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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date高强平行钢丝斜拉索在大跨度斜拉桥中的施工技术斜拉桥主塔施工技术高强平行钢丝斜拉索在大跨度斜拉桥中的施工技术中铁十三局第一工程有限公司高 伟【内容提要】: 以金华市西二环跨金华江大桥为例,简要介绍斜拉桥高强平行钢丝斜拉索施工工艺及施工要点,经实践证明该方法施工经济简便、安全可靠。【关 键 词】:斜拉桥 斜拉索 高强平行钢丝 施工技术1.工程概况:金华市西二环跨金华江大桥
2、主桥上部结构采用95.5米+222米+95.5米三跨双塔双索面半漂浮体系混凝土斜拉桥，主桥总长413米，全宽45米。主梁断面为边双主梁、横梁和顶板构成的梁板结构，顶板厚0.28米。每侧边主梁由两条宽1.5米高2.5米矩形截面梁形成“”形结构，梁体标准节段长6.0米。中孔梁体采用移动支架施工，边孔采用满堂支架施工，均为现浇C50预应力混凝土。主塔采用混凝土桥塔，直立结构，自基础顶至塔顶高83.28米，由门型主墩和H型塔柱构成。桥面主梁下设一塔间下横梁，桥面以上42.5米处设一上横梁。图一：主桥立面布置图斜拉索为平面索，两索面距离为27米，18对拉索在塔上呈扇形布置，塔上索距为2.01米3.29米
3、，标准梁段索距为6米，边跨梁体箱梁段为3米，斜拉索采用镀锌平行钢丝成品索，钢丝直径7毫米，钢丝标准强度为RYB=1670MPa，设计最大索力6484kN。拉索为热挤两层PE，第一层为高密度黑色聚乙烯，外层为高密度彩色聚乙烯；锚具采用冷铸锚，塔端为张拉端，梁端为固定端。为保护索体不受损伤，每索下端离梁面2.5米高范围外包不锈钢，斜拉索共计72对144根，从PES7-163PES7-295型号中共计10种规格，最长索约123米，最大拉索重约12吨，全桥总重约1064吨。 2施工工艺2.1总体安排在塔柱施工至标高106.78米完成之后，主桥梁体施工时，开始斜拉索安装，斜拉索安装完毕之后浇筑装饰段混凝
4、土。斜拉索的挂设安装分三步进行：放索、斜拉索的塔部安装、斜拉索的梁部安装。挂索工艺“先梁上展索、塔端安装，然后在主梁拉索锚固节段安装完成的条件下，进行梁端锚头安装、锚固后再塔上牵引、张拉”的施工方法。塔端为张拉端，梁端为锚固端，按顺序进行张拉，最后完成调索施工。拉索的安装工艺流程为：索盘运至现场桥面吊机起吊至桥面索盘架内梁上安装卷扬机滚道牵引斜拉索放索塔根卷扬机通过塔顶转向滑轮起吊斜拉索索夹至索管口吊篮操作人员将锚头与塔内伸出的牵引头连接塔顶卷扬机钢丝绳将锚头牵引进入索导管并锚固安装张拉杆梁体混凝土浇筑完成达张拉强度梁下软牵引将梁部锚头安装至梁体斜拉索完成挂索塔端张拉，完成安装调 索重复挂索工
5、序至安装结束当一座塔同索号的4根索均牵引到位后，4根拉索同步进行张拉到设计制定的拉力值。至此、拉索安装的一次循环完成。2.2斜拉索施工准备2.2.1拉索进场、检验及前期防护措施高强平行钢丝成品索采用工厂预制完成后，成盘包装，以汽车运至施工现场，用吊车装卸吊至主塔附近梁上，起吊及运输时注意对PE护套的保护，搭设离地30CM的平台，平台上铺麻袋多层，卸完用油布盖好，做好防漏防火工作，拉索由塔柱附近移至桥面放索位置采用桥面上专用吊机。成品索进场后根据质保单进行严格检验，合格后，妥善保管。首先检查锚具，PE在运输过程中是否有损伤，如有损伤，及时采取修理措施。检验并核对成品索合同内的质量证明文件等是否齐
6、全完整。2.2.2斜拉索放索斜拉索放索使用专用放索盘放索，见附图。在放索过程中，由于索盘自身弹性和牵引产生的偏心力，会使转盘转动时产生加速，导致转盘及施工人员的安全，所以转盘内设刹车，放索时注意转盘的转速。图二：放索盘示意图2.2.3拉索水平牵引斜拉索的水平牵引主要使用卷扬机。拉索从索盘上释放出来，进入梁端、塔端钢套管前，需在桥面上进行一段较长距离的移动。关键是如何保护好拉索的PE防护外套。本工程主要采用的方法有：滚筒法、垫层拖拉法两种。在桥面上摆放多个滚筒，滚筒之间要保持合适的距离（一般35米），防止拉索因下垂而与桥面接触，以致刮伤PE防护套。滚筒宜固定在桥面上，防止拉索移动时倾倒。制作滚筒
7、时，要根据拉索的刚柔程度，选择适宜的滚轴半径，以免滚轴弯折；滚轮做成凹槽形，用橡胶或塑料等柔性、半柔性材料制成，以较好地保护拉索PE护套。对于一些自重轻，长度短的拉索，使用垫层拖拉法，可在梁面放索线上铺设麻袋、草包、地毯等柔软的垫层，就地拖移。 图三：滚筒法放索示意图2.2.4斜拉索安装前的清理检查、清除锚索管内的水泥砂浆、焊渣和管口处毛刺。、清理锚垫板上的砂浆、焊渣等，保证锚固螺母与锚垫板密贴。、检查锚头槽口尺寸，以确定千斤顶的安装位置。、在锚垫板上放出孔道口十字中心线，以便对中，如若锚头安装偏位会造成锚头外螺纹与孔口磨擦，影响斜拉索张拉力精度。2.2.5 预埋件的布置2.2.5.1预埋件的
8、作用预埋件的准备是一项非常重要的工作。各个部位的预埋件为将来挂索施工中卷扬机的固定、吊装的施工点等提供了保证。根据各个部位的特点和使用的需要，设计了不同的预埋件、并尽可能利用塔柱施工埋件。2.2.5.2桥面预埋件在桥面上根据施工需要设计若干个埋件。桥面塔根中心附近，安置8块预埋件，用于固定桥面上8吨位卷扬机。用于控制牵引成品斜拉索。2.2.5.3塔顶预埋件塔顶每腔室边线附近各埋设10块个预埋件，主要用于焊接工字钢后作塔顶吊架和工作平台及安装5t卷扬机和转向滑轮用。 图四：塔顶预埋件构造图2.3拉索的挂设2.3.1上锚安装2.3.1.1放索将斜拉索从存放地利用龙门吊上车运至塔根部，由桥面悬臂吊机
9、将索盘直接吊到桥面后放入放索盘，放索盘做成可自行式，移运至斜拉索梁部安装位置后固定。2.3.1.2挂索用带防护物的索夹按锚索管长度确定,夹紧索体作为塔顶龙门架提升吊点；安装好锚头牵引连接器，把卷扬机钢丝绳扣牢在吊点上。图五：起吊用索夹示意图开动塔根部卷扬机提升锚头，吊至塔上锚索管附近（梁端卷扬机反向拽拉），此时在塔外挂索吊篮上的操作人员的协助下。把塔上卷扬机由锚索管内放出的牵索钢丝绳与锚头连接器连接收紧，塔外自升降式吊篮在固定后即行加扣手拉葫芦保险。塔上卷扬机通过钢丝绳牵拉锚头，及时调节合适的锚头位置，通过内拉外送的办法，使拉索进入索管口，当拉索锚头露出塔上锚垫板后将螺母旋进张拉端锚头，旋进锚
10、头的深度以螺母平齐锚具端面为准，将千斤顶张拉杆与锚头连接。此时塔外卸下吊钩及索夹，塔内解除牵索连接件，拉索的塔上部分安装完成，整个斜拉索由塔上悬垂在桥面上。2.3.2 下锚安装2.3.2.1安装索力计算根据斜拉索的下料长度L，上下两端索孔锚板中心的几何距离L0，塔上斜拉索钢丝墩头端部与锚板距离L1，可以推导出计算斜拉索梁端钢丝墩头端部离梁上索孔锚板端面距离为L时的安装索力T的方程，计算图式见图，由图不难得出：图六：安装索力计算式L= L0+L1+Lf-L-Le (1)式中：Lf斜拉索垂直度修正，Lf=W2Lx2L0/（24T2）； W斜拉索赔单位长重量； LxL0的水平投影长度；Le斜拉索的拉
11、伸修正，Le=TL/AE；A斜拉索的钢丝总截面积；E斜拉索的钢丝弹性模量，取1.95105MPa；由此可推计算斜安装索力T的方程：T3L/AE-(L0+L1-L-L)T2- W2Lx2L0/24=0 (2)解此方程，所得正确即为L时的安装索力T。用MATLAB5.3软件自编程序，迅速准确的进行计算。2.3.2.2放索在桥面上顺斜拉索前行路径上每隔一定距离安置一台支架式滚筒，以防斜拉索与桥面摩擦损坏PE护套。采用挂篮端5T卷扬机通过动滑轮组牵引锚头至锚管口附近。2.3.2.3梁部安装首先塔上放松，然后进行梁下软牵引，最后进行刚性牵引。为了尽可能的降低安装索力，应尽量降低L1和加大L值。降低L1的
12、方法是利用安装在塔端斜拉索上的千斤顶，通过拉杆在保证锚固可靠的原则下，将斜拉索放下一段距离。利用多股钢绞线通过特制连接器或组合式多节张拉杆与索头加长拉杆相连，配合千斤顶牵引挂索的方法为软牵引法。加大L的方法是在梁下千斤顶上先安装一套软牵引装置，使其提前与拉索冷铸锚连接上，将安装索力转换到千斤顶上。通过一种特制连接器与拉杆连接，拉杆与锚头再连接。先用梁下千斤顶张拉斜拉索将拉杆与锚头一起牵引，从梁下安装拉索索道钢管向梁外引出由卷扬机作动力的牵引索，将钢绞线与之相连的拉索从梁下向梁上穿，穿过夹片锚环、开合连接法兰、反力架、锚头螺母，放于反力架中；当拉杆拉到索道钢管口时，然后在反力架后的锚环上安装10
13、0-200t连续快速千斤顶，并在千斤顶后安装对应的工具锚环，使用千斤顶收紧钢绞线束，再慢慢放松卷场机，卸除滑轮组。手拉葫芦调整索头对中索道钢管中心，用连续快速千斤顶张拉软牵引钢绞线，直到冷铸锚头出现螺纹在千斤顶反力架下方空间，旋入预置在锚垫板上的锚圈，至少保证旋入4圈螺牙；图七：梁部斜拉索软牵引装置结构图拆除卷扬机牵引系统，拆除连续快速千斤顶。整个软牵引过程应小心缓慢进行，随时注意保护锚头及PE护套不受损伤。特别是已浇梁段桥面与挂篮底部落差位置应加强保护。记录千斤顶油表数值，换算成索力值校验表中数值，为下根拉索安装做准备，若有大的偏差要及时调整。锚头与张拉杆接上后，利用安装在张拉杆上的650T
14、千斤顶，进一步把斜拉索张拉到预定位置。完成上述步骤后，在对称另一跨侧安装另一根斜拉索，当4根拉索都张挂到位后，即安装4套张拉千斤顶与拉杆，完成拉索牵引施工，进入张拉施工程序。2.3.3 安全施工要点挂索这一阶段施工作业面长、危险性大，要做到安全文明施工必须掌握施工中特别注意的细节。为确保斜拉索锚头和PE护套不受损伤，因此在对斜拉索的各项防护措施必须严格检查、切实做好。上锚就位后，在下锚牵引前为防止拉索重挂与锚索管接触擦伤PE护套，因此在钢丝绳脱挂前，用胶板衬垫在锚索管与拉索之间。在斜拉索上安装索夹应有足够的长度，其夹紧用的螺栓应有足够的强度，拧紧后应使索夹与斜拉索之间（垫高强橡胶板）产生足够的
15、摩擦力，以防止索夹受力后滑移。下锚头牵引时，牵引力较大，牵引连接索夹应顶住冷铸锚杯，将力传至冷铸锚可有效防止连接索夹滑移。在挂索安装过程中，各种构件连接处较多，如锚头与拉杆、牵引头的连接、滑轮与塔柱拉索的连接等，任一处发生问题就会发生事故，在施工中应特别注意各连接的可靠性。所有起重用钢丝绳、卸扣、转向轮等均应符合施工规范，具有足够的安全系数。各作业点指挥人员应用对讲机及时联系，统一步调，协调指挥卷扬机应定人专职操作，遇有情况能及时作出正确的反应。塔内、塔外各施工部件都应做好双重保险任务，防止事故发生。2.4拉索的张拉拉索的张拉程序如下：张拉前准备工作安装千斤顶张拉杆拧入冷铸锚杯拧入张拉杆工具锚
16、圈调整各部分的相应位置施工5%设计索力检查并调整安装位置，记录初始值解除安装千斤顶时的吊点或支垫点的约束分级施力直至达到一次张拉所要求的拉力值与张拉同步拧紧锚圈量测应力、应变值检验，与设计应力应变值核对外观检查（锚垫板、锚箱、塔柱结构等变形情况，拉索有无断丝、滑丝现象）检验合格，拆除千斤顶，张拉杆，进入下一根索的张拉周期。2.4.1张拉前的准备工作2.41.1 张拉工作平台的准备在塔内做一个可上下移动的升降平台，其上下的运动是靠塔顶卷扬机的钢丝绳来实现。该平台做成双层，其承载力在3吨以上。下层用于承载高压油泵，上层为张拉工人操作空间，上层面板可分块拆除。当工作平台到达需要张拉的位置时，用一个“
17、十”字铁件插入上面索管口内，铁件上垂下钢丝绳将平台四个角吊住并保持水平，解除卷扬机钢丝绳。同时吊篮与周围塔身内的预埋件焊接，使之固定牢固。为配合上下人员、物资的运输，塔内安置两台吊篮，同样用塔顶卷扬机起吊，至平台位置通过钢丝绳与塔顶工字钢上的钢丝绳用卡箍连接。2.4.1.2张拉前的准备工作拉索张拉前，应作好充分的准备工作，主要内容如下：确认临时锚固安全可靠，拆卸牵挂拉索时牵引索连接接头，确认拉索无额外的牵挂、阻碍。检查并清除锚垫板面上的钢渣、混凝土渣、油污及其他不属于结构部分的任何物质，检查并量测冷铸锚头是否居于锚垫板孔眼中心，检查冷铸锚头内外螺牙是否保持完好。如螺牙有划伤、变形、堵塞，则要进
18、行修复、清洗，直到符合施工要求。检查、调试张拉设备的完好状态，如电源的安装、油表的校验，液压油泵、千斤顶的标定和检验等。张拉计算资料的准备，如张拉次数，每次张拉的力值，换算的油表读数，拉索的理论延伸量，梁面的标高变化值，塔柱的偏移值等。2.4.1.3 张拉前注意事项、在成品索挂索完成后，塔内张拉前的准备工作也要立刻进行。、拆除挂索时使用的牵引头，选择与成品索锚头内部螺纹相配套的变径套，旋入锚头内。此时应该注意，变径套所有螺纹一定要旋入锚头的内螺纹底部，多余的螺纹部分应留在外面。、将YCW650千斤顶的撑脚安放到合适的位置。使之在装拉杆及千斤顶就位时不要移动。撑脚的中心与锚具中心，应保持同心，不
19、得有偏心的现象，以免在以后的张拉中将锚具的外螺纹拉伤。、装入拉杆。注意，拉杆在销结时一定到位。否则，将有可能出现拉脱的现象。、千斤顶就位。千斤顶在放下时要轻。要求和撑脚的接触面要平，并且要求对中。、装配螺母。螺母装上后不要旋得太紧，以便给千斤顶活动的余地。应离千斤顶1-2cm，这样有利于调节千斤顶、撑脚与锚具的中心位置。同时，也有利于千斤顶的供油。2.4.2 张拉施工张拉实行四根并每根在塔端都要对称张拉。以防止索塔承受过大的弯曲应力。张拉采用应力应变双控措施。以应力为主，以应变为辅。张拉时施工监控单位测定索力，与油表读数相互校核，确保索力最终控制在2%以内。拉索张拉过程中必须同时进行高程、塔柱
20、变形观测并与设计变位值校核，索塔两侧对称的拉索应同步张拉，并记下当天的温度。斜拉索正式张拉分两次，在挂索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，斜拉索的第二次张拉定在晚上9:30以后日出之前进行。采用分级张拉，以每10t为一级缓慢进行，并作好张拉记录。张拉施工张拉工艺：a接通油泵和YCW650千斤顶的油管，检查精密压力表是否与千斤顶相符，在未张拉之前，可以在空载的情况下活动两个行程，确保千斤顶在张拉时无任何问题。b启动油泵，在张拉过程中，成品索缓慢上升。与此同时，应将成品索的锚圈缓慢的下旋，使其不致离锚垫板的位置过高。c当达到设计、监测监控给定的张拉吨位后。应先稳住油压
21、，检查索力值是否正确。然后旋紧螺母，使螺母能与锚垫板充分的结合。d最后，卸除油压。回油、关机、断电、完成张拉的全过程。张拉施工要点：a、施工要严格按设计所提出的张拉程序及张拉力进行。对施工中出现的异常现象，应停止施工，并及时报请现场监理和设计，待查明原因，采取措施后再继续施工。b、千斤顶、油泵等整个加载系统在施工前必须标定，以确保张拉控制的准确性。施工中应同时观察油压表读数。c、当张拉设备，如：千斤顶、压力表等损坏或超过规定使用期限，应重新进行标定。d、张拉操作必须逐级、平稳、对称进行，以每10吨分级为宜，不允许出现超载现象，并作好张拉记录。e、在张拉过程中，要不断拧紧斜拉索冷铸锚的锚环，防止
22、千斤顶回油时，斜拉索产生冲击损坏千斤顶和油泵。f、张拉斜拉索和索力调整应在温度比较稳定的夜间进行。如需在白天施工时，应有设计计算提供的张拉力温度修正值。2.4.3张拉安全注意事项：张拉时，千斤顶要有悬吊或支垫保险，防止千斤顶掉落伤人；千斤顶后面不得站人，防止千斤顶失稳时伤人；油泵运转有不正常情况时，应立即停电检查，在有压情况下，不得随意拧动油泵或千斤顶各部位的螺丝，不得拉扯高压油管；高压油管的接头应加防护套，以防喷油伤眼；张拉作业须持证上岗，由熟练的专业人士操作，形成专业化施工。2.5 索力调整2.5.1 调索的目的及次数一般说来，斜拉桥从施工到成桥状态，需要通过索力调整，为了补偿施工过程中的
23、一些应力损失或者是修正施工中出现的误差，使得全桥的桥面线形和结构内力能最大限度的符合设计要求。索力调整一般与索力张拉在同一部位进行，在塔端张拉，则在塔端凋整索力，张拉与调整共用一套设备，这样，施工支架，升降平台，千斤顶悬吊设施等均可共用，可以以节省工作时间。图八：索力张拉调整示意图调索根据实际情况利用上、下锚张拉千斤顶同时对称进行，大致可分3次进行：、根据施工中桥面线型情况，按监控方的要求调索。、合拢前，按监控方的要求进行调索。、全桥合拢后，按监理方的要求调索。2.5.2 调索的步骤5.2.1计算好要调整的索的索力、延伸量、主梁标高的变化值等数据；5.2.2检查并调试好张拉设备的完好状态，撑脚
24、的安装、拉杆的安装及千斤顶的就位与张拉步骤相同。5.2.3将张拉设备、工具分别安装就位，张拉丝杆拧入冷铸锚杯，并拧合到位，不装工具锚圈，千斤顶与油泵油管接好；开动油泵，使千斤顶活塞无负荷载空升少许，如调索要求提高索力，则空升3-5cm即可，如调索要求降低索力，则空升值为拉索回缩值加3-5cm。拧入工具锚圈；按预先计算并确定调索的相应的张拉力，通过电动油泵进油或回油逐级调整索力。如果是降低索力，则先进油张拉至上次张拉的吨位，看锚圈是否有所松动，如没有松动，则增加少许拉力，使锚圈松动，反时针拧松锚圈至大于拉索回缩量位置,油泵缓慢回油使拉索索力降低,直到满足设计要求,随即拧紧锚圈，量测并检查索力调整
25、后各项数据是否符合设计要求；如果是增加索力，则缓慢进油张拉至设计索力值，随即拧紧锚圈。在调索过程中，如调索延伸量超过千斤顶行程，则第一次张拉达到千斤顶行程时，旋紧锚圈，千斤顶回移，重复进行下一行程的张拉。调索过程中，应以检测、校核数据配合油表读数，共同控制张拉力，并随时观测，防止不正常情况的发展。5.2.4以设计、监理、监控确认后，完成调索。2.5.3 调索注意事项及效果调索要求“均匀、对称、分次、循环”施工，一般采用三种控制目标：索力控制；挠度控制；索力与挠度双控。调索后主梁标高恢复到原合龙状态，使桥面线型流畅，索力均匀，梁结构也能处于较佳工作状态，基本消除徐变、非线性影响，使索力、主梁应力
26、、索塔应力都处于安全的工作范围内。2.6 斜拉索的临时减振在斜拉索安装完成后整桥调索过程中，为减小风振影响，在斜拉索下端设置临时减振器，此方法简单有效。图九：斜拉索临时减震措施示意图2.7 斜拉索检查及修补在每节段主梁浇筑及张拉完毕，斜拉索二次张拉后，就可开始该号索的检查和修补，视实际情况而定。一般情况下，斜拉索护套和破损都能在挂索和张拉过程中发现并记录在案，若为较严重的破损，可能在短时间内对斜拉索造成损害，则应在二次张拉后马上检查和修补。其余情况则在调索后进行全桥性的逐根检查修补。检查和修补时采用特制自行小车可以沿索爬升。2.8 斜拉索附属安装在整桥拉索调索完成后对斜拉索进行最后组装。安装减
27、震器，均安装在锚具出口处，主要起两个作用：把拉索固定在锚具中心；第二保护锚具不受由可变荷载和动荷载（风荷载）作用在拉索上而产生的弯曲应力影响。最后安装不锈钢管、氯丁橡胶套管、不锈钢卡箍。2.9 斜拉索的防腐斜拉索是斜拉桥的生命线，本项目斜拉索寿命按50年以上设计，索体、锚头防腐需高度重视。2.9.1索体防腐索体材料采用镀锌平行钢丝，索体外用不锈钢护套防护。成桥调索、减振器固定后，固定已预先套在管外的防水罩，与两端预埋管联接，可有效防止水份进入不锈钢护套内，并隔绝了紫外线照射，进而起到保护索体的作用。2.9.2 锚具端面、外露斜拉索的防腐一方面为了整体防腐，一方面为了使螺母旋扭，在锚具安装时预先在支承筒外螺牙上涂上防腐油脂；整体张拉后，锚具支承筒外露部分、锚板、夹片等都涂上防腐油脂，而且锚具支承筒与锚板接合处用封箱带缠绕密封；调索结束后，锚具外安装保护罩，罩内注油对斜拉索进行防护；上、下锚箱和预埋管内必须预设防水、防潮措施，下端锚垫板应设有排水槽。3.经验总结：斜拉索是斜拉桥的生命线，为全桥的主要受力结构部分，施工要求较高，在施工中使用多种不同的手段和控制方法，施工过程中必须严格控制，以保证施工质量。参考文献:公路桥涵施工技术规范（） 斜拉桥建造技术（范立础）（人民交通出版社） 斜拉桥手册（周孟波 2004.3）（人民交通出版社）-