鄭伯強(qiáng)

(中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司 陜西西安 710024)

1 引言

斜拉橋具有受力合理、設(shè)計(jì)構(gòu)思多樣、跨越能力較大等特點(diǎn)，在大跨橋梁中較多采用[1-3]，特別是在跨越既有鐵路線方面?？缂扔需F路斜拉橋多采用轉(zhuǎn)體施工[4-5]，在轉(zhuǎn)體過程中施工的不確定性因素較多，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體空間姿態(tài)[6]和安全控制[7]至關(guān)重要；同時(shí)拉索預(yù)應(yīng)力體系復(fù)雜，拉索張拉控制直接影響橋梁內(nèi)力和線形；施工過程需進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，不斷獲取斜拉橋的應(yīng)力變化、索力變化，以及轉(zhuǎn)體時(shí)轉(zhuǎn)速變化、塔頂標(biāo)高變化、塔頂偏位變化和風(fēng)速等數(shù)據(jù)[8]，及時(shí)對(duì)各個(gè)施工進(jìn)程進(jìn)行調(diào)整。本文結(jié)合永修萬寶路上跨京九、昌九鐵路矮塔斜拉橋項(xiàng)目，對(duì)跨繁忙鐵路轉(zhuǎn)體矮塔斜拉橋拉索施工技術(shù)進(jìn)行了研究，以供類似工程參考。

2 工程概況與拉索施工重難點(diǎn)分析

2.1 工程概況

永修萬寶路上跨京九、昌九鐵路矮塔斜拉橋，與京九鐵路交角約81.7°，與昌九客專交角約84.9°；主橋是雙塔單索面雙排索斜拉橋，跨徑布置為(95＋160＋95)m，寬34.5 m(含4 m索區(qū))；塔高22 m，采用等截面設(shè)計(jì)，順橋向?qū)挾?.5 m，橫橋向?qū)挾?.8 m，為實(shí)心截面，混凝土材料標(biāo)號(hào)為C55。塔上斜拉索采用分絲管錨固結(jié)構(gòu)，塔上豎直方向的索距大約為1 m，主梁上水平方向的索距大約為4 m，全橋共設(shè)計(jì)斜拉索44對(duì)、共88根。該雙塔單索面轉(zhuǎn)體矮塔斜拉橋如圖1所示。

圖1 雙塔單索面轉(zhuǎn)體矮塔斜拉橋現(xiàn)場(chǎng)

橋梁斜拉索采用單層PE防護(hù)單絲涂覆環(huán)氧涂層鋼絞線斜拉索體系，單根鋼絞線直徑15.2 mm，抗拉強(qiáng)度1 860 MPa，彈性模量1.95×105MPa。斜拉索規(guī)格分別為 43-?s15.2、55-?s15.2、61-?s15.2，采用鋼絞線拉索群錨體系。每套斜拉索包含拉索及兩端錨頭、螺母、減震器、抗滑鍵配套系統(tǒng)、保護(hù)罩和防水罩的成套制品，如圖2所示。外層防護(hù)采用雙層雙螺旋線HDPE護(hù)套。斜拉索在塔上的錨固方式采用鋼絞線在塔上通過集束鋼管貫通(分絲管索鞍)錨固方式。斜拉索及索鞍相關(guān)構(gòu)造要求在工廠制造，以成品形式運(yùn)抵安裝。

圖2 斜拉索構(gòu)件

2.2 拉索施工重難點(diǎn)分析

(1)安全風(fēng)險(xiǎn)高

該轉(zhuǎn)體橋跨越京九、昌九鐵路，平均4 min就有一趟列車通過，拉索安裝吊裝時(shí)距離既有線較近，要做好安全防護(hù)，防止拉索滑落掉入營業(yè)線內(nèi)，同時(shí)要注意吊裝安全。

(2)分絲管索鞍安裝難度大

因分絲管索鞍每根角度、高程都不相同，施工中一點(diǎn)小小的偏差都會(huì)影響斜拉索受力和成橋后的線形，而分絲管索鞍安裝在索塔上定位精度要求高，施工難度大。

(3)預(yù)應(yīng)力體系復(fù)雜，拉索張拉控制難度大

本橋梁體采用三向預(yù)應(yīng)力體系，分多次張拉，預(yù)應(yīng)力張拉控制難度大，現(xiàn)場(chǎng)采用智能張拉設(shè)備，保證張拉值滿足設(shè)計(jì)要求。斜拉索張拉采用單根等值張拉法施工。

3 斜拉索施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 臨近既有線斜拉索施工風(fēng)險(xiǎn)與控制技術(shù)

3.1.1 斜拉索掛索施工安全風(fēng)險(xiǎn)

(1)吊裝斜拉索上橋時(shí)，吊車機(jī)械可能鄰近鐵路或侵入鐵路線安全紅線內(nèi)，危害行車安全。

(2)斜拉索展開時(shí)一端可能會(huì)從橋面掉落，觸碰接觸網(wǎng)線或者掉落在鋼軌上危及行車安全。

(3)斜拉索安裝時(shí)，利用汽車吊或卷揚(yáng)機(jī)吊裝HDPE保護(hù)管時(shí)，可能會(huì)發(fā)生物件掉落危害行車安全。

3.1.2 斜拉索施工防護(hù)措施

斜拉索穿索前先安裝斜拉索外護(hù)套管，斜拉索外護(hù)套管采用汽車吊配合卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行吊裝，梁頂面設(shè)置一臺(tái)20 t汽車吊，先固定塔端，再固定梁端。為了施工安全，還需采取以下施工方案與安全措施:

(1)梁頂汽車吊布置在遠(yuǎn)離既有線一側(cè)。

(2)斜拉索均設(shè)置在索盤上，索盤從遠(yuǎn)離鐵路線的一側(cè)，通過吊機(jī)提至橋面，橋面上設(shè)置運(yùn)輸小車，及時(shí)將索盤運(yùn)至指定位置。

(3)斜拉索展開時(shí)，靠近鐵路線一側(cè)沿鐵路線在橋面上設(shè)置隔離裝置，防止斜拉索在展開過程中超過隔離線。

(4)斜拉索外護(hù)套管吊裝前檢查吊點(diǎn)情況，并設(shè)置安全繩，限制斜拉索保護(hù)管吊裝過程中的活動(dòng)范圍，防止掉落觸碰營業(yè)線接觸網(wǎng)線或者掉落在軌道內(nèi)。

(5)斜拉索吊裝外護(hù)套管時(shí)統(tǒng)一信號(hào)指揮，汽車吊與卷揚(yáng)機(jī)同步，待塔端固定后，檢查固定情況，無誤后拆除主吊點(diǎn)及牽引吊點(diǎn)。

(6)掛索前橋面清理到位，無雜物等。

(7)單根穿索完成后及時(shí)張拉，保證保護(hù)套管不滑落。

3.2 分絲管索鞍安裝控制技術(shù)

因分絲管索鞍每根角度、高程都不相同，施工中一點(diǎn)小小的偏差都會(huì)影響斜拉索受力和成橋后的線形，而分絲管索鞍安裝在索塔中施工難度大，定位精度要求高。施工采用了勁性骨架定位，確保分絲管索鞍的精確安裝。

安裝時(shí)應(yīng)首先確定分絲管索鞍錨墊板底面中心與勁性骨架之間的水平接觸點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高。采用懸吊鋼尺找平法，從主梁高程基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量水平接觸點(diǎn)標(biāo)高，將支撐導(dǎo)管的型鋼焊接在索塔勁性骨架相應(yīng)標(biāo)高上；使用全站儀采用兩測(cè)回的極坐標(biāo)放樣法，在調(diào)整高度后的型鋼上放樣兩個(gè)水平接觸點(diǎn)的設(shè)計(jì)平面位置，并放樣導(dǎo)管的設(shè)計(jì)坡度，確定導(dǎo)管的空間位置(x、y、z)。用全站儀復(fù)核，驗(yàn)證導(dǎo)管外頂面的三維設(shè)計(jì)坐標(biāo)，確保誤差小于±5 mm，并逐步調(diào)整到位。分絲管索鞍測(cè)量定位安裝如圖3。

為保證塔柱斜拉索套筒的安裝精度，采用兩次定位。首先，安裝定位架，臨時(shí)定位鋼套筒，然后安裝調(diào)整套筒的微調(diào)裝置，用全站儀通過微調(diào)裝置進(jìn)行調(diào)整，直到鋼套筒上下開口的三維坐標(biāo)滿足要求，進(jìn)行最終鎖定。

3.3 單根掛索

3.3.1 掛索流程

鋼絞線準(zhǔn)備→牽引繩從兩端錨具穿出預(yù)埋管口→前端鋼絞線穿過后端HDPE套管→前端鋼絞線穿過塔端分絲管→前端鋼絞線穿過前端HDPE管→前端鋼絞線與前端穿出的牽引繩連接→前端鋼絞線穿過前端錨具直至滿足工作長(zhǎng)度需要→后端鋼絞線與后端牽引繩連接→后端鋼絞線穿過后端錨具直至滿足工作長(zhǎng)度需要→重復(fù)以上步驟，直到全部掛索完成。

3.3.2 控制措施

(1)為保證鋼絞線在穿掛過程中外PE層不被損壞，在橋面穿索區(qū)內(nèi)設(shè)置保護(hù)措施，如架設(shè)木板、鋪設(shè)彩條布等，同時(shí)要派專人進(jìn)行觀察。

(2)為防止鋼絞線打絞和兩端錨具有錯(cuò)孔情況，穿索前應(yīng)對(duì)每個(gè)錨孔進(jìn)行編號(hào)，穿索時(shí)按從上到下(上排孔到下排孔)的順序進(jìn)行，同時(shí)要注意檢查穿索時(shí)是否有錯(cuò)孔和打絞情況發(fā)生。

3.4 單根張拉

單根張拉(見圖4)原理是等值張拉，通過等值張拉實(shí)現(xiàn)掛索索力的均勻性控制。

(1)安裝整體反力架，注意反力架頂板孔位要與錨具孔位一致。

(2)傳感器安裝。根據(jù)設(shè)計(jì)要求在拉索體系中布置磁通量傳感器對(duì)索力進(jìn)行長(zhǎng)效監(jiān)測(cè)，單根穿索時(shí)分別將磁通量傳感器穿入鋼絞線，如圖5所示。

圖5 單根傳感器安裝

(3)安裝單孔工具錨、YDCS160-150千斤頂、工具夾片。在鋼絞線適當(dāng)部位做好測(cè)量基點(diǎn)。

(4)張拉。先張拉預(yù)緊不帶抗滑鍵一側(cè)，保證抗滑鍵與分絲管錨墊板緊密接觸再同時(shí)張拉、分級(jí)加載，至5 MPa開始測(cè)量初始伸長(zhǎng)值，最后一級(jí)張拉力用壓力表控制，敲緊工具夾片，記錄傳感器讀數(shù)。

(5)以后每根鋼絞線在張拉至比前一根的油壓少1 MP時(shí)，讀取傳感器的變化值，計(jì)算出該根鋼絞線控制力，按計(jì)算控制力進(jìn)行張拉。完成張拉后測(cè)量最終伸長(zhǎng)值。裝工作夾片，卸壓至3 MPa時(shí)錨固，并測(cè)回縮值。

(6)完成最后一根鋼絞線張拉后，對(duì)安裝傳感器的鋼絞線進(jìn)行補(bǔ)拉。

3.5 全橋單根循環(huán)調(diào)索

本橋轉(zhuǎn)體合龍，調(diào)索工作要在二期恒載上完且體系轉(zhuǎn)換完成之后進(jìn)行。采取單根調(diào)索措施，調(diào)索索力根據(jù)索力測(cè)試結(jié)果和指令進(jìn)行，調(diào)索工藝與單根張拉相同。為避免抗滑鍵緊貼分絲管錨墊板而造成索力偏差較大，調(diào)索時(shí)先張拉帶抗滑鍵的一端。全橋循環(huán)調(diào)索，直至橋梁線形及索力符合設(shè)計(jì)要求，如圖6所示。

圖6 單根調(diào)索

3.6 索力監(jiān)測(cè)創(chuàng)新與索力控制效果

拉索索力的大小直接決定整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，無論在施工階段或是運(yùn)營階段斜拉索都發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。眾多的學(xué)者研究，大多數(shù)的斜拉橋事故都是因?yàn)槭┕るA段、成橋階段索力的優(yōu)化單一以及對(duì)各階段的索力控制精度不足、誤差較大等方面造成。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)索力監(jiān)測(cè)，控制斜拉橋各施工過程中索力大小及其偏差符合要求，確保施工安全。由于主橋?yàn)閷?duì)稱結(jié)構(gòu)，故分析1號(hào)塔斜拉索索力誤差情況(主要為兩次張拉調(diào)索后索力的實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比分析)，來檢驗(yàn)索力控制效果。

3.6.1 現(xiàn)場(chǎng)索力監(jiān)測(cè)創(chuàng)新

綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、準(zhǔn)確性，現(xiàn)場(chǎng)索力監(jiān)測(cè)創(chuàng)新采用錨索計(jì)法和頻譜法相結(jié)合的監(jiān)測(cè)方法。錨索計(jì)法，可以進(jìn)行長(zhǎng)期在線索力監(jiān)測(cè)，精度高但價(jià)格昂貴。因此現(xiàn)場(chǎng)索力測(cè)試，在短索S1～S3的S1、中長(zhǎng)索S4～S8的S4、長(zhǎng)索S9～S11的S9中分別布置一個(gè)錨索測(cè)力計(jì)，定期采集索力數(shù)據(jù)。頻譜法測(cè)索力是目前測(cè)量斜拉橋索力應(yīng)用最廣泛的一種方法，具有操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低并且設(shè)備輕便，特別適用于索力的復(fù)測(cè)，但是忽略垂度和抗彎剛度的影響，用簡(jiǎn)單的弦振理論計(jì)算索力，會(huì)帶來不可接受的誤差?？紤]到錨索計(jì)法精度更高但設(shè)備有限，后續(xù)還需要多次頻譜法復(fù)測(cè)，本文基于錨索計(jì)法測(cè)得索力值對(duì)頻譜法結(jié)果進(jìn)行誤差修正，取多次測(cè)試的誤差均值算出修正系數(shù)，最后通過修正后的索力來反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際索力，達(dá)到節(jié)約成本、經(jīng)濟(jì)性好的效果。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析得知:由于實(shí)際拉索垂度和抗彎剛度影響，頻譜法測(cè)得索力結(jié)果存在一定誤差，其中短索索力測(cè)試結(jié)果誤差較大，中長(zhǎng)索其次，長(zhǎng)索最??；錨索計(jì)法測(cè)得的索力值能精確反映實(shí)際索力，需用錨索計(jì)法測(cè)得索力修正頻譜法測(cè)得索力值，短索S1～S3、中長(zhǎng)索S4～S8以及長(zhǎng)索S9～S11修正系數(shù)分別為4%、3%、1%。頻譜法索力修正見表1。

表1 錨索計(jì)法修正頻譜法索力

3.6.2 第一次張拉后索力控制效果

(1)第一次張拉后索力誤差分析

在明確合理成橋索力的基礎(chǔ)上(計(jì)算的合理成橋索力與設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑某蓸蛩髁ψ畲笃睿?%)，對(duì)成橋模型進(jìn)行倒拆分析，得出索力理論值與第一次張拉后索力修正值對(duì)比分析見表2。

表2 斜拉索第一次張拉索力誤差

第一次張拉后索力與其對(duì)應(yīng)理論索力進(jìn)行對(duì)比，偏差均在5%以內(nèi)，滿足要求。

(2)斜拉索一張后主梁應(yīng)力分析

主梁施工至斜拉索第一次張拉時(shí)，此時(shí)主梁最大壓應(yīng)力為11.73 MPa＜0.70fck＝22.37 MPa，最大拉應(yīng)力為 0.54 MPa＜1.15ftk＝2.84 MPa，滿足要求。受力情況如圖7所示。

圖7 斜拉索第一次張拉主梁上、下緣應(yīng)力

3.6.3 第二次張拉后索力控制效果

(1)第二次張拉后索力誤差分析

第二次張拉后索力修正值與理論成橋索力進(jìn)行對(duì)比(見表3)，偏差均在5%以內(nèi)，滿足要求。

表3 斜拉索二次張拉索力與理論成橋索力誤差分析

(2)斜拉索二張后主梁應(yīng)力分析

受力情況如圖8所示，主梁施工至斜拉索第二次張拉時(shí)，此時(shí)主梁最大壓應(yīng)力為10.67 MPa＜0.70fck＝22.37 MPa，最大拉應(yīng)力為 0.01 MPa＜1.15ftk＝2.84 MPa，滿足要求。

圖8 斜拉索第二次張拉主梁上、下緣應(yīng)力

4 結(jié)論

采用以上技術(shù)，目前該橋已安全轉(zhuǎn)體合龍，斜拉索已完成張拉，應(yīng)力、線形等符合設(shè)計(jì)要求，并得以下結(jié)論:

(1)采用梁頂面汽車吊布置在遠(yuǎn)離既有線一側(cè)等措施，確保了臨近既有線斜拉索施工安全。

(2)分絲管索鞍安裝難度大，采用勁性骨架定位，確保分絲管索鞍的精確安裝。

(3)采用兩次張拉調(diào)索技術(shù)，通過第一次張拉后索力及第二次張拉后索力修正值與其對(duì)應(yīng)理論索力的對(duì)比分析，偏差均在5%以內(nèi)，滿足規(guī)范要求，斜拉索的受力分布情況較為均勻，受力狀態(tài)合理，確保了橋梁的線形、內(nèi)力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(4)索力監(jiān)測(cè)創(chuàng)新采用錨索計(jì)法和頻譜法相結(jié)合的監(jiān)測(cè)方法，利用錨索計(jì)法修正頻譜法索力監(jiān)測(cè)誤差，為橋梁運(yùn)營期索力精確監(jiān)控提供依據(jù)。