荆岳长江公路大桥超长斜拉索全软牵引安装技术

万 华

(湖南路桥建设集团公司,湖南长沙 410004)

0 前言

目前,国内大部分挂索施工一般采用塔端软牵引+硬牵引+硬张拉和梁端软牵引+硬牵引+硬张拉两种方法进行。采用第一种安装方法时,由于张拉杆一般为脆硬材料制成,其断裂前无明显的塑性变形,且处于高空或索导管内,无法观测,因而在实际操作中张拉杆易断裂而导致斜拉索坠落(该事故在国内斜拉桥施工中层出不穷),同时,张拉杆的使用受塔腔内空间的限制而难以操作;采用第二种安装方法时,需在悬臂梁前端设置大型的可移动吊架,由于该吊架一般比较重,可达40～60 t,对桥梁线形、施工质量影响大,且施工监控难度大。

荆岳长江公路大桥跨江主桥采用主跨816 m双塔不对称混合梁斜拉桥方案,平行双索面,跨度组合为(100 m+298m)+816 m+(80m+2×75 m)。全桥共4×26对平行钢丝斜拉索,其中最长索长度为431.98m,最大重量35.98 t(见图1)。斜拉索塔端锚固采用钢锚梁锚固型式,其最长斜拉索对应的钢锚梁层高为2m。如此超长、重的斜拉索在如此狭小的空间中进行安装,难度大、风险大。

荆岳长江公路大桥南主桥斜拉索施工中采用独创的塔端全软牵引挂索施工技术,避免了以上两种常规施工方法的缺点,安全、简捷、高效地完成了挂索任务。

图1 荆岳长江公路大桥南主塔总体构造(单位:m)

1 工艺原理

仅采用柔性钢绞线作为牵引体,直接将斜拉索锚头牵引至带帽位置后安装锚固螺帽,即先将斜拉索牵引端工具锚牵引至塔内行星千斤顶内,用夹片锁定钢绞线后再安装梁端锚头,然后利用塔端内的大吨位穿心式行星千斤顶牵引直接连接于斜拉索塔端锚头的钢绞线,将斜拉索锚头牵引至戴帽位置戴帽,再拆除钢绞线牵引装置。最后安装张拉杆及张拉千斤顶进行斜拉索的第一次、第二次张拉(见图2)。

图2 斜拉索全软牵引安装原理示意图

2 施工工艺流程及操作要点

1)施工工艺流程见图3。

2)超长斜拉索牵引钢绞线长度、数量的设置。

牵引钢绞线的长度以塔外卷扬机最大提升斜拉索塔端锚头提升至最大高度后,塔端锚头其距锚固位置的距离考虑一定富余量后进行确定;其斜拉索牵引钢绞线的牵引数量按斜拉索梁端锚头已完全锚固到位的情况下,其牵引塔端锚头至戴帽位置所需最大牵引力确定。

斜拉索挂索索力按下式计算:

式中:ΔL为牵引力为T时斜拉索锚头距离锚垫板端部中心距离;L为斜拉索长度;L0为斜拉索锚板中心的几何间距;ω为斜拉索单位长度重量;Lx为斜拉索水平投影长度;T为挂索牵引力;A为斜拉索横截面面积;E为斜拉索弹性模量。

各牧草品种CP产量年际变化显著(P<0.05)，月变化显著(P<0.05)。2年平均以星星草CP产量最高，为69.73 g/m2，其次为同德老芒麦(65.79 g/m2)、垂穗披碱草(60.71 g/m2)、中华羊茅(51.00 g/m2)、青海早熟禾(41.49 g/m2)。同德老芒麦和垂穗披碱草CP产量在8月达到最高值，显著高于7月和9月，青海草地早熟禾、星星草和青海中华羊茅CP产量2年的变化没有规律。2014年CP产量在9月达到最高值，2015年在8月达到最高值(图 6)。

经计算,荆岳长江公路大桥最长索的最大牵引力为406 t。其单根索牵引钢绞线的数量为25根,长度为64 m。

图3 施工工艺流程图

3)牵引千斤顶的配置。

牵引千斤顶的最大牵引顶推力应大于单根斜拉索钢绞线的牵引力。

荆岳长江公路大桥斜拉索的安装过程中,选用超大流量的油泵和大吨位穿心式行星千斤顶作为牵引机具,此系统每1 h收索达到10～15 m左右,可连续、高效、安全的进行斜拉索的安装。行星式千斤顶结构见图4。

图4 行星式千斤顶结构图

该行星式千斤顶由周边对称布置的4个小型千斤顶环绕中间牵引、临时固定钢绞线的上、下工具锚构成。斜拉索通过钢绞线利用行星式千斤顶牵引时,周边对称布置的小千斤顶通过顶升板顶升上部钢绞线工具锚,实现钢绞线牵引。当千斤顶油缸至最大行程位置时,千斤顶泄压,上部工具锚回缩;同时,利用下部工具锚临时锚固牵引钢绞线。直至千斤顶回复至起顶位置。重复上述过程,直至斜拉索锚头牵引至戴帽位置。

4)安装塔顶支架、布置塔顶及桥面卷扬机。

在上、下游塔顶各安装塔顶支架。塔顶支架主要由Ⅰ36b工字钢组成的三角桁架结构组成。在塔顶支架南、北侧各设置1台8 t卷扬机,根据实际施工情况走4～8道丝,作为斜拉索主要提升设备;在桥面设置4台5 t卷扬机配合斜拉索索盘在桥面上放索及梁端牵引;上、下游塔顶各布置2台5 t卷扬机用于塔内安装挂索、张拉设备和挂索过程中牵引钢绞线最前端工具锚;另外在桥面设置1台8 t卷扬机用于移运放索架(卷扬机布置见图5)。

5)安装软牵引系统。

图5 卷扬机布置示意图

图6 塔内软牵引安装示意图

图7 软牵引连接示意图

②斜拉索软牵引连接。用压套、钢绞线、工具锚、夹片作为斜拉索张拉端软牵引。安装时钢绞线应摊铺平整顺直,每隔1～1.5m捆扎一道胶布或细铁丝,防止钢绞线扭转,并预留0.5～0.7 m露出压板外并绑扎(该预留长度为行星千斤顶上下工具锚的间距,可稍微预留长点),见图7。然后在对应索道管长度多约1～1.5 m的索体位置安装吊点抱箍。吊点抱箍应有足够的长度及刚度,拧紧后抱箍与斜拉索之间能产生足够的摩擦力,以防止抱箍受力滑移。起吊斜拉索所需的力较大,因吊点处弯折角度大,采取抱箍与斜拉索之间垫一层稍厚的橡胶片,且橡胶片应稍伸出抱箍两头,同时抱箍处索体用大布包扎,塔顶支架8 t主提升卷扬机走4～8道丝与吊点抱箍连接。起吊时应2台卷扬机同时起吊,其中8 t卷扬机承受索体全部重力,5 t卷扬机用于牵引端起导向作用。因此5 t卷扬机一般采用单丝,若采用多丝则过大的受力会造成钢丝绳旋转而导致钢绞线扭转。软牵引连接安装示意见图8。

图8 软牵引连接及抱箍安装示意图

6)斜拉索提升及连接塔端软牵引设备。

将塔顶5 t卷扬机钢丝绳连接斜拉索张拉端软牵引钢绞线,用塔顶8 t卷扬机钢丝绳连接抱箍吊点,在提升过程中5 t和8 t两台卷扬机相互配合牵引斜拉索至相应套筒附近。随着斜拉索提升的同时,桥面上的放索架配合放索。斜拉索起吊时牵引示意见图9。

图9 斜拉索起吊时牵引示意图

当牵引系统最前端的工具锚提升至塔端索套筒口时,利用塔顶5 t和8 t卷扬机相互配合,调整牵引前端的工具锚至合适的空间位置并让其进入索套筒内,穿过千斤顶撑脚、斜拉索螺母。当牵引端的工具锚到达行星千斤顶内撑脚位置时,安装下工具锚承压半圆板、定位锁板、限位螺丝。此时牵引端工具锚成为千斤顶的下工具锚,然后拆除5 t卷扬机钢丝绳,安装千斤顶的上工具锚、夹片锁定钢绞线。最后千斤顶进油,受点力,至此斜拉索软牵引准备工作完成。张拉端与索软牵引连接示意见图10。

7)斜拉索展索及梁端锚固。

图10 张拉端与索软牵引连接示意图

斜拉索塔端软牵引准备工作就绪后,利用桥面布置的卷扬机将放索架拖至梁端索套筒口附近,直至斜拉索锚头完全脱离放索架。展索过程中每隔3～5m设置一个支承展索小车,防止斜拉索在展开过程中与梁面发生摩擦而损坏斜拉索的PE保护层,同时小车与索体之间垫上麻布以保护拉索。待斜拉索完全脱离放索架后,安装抱箍。以汽车吊的吊点为抱箍位置,当锚头牵引至索套筒口时,利用汽车吊适当调整索体高度,使锚头自然下垂的角度与梁端索套筒的角度基本吻合,卷扬机配合将梁端锚头引入锚箱锚固,此时需要的牵引力不会很大,选用两个4门32 t滑轮组,绕2～6路丝。滑轮组仍通过抱箍与索体连接,为防止抱箍滑移和锚头进入套筒过程中更好的保护索体,可在抱箍前加一根衬管,将力传至冷铸锚杯根部。斜拉索梁端锚固安装示意见图11。

图11 斜拉索梁端锚固安装示意图

8)斜拉索软牵引(即收索)。

当梁端斜拉索锚头锚固后,塔端便可开始软牵引。此步骤为:用千斤顶端顶工具锚、夹片锁定钢绞线(行星千斤顶进油时,上工具锚受力;回油时转换成下工具锚受力),千斤顶顶一个行程到位;用行星千斤顶撑脚内腔的下工具锚锁定钢绞线;退顶,重复操作直至斜拉索锚头出锚垫板,戴好拉索锚固螺帽。见图12。

图12 斜拉索收索照片

9)斜拉索张拉。

张拉在索塔内进行,油压表采用0.4级精度表。斜拉索锚头被牵引到位后,戴好拉索锚固螺母。行星千斤顶退顶、拆除软牵引设备。安装张拉千斤顶、变径套、张拉杆,戴好张拉千斤顶上端丝杆螺母。为防止斜拉索张拉时千斤顶油缸转动,在张拉千斤顶与张拉丝杆间安装防扭钢板。斜拉索张拉示意见图13。

图13 斜拉索张拉示意图

根据钢箱梁悬臂端的荷载状态,斜拉索正式张拉分2次。张拉吨位由监控与设计提供。前后2次都必须同号的4根斜拉索同时对称张拉,以防止索塔承受过大的弯曲应力。在张拉设备安装好以及钢箱梁焊接完成后,进行第一次张拉。为了减少温度、日照对张拉和梁体标高的影响,斜拉索第二次张拉一般定在日落后3 h至第二天日出之前1 h进行。张拉过程中采取分级张拉,以每10 t为一级缓慢进行,并作好张拉记录。在张拉过程中,要不断拧紧斜拉索的锚固螺帽,防止千斤顶回油时,斜拉索产生冲击,损坏千斤顶和油泵。

3 实施效果

荆岳长江公路大桥南主桥06#索～26#斜拉索挂索施工自2010年2月7日开始至4月29日,仅用82 d顺利完成。在整个施工安装期间,未发生任何质量、安装事故。

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