龔青峰

昆山市航道管理處 江蘇 昆山 215300

自錨式懸索橋節(jié)省了大體積錨碇的費(fèi)用，擁有較好的經(jīng)濟(jì)效益。主纜錨固在加勁梁上為加勁梁提供免費(fèi)預(yù)應(yīng)力，省去大量預(yù)應(yīng)力錨具，進(jìn)一步降低工程造價(jià)。但自錨式懸索橋施工難度大，特別是施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系變形較大，主纜具有明顯的非線性效應(yīng)，使得吊桿張拉時(shí)施工控制更加復(fù)雜，屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，加勁梁受力對(duì)索力變化非常敏感[1-2]。

針對(duì)上述特點(diǎn)，21世紀(jì)初，我國(guó)橋梁工作者提出了在塔頂錨固的新型自錨式懸索橋，該橋型不僅具有自錨式懸索橋的受力特點(diǎn)，且部分解決了自錨式懸索橋施工過(guò)程中體系轉(zhuǎn)換的難點(diǎn)問(wèn)題。本文以余姚市陶家路閘遷建工程交通橋?yàn)槔?，重點(diǎn)介紹上部纜索結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵施工技術(shù)。

1 工程概況

余姚市陶家路閘遷建工程配套工程交通橋位于陶家路江入?？谔?。橋梁結(jié)構(gòu)形式為自錨式三跨連續(xù)梁懸索橋，橋面寬度為12 m，橋跨組合為44 m＋120 m＋44 m，全長(zhǎng)208 m（圖1）。

圖1 橋梁立面示意

本工程加勁梁采用鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力箱梁，梁高2.1～3.1 m，加勁梁內(nèi)布置縱、橫向雙向預(yù)應(yīng)力體系，為全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。橋塔為A型鋼筋混凝土鋼架塔，橋塔總高度為28.9 m，內(nèi)置鋼管和型鋼，梁塔分離（圖2）。

圖2 橋塔處橋梁橫斷面

上部索結(jié)構(gòu)采用單索面懸吊體系，由主纜、鋼管、吊桿及索夾4部分組成。主纜全橋共1根（分中、邊跨），中、邊跨共有96股，其中中跨32股，2個(gè)邊跨各32股，每股規(guī)格均為11根φ15.24 mm的2 000 MPa高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，主纜外包鋼管規(guī)格為φ877 mm×10 mm，主纜一端在塔頂張拉錨固（圖3），一端錨固于加勁梁錨箱內(nèi)；吊桿采用φ7 mm鍍鋅平行鋼絲成品吊桿，PE護(hù)套防護(hù)，抗拉強(qiáng)度1 670 MPa，全橋共22根吊桿，其中有4根短吊桿采用剛性桿。吊桿邊跨規(guī)格為151-7，中跨規(guī)格為109-7，吊桿外包鋼管規(guī)格為φ351 mm×9 mm。吊桿兩端按設(shè)計(jì)斷面選用配套冷鑄錨，與主纜采用鑄鋼專用索夾連接，索夾內(nèi)設(shè)置鋼束定位盤（圖4），將主纜鋼束進(jìn)行定位，避免主纜穿束過(guò)程中鋼束產(chǎn)生纏繞。上錨杯通過(guò)叉耳與索夾連接，下錨杯通過(guò)錨圈錨固于加勁梁上（圖5）。

圖3 塔頂錨固示意

圖4 索夾定位盤示意

圖5 吊桿與主纜連接示意

2 施工工藝流程

本工程上部索結(jié)構(gòu)主纜及吊桿均外包鋼管，且共同受力，相互協(xié)調(diào)，根據(jù)上部索結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，確定相應(yīng)的施工工藝流程（圖6）。

圖6 施工工藝流程

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝

經(jīng)計(jì)算，本工程最大的構(gòu)件質(zhì)量為2.5 t，選用一臺(tái)50 t汽車吊，50 t汽車吊工作半徑為18 m時(shí)起重量為4.25 t，可以滿足所有構(gòu)件的吊裝要求。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況，汽車吊在橋面下停靠并進(jìn)行施工，按照合理布置的原則，施工方向從汽車吊進(jìn)入方向開始，按照邊跨→中跨→邊跨的方向進(jìn)行施工。

鋼結(jié)構(gòu)安裝首先吊裝工作半徑范圍內(nèi)的主纜鋼管，然后吊裝吊桿套管，最后將索夾及吊桿在橋面組裝后再安裝到位[3-4]。安裝定位采用精密水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀和鋼尺配合，兩邊跨和中跨的主纜和吊桿要求在同一垂直面內(nèi)，誤差控制在0.2″內(nèi)，主纜設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的標(biāo)高誤差在10 mm內(nèi)，吊裝完成后的主纜線形必須圓順（圖7）。本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝流程為：臨時(shí)支撐安裝就位→吊裝主纜鋼管→依次吊裝鋼管、吊桿及索夾→吊裝移至下一個(gè)站位點(diǎn)→按照中跨至邊跨的順序完成全部安裝。

圖7 鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成

3.2 主纜架設(shè)

本工程邊跨及中跨主纜各352根鋼絞線，分為32股，每股11根。主纜架設(shè)前，應(yīng)在橋面選擇合適位置，做好下料標(biāo)記臺(tái)，安裝滾輪支架，按照主纜長(zhǎng)度進(jìn)行下料，下料時(shí)考慮一定的預(yù)應(yīng)力鋼絞線兩頭張拉工作長(zhǎng)度。主纜采用單根鋼絞線安裝法，由于單根鋼絞線最大質(zhì)量為1.6 t，因此安裝機(jī)械使用3 t卷?yè)P(yáng)機(jī)。

邊跨主纜鋼絞線長(zhǎng)45 m，架設(shè)時(shí)先架設(shè)下層縮股，由下至上。邊跨鋼束先穿過(guò)塔頂錨固區(qū)，由卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引至梁端，再穿過(guò)梁端錨固區(qū)，用鋼絞線專用夾片錨具錨固。

中跨主纜鋼絞線長(zhǎng)度為126 m，架設(shè)時(shí)根據(jù)施工方向，依次架設(shè)塔頂錨固區(qū)→混凝土箱梁→塔頂錨固區(qū)的主纜，通過(guò)位于橋塔處的卷?yè)P(yáng)機(jī)，將主纜牽引安裝就位。與邊跨主纜相同，卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引時(shí)同樣采用先牽引下層鋼絞線，由下至上的原則依次完成32根索股的架設(shè)。架設(shè)完成后采用專用夾片錨具錨固。依次對(duì)主纜進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為10 kN。

3.3 體系轉(zhuǎn)換

新型自錨式懸索橋體系轉(zhuǎn)換主要是通過(guò)對(duì)主纜及吊桿進(jìn)行反復(fù)的張拉將主橋恒載由支架轉(zhuǎn)換到主纜上的過(guò)程，結(jié)合本工程實(shí)際情況，確定以吊桿張拉為主、主纜調(diào)整為輔的基本原則。

3.3.1 吊桿張拉

由于受吊桿保護(hù)鋼套管的剛度影響，吊桿索力值不可能一開始就將其預(yù)拉到成橋值?？紤]到張拉過(guò)程中要控制索夾的相對(duì)滑移，因此索夾要始終承壓在吊桿的外包鋼管上，同時(shí)吊桿外包鋼管承壓力的大小要兼顧吊桿外包鋼管的極限承載能力要求（圖8）。

圖8 吊桿立面布置

吊桿張拉選用2臺(tái)400 t千斤頂（用于邊跨張拉）和2臺(tái)250 t千斤頂（用于中跨張拉），并配置4臺(tái)油泵，以滿足最多4點(diǎn)同步張拉的要求。根據(jù)同步、對(duì)稱調(diào)整吊桿張拉的原則，確定吊桿張拉順序?yàn)椋篋G5、DG6→DG4、DG7→DG3、DG8→DG2、DG9→DG1、DG10→DG11。

吊桿索力的首次張拉值為邊跨750 kN（成橋狀態(tài)吊桿索力的1/3.8），中跨450 kN（成橋狀態(tài)吊桿索力的1/3.8），均滿足吊桿外包鋼管極限承載能力的要求。吊桿后續(xù)分4級(jí)張拉，對(duì)邊跨每級(jí)張拉力為520 kN，中跨每級(jí)張拉力為320 kN。吊桿張拉應(yīng)在嚴(yán)格監(jiān)控下進(jìn)行，認(rèn)真做好張拉記錄并及時(shí)復(fù)核，避免失誤導(dǎo)致成橋標(biāo)高及索力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，在吊桿張拉過(guò)程中，還應(yīng)密切監(jiān)控吊桿外包鋼管應(yīng)力，若出現(xiàn)吊桿外包鋼管壓應(yīng)力接近于零的情況，或者吊桿外包鋼管受拉的情況，應(yīng)及時(shí)停止張拉，待查明原因后方可繼續(xù)[5]。

3.3.2 主纜張拉

為了保證張拉過(guò)程中塔頂不發(fā)生較大偏移，中跨主纜和邊跨主纜采用對(duì)稱同步張拉的方式?？紤]到塔頂實(shí)際工作面有限的情況，每次張拉1束索股。主纜張拉過(guò)程中盡量維持主纜外包鋼管處于軸心受壓狀態(tài)而不產(chǎn)生較大的彎曲變形，張拉時(shí)選擇由中心向外對(duì)稱擴(kuò)散的張拉方式（圖9、圖10）。

中跨主纜張拉順序?yàn)椋?3→19→14→20→7→25→8→26→15→21→12→18→9 →27→6→24→16→22→11→17→10→28 →5→23→2→30→3→31→4→32→1→29。

圖9 中跨主纜索股布置

圖10 邊跨主纜索股布置

邊跨主纜張拉順序?yàn)椋?6→17→11→ 23→10→22→5→27→6→28→14→15→18→19→9→21→12→24→4→26→7→29→2 →31→1→30→3→32→8→20→13→25。

根據(jù)上述張拉方案，主纜張拉將選用4臺(tái)250 t千斤頂，并配置4臺(tái)油泵以滿足主纜同步、對(duì)稱張拉的要求。主纜首次張拉力中跨為365 kN（成橋狀態(tài)主纜張拉力的1/5），邊跨為395 kN（成橋狀態(tài)主纜張拉力的1/5）。主纜后續(xù)的張拉隨著吊桿的張拉分階段進(jìn)行調(diào)整。每次調(diào)整的范圍中跨約為270 kN，邊跨約為300 kN。

由于進(jìn)行32股鋼絞線的張拉，而且依靠單個(gè)索股張拉來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此控制索股內(nèi)索力均勻，也是張拉施工控制的重點(diǎn)。所有鋼絞線張拉完成后，可以對(duì)索力進(jìn)行抽樣檢查，如滿足要求，則該束體外索張拉施工完成，如還有一定偏差，則再進(jìn)行索力平均調(diào)整，進(jìn)行二次或三次索力平均后，鋼絞線的索力應(yīng)能很好地滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，主纜張拉過(guò)程中應(yīng)密切監(jiān)控塔頂位移及主纜外包鋼管應(yīng)力，若出現(xiàn)塔頂較大位移或者主纜外包鋼管受力較大的情況，均應(yīng)停止張拉，待查明原因后方可繼續(xù)。

3.4 張拉力控制

本工程結(jié)構(gòu)體系受力復(fù)雜，主纜、吊桿在張拉過(guò)程中索力相互影響，為減少調(diào)索難度，張拉過(guò)程中應(yīng)對(duì)主纜及吊桿的索力進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

3.4.1 主纜張拉力控制

主纜中跨設(shè)計(jì)張拉控制力最大為1 825 kN，邊跨設(shè)計(jì)張拉控制力最大為1 975 kN，分4次進(jìn)行張拉調(diào)整。考慮到施工實(shí)際情況，不可能在每根主纜上裝單孔傳感器對(duì)主纜索力進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。因此，中跨、邊跨均選擇在第1次張拉的中間束安裝單孔傳感器，中跨選擇13#鋼束、邊跨選擇16#鋼束進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。其余鋼絞線張拉時(shí)，以當(dāng)時(shí)傳感器顯示力值進(jìn)行控制和錨固。

3.4.2 吊桿張拉力控制

吊桿中跨設(shè)計(jì)控制張拉力為1 721 kN，邊跨設(shè)計(jì)控制張拉力為2 812 kN。全橋吊桿張拉力控制通過(guò)在吊桿底部張拉端位置安裝傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。安裝傳感器的吊桿編號(hào)為DG2、DG5、DG7、DG10，全橋共需8孔傳感器。DG1、DG3吊桿可依據(jù)DG2吊桿傳感器反映的力值進(jìn)行錨固，DG4吊桿依據(jù)DG5吊桿傳感器反映的力值進(jìn)行錨固，DG6、DG8吊桿可依據(jù)DG7吊桿傳感器反映的力值進(jìn)行錨固，DG9、DG11吊桿依據(jù)DG10吊桿傳感器反映的力值進(jìn)行錨固。

3.5 索力對(duì)比

體系轉(zhuǎn)換完成后，吊桿及主纜索力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求應(yīng)結(jié)合施工過(guò)程中的數(shù)據(jù)及理論計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行判定。

3.5.1 主纜相關(guān)理論值計(jì)算

主纜在張拉過(guò)程中，引起損失的因素主要為張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的損失σl1以及預(yù)應(yīng)力鋼束與孔道壁之間的摩擦損失σl2。

根據(jù)JTG D62—2012《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，可計(jì)算得中跨主纜孔道摩阻損失σl2=0.272σcon，邊跨主纜孔道摩阻損失σl2= 0.262σcon。邊跨錨具變形及鋼筋回縮損失σl1=192.2 MPa，相應(yīng)邊跨主纜錨下索力為1 678.3 kN；中跨錨具變形及鋼筋回縮損失σl1=173.2 MPa，相應(yīng)中跨主纜錨下索力為1 558.2 kN。

3.5.2 相應(yīng)實(shí)測(cè)值測(cè)定及對(duì)比

1）孔道摩阻損失試驗(yàn)。主纜張拉施工前，現(xiàn)場(chǎng)選中跨13#、22#、17#鋼束及邊跨14#、16#、19#鋼束進(jìn)行了孔道摩阻試驗(yàn)，測(cè)得中跨主纜平均摩阻為σl2=0.286σcon，測(cè)得邊跨主纜平均摩阻為σl2=0.273σcon，均比計(jì)算理論值偏大。這是因?yàn)樵谥骼|張拉過(guò)程中，除了跨中及塔頂、梁底錨固位置與孔道壁之間的摩擦損失外，還包括主纜與索夾定位盤之間的摩擦，現(xiàn)階段還沒(méi)有現(xiàn)成的計(jì)算理論去分析鋼-混混合界面的摩阻損失，理論計(jì)算中僅考慮與管道壁之間的摩擦，未能考慮與索夾定位盤之間的摩擦損失。經(jīng)比較，中跨摩阻損失實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值相差5%，邊跨摩阻損失實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值相差4%。

2）主纜錨下索力測(cè)定。主纜張拉完畢后，采用百分表與千斤頂結(jié)合的方法，對(duì)中跨13#、22#、17#鋼束及邊跨14#、16#、19#鋼束進(jìn)行了索力測(cè)定，測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算值對(duì)比見表1。

表1 主纜錨下應(yīng)力理論值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

由表1可見：中跨主纜實(shí)測(cè)值與理論值相差最大為8%，邊跨主纜實(shí)測(cè)值與理論值相差最大為7%，均滿足結(jié)構(gòu)受力要求。

3）吊桿索力測(cè)定。本工程采用單孔傳感器對(duì)DG2、DG5、DG7、DG10共計(jì)8根（2個(gè)橋塔位置對(duì)稱）吊桿索力進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算值對(duì)比見表2。

表2 吊桿索力測(cè)定值與設(shè)計(jì)值對(duì)比

由表2可見：中跨吊桿實(shí)測(cè)值與理論值相差最大為5%，邊跨吊桿實(shí)測(cè)值與理論值相差最大為6%，均滿足結(jié)構(gòu)受力要求。

通過(guò)對(duì)主纜錨下索力、吊桿索力、孔道摩阻的理論值與設(shè)計(jì)值對(duì)比分析，并結(jié)合監(jiān)控方橋面線形及塔頂位移的測(cè)量，經(jīng)各方參加單位分析，全橋受力基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足支架拆除要求。

4 結(jié)語(yǔ)

余姚市陶家路閘遷建工程配套工程交通橋作為國(guó)內(nèi)屈指可數(shù)的新型自錨式懸索橋，其纜索工程施工具有以下特點(diǎn)：

1）塔頂無(wú)索鞍，梁端無(wú)散索鞍等重要設(shè)施，而是將主纜直接分散錨固在塔頂與梁端上，避免了索鞍預(yù)偏、頂推等相關(guān)繁瑣工藝。

2）主纜線形易于控制，無(wú)需計(jì)算無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度。對(duì)主纜索長(zhǎng)、吊桿索長(zhǎng)的下料較為簡(jiǎn)易，不會(huì)出現(xiàn)吊桿長(zhǎng)度不足等返工現(xiàn)象。