè)塔吊將成盤斜拉索吊起，放置在邊跨側(cè)150 kN放索盤上(鐵路面)。利用50 kN卷揚(yáng)機(jī)將150 kN放索盤牽引至塔下掛設(shè)位置，利用塔吊完成塔端掛設(shè)及橋面脫空展索。通過6500 kN張拉桿后接2000 kN張拉桿的方法將張拉端錨杯下放一定距離，減小梁端牽引力。梁端錨杯使用橋面200 kN牽引滑車組牽引到位(錨杯螺母按設(shè)計(jì)位置旋入錨杯)。塔端硬性牽引至錨杯螺母戴平扣，塔端張拉到設(shè)計(jì)位置。

3.2 設(shè)備配置

1)塔頂。塔頂進(jìn)人洞口布置一臺50 kN卷揚(yáng)機(jī)，用于塔內(nèi)張拉機(jī)具垂直變位。2)塔內(nèi)。塔內(nèi)平臺主要采用普通鋼管腳手架通長架設(shè)，對應(yīng)兩個(gè)進(jìn)人洞設(shè)置垂直爬梯，每一段垂直爬梯高度在7 m設(shè)置休息平臺，垂直爬梯左右錯(cuò)開布置。在1，3，5，7號斜拉索齒塊處各設(shè)一個(gè)操作平臺，作為張拉設(shè)備承載平臺。單塔張拉設(shè)備含4臺6500 kN千斤頂、4臺10 L電動(dòng)油泵、4臺6500 kN張拉撐腳、4根6500 kN張拉桿、2根2000 kN張拉桿(7號～8號索塔端硬性牽引)及配套螺母等配件。張拉撐腳、連接套、拉桿螺母安全系數(shù)不小于2.0，使用前在廠家做靜載試驗(yàn)。拉桿、螺母、連接套具均采用40Cr鋼制造。3)梁面。單塔布置150 kN放索盤1臺(鐵路面)、單軸小車4臺、50 kN卷揚(yáng)機(jī)5臺(其中4臺放于梁面放索及牽引，1臺放置在鐵路面牽引150 kN放索盤)。4臺50 kN卷揚(yáng)機(jī)分別固定在跨中上、下游側(cè)橋面上，與梁端200 kN滑輪組組成200 kN卷揚(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)?？紤]到主梁的結(jié)構(gòu)形式，在上弦面順橋向設(shè)置兩條2.5 m寬的展索通道。

3.3 掛索工藝

3.3.1 施工準(zhǔn)備

1)成品索的檢驗(yàn)。斜拉索出廠前按設(shè)計(jì)要求，對斜拉索有關(guān)性能進(jìn)行檢驗(yàn)。成品拉索檢驗(yàn)超張拉取1.2倍～1.4倍設(shè)計(jì)索力;冷鑄錨在工廠內(nèi)必須逐個(gè)試?yán)?，冷鑄錨板內(nèi)縮值不宜大于5 mm。2)索導(dǎo)管的處理。斜拉索錨杯外徑與索導(dǎo)管的內(nèi)徑相差很小，掛索時(shí)極易產(chǎn)生位置偏差，從而造成錨杯外絲扣和斜拉索PE保護(hù)套的損傷，因此斜拉索掛設(shè)前應(yīng)對塔、梁端的索導(dǎo)管進(jìn)行全面的檢查，對索導(dǎo)管內(nèi)的焊渣、毛刺等進(jìn)行打平磨光。3)安裝設(shè)備檢查。測量塔柱錨槽尺寸，檢查塔柱內(nèi)腳手架、斜拉索放索滑道和塔頂起吊支架設(shè)施，檢查卷揚(yáng)機(jī)制動(dòng)器、開關(guān)箱、鋼絲繩的磨損狀況，轉(zhuǎn)向裝置是否符合受力要求。

3.3.2 斜拉索上橋

1)1號～6號斜拉索上橋。斜拉索船運(yùn)至主塔墩處，利用塔吊將成盤斜拉索吊起放置在主塔下150 kN放索盤上。成盤斜拉索起吊時(shí)設(shè)3個(gè)吊點(diǎn)，采用專用吊裝帶以避免損壞PE護(hù)套和碰損錨杯螺紋。2)7號、8號斜拉索上橋。7號、8號斜拉索最大重量10.34 t(含PE護(hù)套及錨具重量)，超過塔吊最大吊重(10 t)。成盤斜拉索通過汽車運(yùn)至邊跨281號墩、286號墩，通過50 t塔吊將成盤斜拉索吊裝上橋，放置在邊跨側(cè)150 kN放索盤上(鐵路面)。鐵路面50 kN卷揚(yáng)機(jī)將150 kN放索盤牽引至塔下掛設(shè)位置。

3.3.3 塔端掛設(shè)

塔端掛設(shè)前在橋路面進(jìn)行短距離展索，將斜拉索展開10 m左右長度。塔頂50 kN卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩穿過塔內(nèi)轉(zhuǎn)向滑車和錨杯螺母，然后從索導(dǎo)管穿出，放到梁面并與錨杯牽引板相連。在距錨杯6 m～9 m處的索體上利用100 kN專用軟質(zhì)吊裝帶設(shè)置吊點(diǎn)。在起吊時(shí)，啟動(dòng)塔頂50 kN卷揚(yáng)機(jī)，塔吊與塔頂50 kN卷揚(yáng)機(jī)相互配合將斜拉索張拉端錨杯牽引至塔端索導(dǎo)管，并牽引出塔端錨墊板約20 cm，此時(shí)將錨杯螺母旋入錨杯至平扣。在斜拉索進(jìn)索導(dǎo)管處墊膠皮以防磨損PE套，同時(shí)利用塔外活動(dòng)吊籃撤除索體吊點(diǎn)。塔內(nèi)開始安裝張拉機(jī)具，7號、8號斜拉索張拉機(jī)具安裝完畢后，在6500 kN張拉桿后端安裝2000 kN張拉桿，將塔端錨杯分絲板下放一定距離，減小梁端牽引力。

3.3.4 橋面展索

在塔端掛設(shè)完畢后，150 kN放索盤上還存有部分拉索，在放索盤上散開的索體上用100 kN軟質(zhì)吊裝帶設(shè)置單吊點(diǎn)，塔吊提起索體，直至固定端錨杯脫離放索盤1 m左右，停止提升。上弦面50 kN卷揚(yáng)機(jī)上鋼絲繩與錨杯連接，在展索通道梁端對應(yīng)位置設(shè)轉(zhuǎn)向滑車，塔吊繼續(xù)起吊，直到梁端錨杯高于鋼梁上桁面1 m～2 m。50 kN卷揚(yáng)機(jī)啟動(dòng)，50 kN卷揚(yáng)機(jī)收繩的同時(shí)，塔吊同步放下索體，直到摘除吊點(diǎn)，固定端錨杯在梁端臨時(shí)固定，橋面展索完畢。在塔吊放下索體的過程中，索體與梁面之間間隔4 m～5 m設(shè)置一單軸小車，固定端錨杯下設(shè)置錨杯小車，以防索體護(hù)套與錨杯絲扣受損。

3.3.5 梁端安裝

在距梁端固定端錨杯6 m處索體上安裝200 kN專用哈弗夾，用200 kN軟質(zhì)吊裝帶設(shè)置牽引點(diǎn)，與梁面200 kN牽引系統(tǒng)相連。啟動(dòng)梁面牽引系統(tǒng)，在錨杯牽引到距梁面索導(dǎo)管口2 m～4 m時(shí)，在索體上安裝50 kN軟質(zhì)吊裝帶，利用橋面門架提升索體，使錨杯從導(dǎo)向托架上順利通過。在錨杯下端口剛好位于梁面索導(dǎo)管下端口時(shí)，提升索體來逐步提高錨杯的傾角，使其與索導(dǎo)管傾角軸線相同。當(dāng)錨杯全部進(jìn)入索導(dǎo)管時(shí)，在索導(dǎo)管下端口上鋪設(shè)橡膠皮，嚴(yán)防后期索體與索導(dǎo)管下端口直接接觸造成損傷。當(dāng)錨杯外露出梁下錨墊板5 cm～10 cm時(shí)，停止?fàn)恳诹合聦㈠^固螺母旋入錨杯3絲扣～4絲扣，以保證后期牽引安全，按上述方法循環(huán)進(jìn)行，同時(shí)不斷旋緊錨固螺母，直至錨杯牽引到位。

3.3.6 塔端硬性牽引(7號～8號斜拉索)

單根斜拉索梁面牽引結(jié)束后，即進(jìn)行小噸位塔端硬性牽引，因張拉千斤頂油缸行程為200 mm，需往復(fù)張拉多次方可將錨杯拉出塔端錨墊板。當(dāng)6500 kN張拉桿伸出千斤頂后端15 cm～20 cm時(shí)，鎖緊6500 kN張拉桿副螺母，拆除2000 kN張拉桿，在千斤頂后端將6500 kN張拉桿錨固螺母鎖緊，繼續(xù)反復(fù)張拉，當(dāng)錨杯外露出錨墊板7 cm～10 cm時(shí)，停止張拉，在塔內(nèi)將錨杯錨固螺母旋入錨杯3絲扣～4絲扣，繼續(xù)張拉，當(dāng)錨杯錨固螺母旋入錨杯一半絲扣時(shí)回油，當(dāng)錨杯錨固螺母在錨杯上戴平時(shí)塔端硬性牽引結(jié)束。

4 結(jié)語

1)針對鋼桁梁斜拉索下緣錨固的特點(diǎn)，采用橋面展索和脫空展索相結(jié)合的展索工藝，與鋼桁梁上弦展索工藝相比，操作簡單。2)基于ERBST理論的簡化計(jì)算，分別針對短索和長索采用軟、硬牽引相結(jié)合的技術(shù)進(jìn)行掛設(shè)，并巧妙利用塔吊、卷揚(yáng)機(jī)和人工配合進(jìn)行塔端斜拉索吊喂，使掛索更有效率，確保了掛索質(zhì)量。3)斜拉索橋面展索與梁端安裝采用橋面門架與橋面牽引相結(jié)合的方法，確保了斜拉索不受損傷和梁端斜拉索的安裝質(zhì)量。

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