胡超

(1.湖南湘江新區(qū)發(fā)展集團有限公司， 湖南 長沙 410205；2.中交路橋建設有限公司， 北京 100027)

懸索橋主纜錨固系統(tǒng)的作用在于連接主纜和錨碇，是懸索橋連接系統(tǒng)中較關鍵的受力結構。由于主纜型鋼錨固系統(tǒng)具有可靠性高和耐久性好等優(yōu)點，在大跨度懸索橋中得到廣泛應用。杭瑞(杭州—瑞麗)高速公路洞庭湖大橋的主纜錨固系統(tǒng)也采用型鋼錨固方式。

1 工程概況

杭瑞洞庭湖大橋主橋為1 480 m+453.6 m雙塔雙跨鋼桁梁懸索橋，雙向六車道，設計速度為100 km/h。主橋兩側錨碇均為重力式結構，由葫蘆形錨碇基礎和錨體兩部分組成。主纜錨固采用型鋼錨固系統(tǒng)，由澆筑于錨體內的后錨梁和錨桿組成(見圖1)。單根后錨梁重約26.5 t，單根錨桿長約25.8 m、重約12.1 t。錨桿分2段制造，采用焊接而成的H形截面，上端伸出前錨面與主纜索股錨頭連接，錨桿與后錨梁之間采用接頭連接，接頭也為H形截面，依據(jù)主纜散索角度及錨固位置確定錨桿的具體安裝位置。

圖1 杭瑞洞庭湖大橋主纜錨固系統(tǒng)

2 主纜錨固系統(tǒng)安裝方法

主纜錨固系統(tǒng)是大跨度懸索橋主纜與錨碇之間非常重要的連接構件。眾所周知，主纜索股的線形在空載與承載時是不一樣的，為確保承載時主纜索股線形的穩(wěn)定，需加大主纜錨固系統(tǒng)的剛度。由于型鋼錨固系統(tǒng)具有剛度大、耐久性好等特點，越來越多的大跨度懸索橋采用型鋼錨固方式連接主纜和錨碇。但主纜型鋼錨固系統(tǒng)對施工安裝精度的要求非常高，若安裝偏差過大，會導致索股線形變化，并產(chǎn)生較大偏載，從而在索股錨頭處產(chǎn)生較大附加應力。目前多通過架設定位支架控制錨固系統(tǒng)的安裝精度。洞庭湖大橋主纜型鋼錨固系統(tǒng)的安裝方法：

(1) 定位支架設計。利用MIDAS有限元軟件建立定位支架和錨固系統(tǒng)結構模型，并賦予定位支架和錨固系統(tǒng)的材料參數(shù)，計算獲得定位支架在各工況下的撓曲變形。

(2) 定位支架制作與定位。定位支架在工廠加工制作，刷底漆防銹，砼澆筑前再對支架整體除漆、除銹。在現(xiàn)場進行測設放樣，給定位架定位，并標示出定位支架的監(jiān)測點。根據(jù)錨固型鋼件理論安裝位置，換算出各監(jiān)測點的控制坐標。

(3) 定位支架安裝。根據(jù)定位支架的前后位置，將其分為前支架、中支架和后支架(支撐)。當型鋼錨塊砼澆筑到相應分層位置時，開始安裝定位支架，先安裝后支架及后錨梁，再安裝中支架，最后安裝前支架。

(4) 型鋼錨固系統(tǒng)安裝。型鋼錨固系統(tǒng)安裝包括后錨梁安裝、后錨梁定位和錨桿安裝等。安裝時，型鋼錨固件空間坐標偏位控制在3 mm以內。

3 定位支架安裝

型鋼錨固系統(tǒng)定位支架的桿件主要采用鋼管、普通工字鋼和槽鋼等型鋼，各型鋼桿件之間通過焊接連接。主要受力桿件或控制變形的構件采用剛度較大的型鋼，其中后支撐采用桁架結構，前、中支架采用人字形骨架+型鋼分配梁結構(見圖2)。

圖2 定位支架立面圖(單位：標高為m，其他為cm)

如圖2所示，定位支架由大剛度人字形骨架支撐于各層錨體砼頂面，錨桿支承定位于型鋼分配梁上，通過高強螺栓與后錨梁連接。根據(jù)空間相互支撐有利于結構受力穩(wěn)定的原則，將定位支架與錨桿、后錨梁相互支撐起來，以利于錨固系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。為節(jié)約材料用量和工期，采取整體起吊的方式吊裝單束錨桿。

3.1 定位支架變形計算

為確保錨固系統(tǒng)的空間定位精度滿足設計要求，對定位支架的強度和穩(wěn)定性進行計算，確保后錨梁和錨桿在安裝中的剛度滿足要求。利用有限元軟件MIDAS/Civil建立型鋼錨固系統(tǒng)和定位支架三維計算模型(見圖3)，計算定位支架在型鋼錨固系統(tǒng)安裝中的受力與變形。

圖3 型鋼錨固系統(tǒng)和定位支架整體模型

計算模型中，以梁單元模擬支架桿件和錨固系統(tǒng)的構件，模型邊界條件采用彈性連接。計算時，考慮自重、風荷載、溫度等荷載，并對正常使用極限狀態(tài)下的荷載效應進行組合。通過計算，得到定位支架及型鋼錨固系統(tǒng)構件的變形(見圖4和表1)。

圖4 錨桿鈍化后的定位支架變形

表1 定位支架及型鋼錨固系統(tǒng)構件變形計算結果

根據(jù)計算結果，在型鋼錨固系統(tǒng)施工到第二階段，即安裝第9層錨桿時，中支架中的豎向撐桿變形量達到2.53 mm，對應的支架平聯(lián)桿件變形為2.53 mm。這是因為施工過程中，中支架主斜桿在第二階段的懸臂長度最大，導致施工安裝到第9層錨桿后桿件位移達到最大。該計算結果與理論分析結果吻合較好。

3.2 定位支架安裝

定位支架在工廠車間刷底漆作防銹處理，在砼澆筑前再進行除漆、除銹處理。待錨塊砼澆筑到相應分層位置時，開始安裝定位支架。先安裝后支撐架及后錨梁，再安裝中支架，最后安裝前支架，其中中、前支架采用分片、分節(jié)安裝。準確測量定位后，先通過點焊固定預埋件，再將加勁板與預埋件焊牢。后錨梁的安裝順序為先安裝中間錨梁，再對稱安裝左右相鄰錨梁。在每根主纜對應的錨體一端布置109根錨桿，吊裝時采用汽車吊和塔吊整體起吊安裝。后錨梁采用履帶吊配合手拉葫蘆起吊安裝。

3.2.1 錨固系統(tǒng)預埋件安裝

在上下錨塊施工的同時，進行定位支架及后錨梁預埋件安裝。在預埋件上布置支架系統(tǒng)，并確保預埋件上有足夠的焊接面積，可提供設計所需拉拔力。預埋件施工前，仔細復核其空間位置，包括預埋件頂面高程、平面位置及表面水平度。錨固系統(tǒng)預埋件布置見圖5、圖6。

圖6 錨固系統(tǒng)預埋件平面布置(單位：cm)

圖5 錨固系統(tǒng)預埋件立面布置(單位：標高為m，其他為cm)

3.2.2 定位支架桿件安裝

為確保定位支架安裝時的平整度和定位精度，在工廠車間制作定位支架時，將前支架和中支架進行橫向分片、豎向分節(jié)加工，將后支撐架進行分片加工。這樣有利于控制定位支架的加工精度，減小支架安裝調整難度及粗調工作量。定位支架的安裝順序為先安裝后支撐架及后錨梁，再安裝中支架，最后安裝前支架。中支架和前支架分片、分節(jié)安裝，先測量定位，再均勻點焊，測量復核后，將加勁板與預埋件焊牢。后支撐架采用汽車吊吊裝。

對于單片支架，先將每節(jié)構件安裝好，再向鋼管內澆筑與錨碇同標號的砼(先澆筑撐桿，再澆筑主斜桿)。在主斜桿砼澆筑中，當澆筑面高出撐桿50 cm時，立即安裝錨桿，以利于構件的變形控制和受力。第一節(jié)主斜桿、相應撐桿及后支撐架安裝好后，焊接前、中支架的最下一道型鋼分配梁，然后灌注鋼管內砼。砼強度達到80%后，進行錨桿安裝。

定位支架的安裝步驟(見圖7)：1) 安裝后支撐架；2) 安裝后錨梁；3) 安裝第一節(jié)中支架，焊接主斜桿最下端分配梁，澆筑鋼管砼；4) 安裝第一節(jié)前支架，焊接前支架主斜桿最下端分配梁，澆筑鋼管砼；5) 安裝第二節(jié)中支架和前支架，澆筑鋼管砼；6) 安裝第三節(jié)中支架和前支架，澆筑鋼管砼。

圖7 定位支架的安裝步驟

4 型鋼錨固系統(tǒng)安裝

洞庭湖大橋型鋼錨固系統(tǒng)的安裝主要包括后錨梁定位、后錨梁安裝和錨桿安裝3個工序。

4.1 后錨梁定位

現(xiàn)有工程經(jīng)驗表明，錨固型鋼系統(tǒng)的安裝精度由后錨梁的精度決定，后錨梁的定位至關重要。為確保后錨梁的安裝精度滿足設計要求，將后錨梁安裝定位分成粗定位和精調整2個環(huán)節(jié)。

(1) 粗定位。先在預埋件上焊接限位塊，保證限位塊與后錨梁接觸面的角度一致。再利用履帶吊起安裝后錨梁。安放時，先將后錨梁最下端放置在預埋件定位卡板上，再慢慢往后支撐架上靠放。后錨梁安放到位后，測量各監(jiān)測點的坐標，用于指導精調整。

(2) 精調整。采用千斤頂和手拉葫蘆進行后錨梁精度調整。精調整通常安排在夜間氣溫較穩(wěn)定時進行，以消除溫度對測量精度的影響。因后錨梁為空間狀態(tài)布置，調整過程中需多次改變支撐點的位置，慢慢頂升并配合拉升旋轉后錨梁角度，直至與理論軸線方向一致。后錨梁調整到位后，再進行各向限位固定，以防錨桿安裝對后錨梁的擾動而改變后錨梁的安裝位置。

4.2 后錨梁安裝

洞庭湖大橋型鋼錨固系統(tǒng)的后錨梁與錨桿采用高強螺栓連接，后錨梁的安裝精度決定錨桿的空間位置，從而控制索股錨頭處的附加應力大小。

后錨梁安裝采用支撐后支架和定位底座的方式進行定位支撐，通過測量放樣將后錨梁調整至理論位置。施工時，為精確控制每個后錨梁的底部標高和空間角度，在下層砼澆筑時設置后錨梁定位卡板，根據(jù)后錨梁的理論位置確定定位卡板的坡度和角度。為控制后錨梁的安裝精度，在后支撐架安裝時，先安裝后支撐架A部分，通過底部定位卡板與A部分支撐型鋼進行定位，再將A部分支撐型鋼頂部與后錨面底面平行接觸的三角勁板焊接。

按照2條直線確定一個平面的原則確定與后錨梁底部平行的接觸面。通過在定位板2塊勁板上以52°角度斜向拉通長鐵絲，確定支撐型鋼A頂部處三角勁板的標高和里程，從而按尺寸精確加工焊接三角勁板。在底部卡板、支撐型鋼A三角勁板和支撐型鋼A頂部托板安裝過程中，反復測量、調整、校核各構件的安裝位置，然后對后錨梁進行粗定位安裝。后錨梁的安裝采用鋼絲繩配吊帶兩點起吊的方法，鋼絲繩與吊帶間采用卸扣連接。先在后錨梁的下端設一根鋼絲繩，通過10 t手拉葫蘆調整后錨梁的安裝角度，并控制后錨梁的安裝線形。后錨梁定位安裝見圖8)。

圖8 后錨梁定位安裝示意圖

4.3 錨桿安裝

前、中支架第一節(jié)及后錨梁安裝完畢且施工精度滿足要求時，開始錨桿安裝。型鋼錨固系統(tǒng)的錨桿在工廠車間進行預拼裝。錨桿運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，通過70 t汽車吊和塔吊配合同時起吊，將錨桿安裝到型鋼分配梁上。根據(jù)各工況下定位支架計算結果，型鋼分配梁安裝時需設置預抬?？紤]到錨桿的長度較大，采用四點法吊裝(見圖9)。

圖9 四點法吊裝錨桿

錨桿的安裝通過分層對稱從下往上進行，并采用馬鞍式限位裝置，安裝一根即限位一根。安裝步驟(見圖10)：1) 安裝前、中支架主斜桿最下端分配梁及第1層錨桿；2) 安裝主斜桿上剩余分配梁及第2～5層錨桿；3) 安裝第二節(jié)中支架和前支架下平聯(lián)，澆筑鋼管砼；4) 安裝第二節(jié)主斜桿上分配梁及第6～10層錨桿；5) 安裝第三節(jié)中支架和前支架上平聯(lián)，澆筑鋼管砼；6) 安裝第三節(jié)主斜桿上分配梁及剩余錨桿。

圖10 錨桿的安裝步驟

洞庭湖大橋型鋼錨固系統(tǒng)的錨桿與后錨梁之間采用高強螺栓連接。安裝時，先將錨桿下端頭與后錨梁對位，再插入定位銷，然后精確定位錨桿的上端，并限位固定，最后施擰螺栓。定位支架及錨固系統(tǒng)的制作安裝要求見表2。

表2 定位支架及錨固系統(tǒng)的制作安裝要求

5 結論

杭瑞洞庭湖大橋主纜型鋼錨固系統(tǒng)的安裝中優(yōu)化了定位支架結構形式、創(chuàng)新了施工工藝。通過對常規(guī)整體框架式定位支架結構的優(yōu)化，使結構更簡單、受力更均勻，減少了常規(guī)整體式框架結構定位支架的鋼材用量。施工工藝創(chuàng)新，既保證了主纜型鋼錨固系統(tǒng)的安裝精度，又大幅降低了安裝難度。同時，由于錨體砼與錨固系統(tǒng)同步施工，可有效壓縮關鍵工序的施工時間，節(jié)省工期近40 d。目前，杭瑞洞庭湖大橋已建成通車，橋梁運行良好。該橋主纜型鋼錨固系統(tǒng)的安裝精度高、施工難度小、適用性強且經(jīng)濟可靠，可為同類工程施工提供參考。