王永勝，石藝歌

(中鐵大橋(鄭州)纜索有限公司，河南 鄭州 450044)

1 引 言

懸索橋主纜曲線柔美，梁塔幾何構(gòu)圖剛勁，其優(yōu)雅的形態(tài)素有“橋梁皇后”之稱。主纜索股制造是將包含有標(biāo)準(zhǔn)絲和標(biāo)志絲的一定數(shù)量的鋼絲，使其通過(guò)配列集束成為正六邊形排列，再經(jīng)過(guò)成型機(jī)壓密、纏帶和纏絲并轉(zhuǎn)移標(biāo)志點(diǎn)，最后卷纜成盤[1]。索股制造關(guān)鍵工序包括：索股長(zhǎng)度控制、集束成型、熱鑄錨灌注、索股成盤等。目前懸索橋建設(shè)中，主纜索股多采用工廠化預(yù)制，極大地提高了項(xiàng)目實(shí)施的效率，同時(shí)也對(duì)索長(zhǎng)精度、集束預(yù)整形、成盤運(yùn)輸?shù)忍岢隽烁叩募夹g(shù)要求[2]。

2 索股制造技術(shù)

2.1 索股長(zhǎng)度控制

斜拉索索長(zhǎng)相對(duì)索股而言較短，如目前世界上跨度最大的公鐵兩用斜拉橋滬通長(zhǎng)江大橋(主跨1 092 m)，單根斜拉索最大長(zhǎng)度576.2 m。斜拉索在出廠前，每根成品拉索要進(jìn)行超張拉檢驗(yàn)，經(jīng)過(guò)超張拉檢驗(yàn)后的成品拉索，卸載或加載至20%的超張拉力時(shí)測(cè)量拉索長(zhǎng)度，然后再換算成零應(yīng)力時(shí)的拉索長(zhǎng)度，以此檢驗(yàn)斜拉索索長(zhǎng)。懸索橋由于主跨大，主纜索股長(zhǎng)度長(zhǎng)，如武漢楊泗港長(zhǎng)江大橋(主跨1 700 m)，單根索股長(zhǎng)度為2 860 m，無(wú)法直接檢驗(yàn)索股長(zhǎng)度。

索股生產(chǎn)過(guò)程中，鋼絲在放絲機(jī)上經(jīng)牽引集束后，將標(biāo)準(zhǔn)絲上標(biāo)記點(diǎn)轉(zhuǎn)移至索股上，標(biāo)準(zhǔn)絲是保證索股制作精度的關(guān)鍵，是控制索股長(zhǎng)度的基準(zhǔn)。采用室內(nèi)分段基線法制作標(biāo)準(zhǔn)絲，制作時(shí)需要進(jìn)行彈性修正、溫度修正、垂度修正[3]。標(biāo)準(zhǔn)絲基線臺(tái)座由資質(zhì)單位測(cè)量標(biāo)定，要求測(cè)長(zhǎng)精度在1/30 000以上[4]，標(biāo)準(zhǔn)絲制作要求測(cè)長(zhǎng)精度在1/15 000以上。

標(biāo)準(zhǔn)絲制作時(shí)一端放絲、一端收卷，制作后如何檢驗(yàn)一直是個(gè)技術(shù)難題。有制索廠家提出在索股外層放置多根標(biāo)準(zhǔn)絲，將標(biāo)準(zhǔn)絲上首個(gè)標(biāo)記點(diǎn)對(duì)齊，索股制作后根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)絲最后一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)校核檢驗(yàn)。該方法存在問(wèn)題為，如果最后一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)相對(duì)長(zhǎng)度經(jīng)核算超出標(biāo)準(zhǔn)絲測(cè)長(zhǎng)精度，則無(wú)法確定以哪根標(biāo)準(zhǔn)絲為準(zhǔn)進(jìn)行索股長(zhǎng)度控制。

經(jīng)研究，我司提出標(biāo)準(zhǔn)絲制作“分段制作、總長(zhǎng)復(fù)核”方法，增加了標(biāo)準(zhǔn)絲長(zhǎng)度復(fù)核工序。具體方法為：標(biāo)準(zhǔn)絲測(cè)長(zhǎng)是從錨杯標(biāo)記點(diǎn)到散索鞍標(biāo)記點(diǎn)、從散索鞍標(biāo)記點(diǎn)到邊跨跨中、從邊跨跨中到主索鞍標(biāo)記點(diǎn)、從主索鞍標(biāo)記點(diǎn)到主跨跨中等，根據(jù)各個(gè)標(biāo)記點(diǎn)間長(zhǎng)度利用基準(zhǔn)臺(tái)座分段測(cè)長(zhǎng)、一段一段累積制作的。總長(zhǎng)復(fù)核的時(shí)候，不考慮中間段標(biāo)記點(diǎn)，只復(fù)核標(biāo)準(zhǔn)絲錨杯標(biāo)記點(diǎn)間長(zhǎng)度，測(cè)長(zhǎng)精度精度要求大于1/20 000，方可判定標(biāo)準(zhǔn)絲制作合格。該項(xiàng)措施將索股長(zhǎng)度由事中、事后控制變更為事前控制，確保索長(zhǎng)準(zhǔn)確無(wú)誤。

主跨跨中兩側(cè)長(zhǎng)度對(duì)稱的索股，無(wú)需考慮索股架設(shè)牽引方向。主跨跨中兩側(cè)長(zhǎng)度不對(duì)稱的索股，需提前考慮索股架設(shè)牽引方向，確保標(biāo)準(zhǔn)絲和索股方向性一致。

2.2 集束參數(shù)優(yōu)化

《懸索橋預(yù)制主纜索股技術(shù)條件》(JT/T395—1999)標(biāo)準(zhǔn)要求，為保持索股架設(shè)施工時(shí)的截面形狀，沿索股長(zhǎng)度方向每隔1.5m纏繞定型綁扎帶。主纜索股一般采用φ5 mm系列的高強(qiáng)鋼絲預(yù)制，每股91絲或127絲[5]，按1.5 m間距定型綁扎帶制作索股，截面形狀可以保持良好。

2012年承接的莊河市建設(shè)大街東橋索股規(guī)格為169絲，2018年承接的武漢楊泗港長(zhǎng)江大橋索股鋼絲直徑6.2 mm，試制時(shí)發(fā)現(xiàn)成盤后索股定型綁扎帶斷帶較多，索股截面形狀保持較差。研究分析發(fā)現(xiàn)，索股規(guī)格加大、鋼絲數(shù)量增多及直徑加大，同樣間距的定型綁扎帶成盤后承受更大的鋼絲發(fā)散應(yīng)力。通過(guò)試制試驗(yàn)，對(duì)索股集束參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。

(1)定型綁扎帶纏包要有合理的張緊力。張緊力偏小纏包不緊密，索股鋼絲容易出現(xiàn)錯(cuò)位。張緊力偏大，成盤后定型綁扎帶易斷裂。

(2)調(diào)整定型綁扎帶間距為1.8 m。通過(guò)加大定型綁扎帶間距，有效釋放索股鋼絲成盤應(yīng)力，提高索股成盤質(zhì)量。

根據(jù)多個(gè)懸索橋項(xiàng)目索股制造實(shí)踐，定型綁扎帶間距宜設(shè)置在1.5～2.0 m，具體間距長(zhǎng)度應(yīng)結(jié)合索股規(guī)格、鋼絲直徑及成盤內(nèi)徑進(jìn)行綜合考量。

2.3 粘接固定預(yù)整型

索股在工廠由若干高強(qiáng)鋼絲組成橫截面為正六邊形的集束，然后運(yùn)至懸索橋項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行架設(shè)安裝。懸索橋荷載通過(guò)主纜及索鞍傳遞到橋塔，為增加主纜和索鞍之間的接觸面積，使索股截面形狀和索鞍鞍槽形狀貼合，需要將索鞍鞍槽段索股的截面形狀由正六邊形整型為矩形。

索股整型為矩形并入鞍的過(guò)程為“整型入鞍”，目前整型入鞍有兩種方式：一種方式為在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施索股整型作業(yè)，由于現(xiàn)場(chǎng)條件有限，高空作業(yè)造成操作相對(duì)困難；第二種方式為索股制作時(shí)進(jìn)行預(yù)整型，即根據(jù)索鞍在索股長(zhǎng)度中的位置，在工廠內(nèi)提前將該段索股截面形狀由正六邊形整型為矩形。

預(yù)整型索股要經(jīng)過(guò)卷纜、制錨等工序，如果矩形段索股僅靠綁扎帶綁扎，索股鋼絲極易錯(cuò)位、跳絲，因此需要采取強(qiáng)制約束固定措施才能保持索股矩形形狀。目前多采用夾箍或定位箍強(qiáng)制約束的固定方法，夾箍或定位箍采用3 mm左右厚度的不銹鋼鋼板沖壓成型，一套由兩半組成，卡在矩形索股外側(cè)來(lái)固定索股形狀。但是在索股架設(shè)安裝時(shí)，由于索鞍鞍槽和矩形索股之間間隙僅1 mm左右，索股無(wú)法整體直接入鞍，需將夾箍或定位箍去除后索股才能進(jìn)入鞍槽，去除夾箍或定位箍后索股又難以保持矩形，還需再次進(jìn)行索股形狀調(diào)整和維護(hù)，降低了索股入鞍的效率，也制約了預(yù)整型主纜單元索股的推廣使用。

經(jīng)研究提出一種粘接固定預(yù)整形方法，采用常溫固化高性能粘接劑環(huán)向涂抹在索股外層鋼絲，然后綁扎帶定型綁扎，粘接劑固化后與索股外層鋼絲形成保持索股矩形形狀的約束部件(見(jiàn)圖1和圖2)。高性能粘接劑涂抹厚度以填平外層鋼絲間隙為準(zhǔn),不增加索股外形尺寸，索股架設(shè)安裝時(shí)可以整體直接入鞍，加快工程施工進(jìn)度[6]。

圖1 127絲索股整型前示意圖

圖2 127絲索股整型后示意圖

2.4 索股張力恒定成盤

傳統(tǒng)成盤放索采用索股垂直卷纜成盤，在放索過(guò)程中，索股易在索盤上產(chǎn)生“呼啦圈”問(wèn)題，影響索股架設(shè)質(zhì)量和施工效率。近些年來(lái)，索股采用水平成盤方式制索，結(jié)合放索機(jī)給索盤提供相應(yīng)的反張力，保證放索速度和牽引速度一致，有效解決了“呼啦圈”問(wèn)題，提高了主纜索股架設(shè)的質(zhì)量和工效[7,8]。

索股水平成盤需要對(duì)索股施加張緊力，以確保索股卷纜排列緊密。傳統(tǒng)索股成盤通過(guò)索股懸垂一段長(zhǎng)度，利用索股懸垂段自重施加張緊力，索股成盤密實(shí)度約75%。索股水平成盤機(jī)采用力矩電機(jī)和PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)索股在動(dòng)態(tài)運(yùn)行中承受最佳張力，且自始至終保持不變，索股成盤密實(shí)度可提升至85%，索股成盤緊密，既解決了“呼啦圈”問(wèn)題，又提高了索盤的有效卷纜長(zhǎng)度。

2.5 組合式索盤

索股制造時(shí)一邊制作一邊卷纜成盤，制錨時(shí)需將卷纜后的索股首尾各釋放出來(lái)6～7 m長(zhǎng)度，進(jìn)行錨具組裝、鋅銅合金灌注及頂壓檢驗(yàn)，然后再將索股首尾6～7 m長(zhǎng)度卷纜，以便運(yùn)輸。為滿足索股制造工藝，傳統(tǒng)索盤由三部分組成：用于承重的底盤、用于盤卷的圓環(huán)筒、用于首端釋放段索股盤卷的頂盤，三者之間焊接連接形成整體結(jié)構(gòu)。

組合式索盤將圓環(huán)筒調(diào)整為圓周均布的立柱，底盤、立柱及頂盤均螺栓連接，方便拆卸(見(jiàn)圖3)。根據(jù)不同項(xiàng)目索股長(zhǎng)度，僅調(diào)整立柱高度，滿足不同項(xiàng)目的成盤需求，提高了底盤和頂盤的重復(fù)使用率。索股在施工現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)后，空索盤返回運(yùn)輸時(shí)，將栓接式立柱構(gòu)件拆卸，碼垛整齊打包運(yùn)輸，單車運(yùn)輸能力從四套整體式索盤提升到三十套組合式索盤，有效提高了運(yùn)輸效率，具有良好經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 組合式索盤示意圖

3 結(jié) 語(yǔ)

主纜索股作為預(yù)制化的橋梁結(jié)構(gòu)，是加快施工速度、減少現(xiàn)場(chǎng)污染、實(shí)現(xiàn)低碳化建設(shè)的有效手段。結(jié)合懸索橋項(xiàng)目，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)絲長(zhǎng)度復(fù)核、集束參數(shù)優(yōu)化、粘接固定預(yù)整型、索股張力恒定成盤等措施，索股制造實(shí)施效果良好，可作為類似項(xiàng)目的參考。