大跨徑斜拉橋的斜拉索施工關(guān)鍵技術(shù)研究
摘要：斜拉橋是一種橋面體系受彎壓、支承體系受拉的橋梁，是由梁、塔、索三部分組成的一種組合體系結(jié)構(gòu)。而斜拉索作為一種柔性拉桿，是斜拉橋的主要受力構(gòu)件，在斜拉橋中起著至關(guān)重要的作用。本文以某斜拉橋的施工為背景，闡述斜拉索架設和張拉施工工藝，重點提出斜拉橋中斜拉索施工過程中關(guān)鍵技術(shù)問題以及控制，對該斜拉橋的斜拉索施工進行了有效控制。
關(guān)鍵詞：斜拉橋；斜拉索；索力
1 引言
在斜拉橋施工過程中，隨著主梁懸臂長度的增加，結(jié)構(gòu)體系不斷變化，斜拉索的拉力處于不斷變化之中，實際上斜拉索拉力的實測值與理論設計值之間存在不一致，因此有必要深入研究斜拉索在施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)以及采用一定的控制措施，保證最終的成橋狀態(tài)滿足設計要求。本文結(jié)構(gòu)某斜拉橋的施工，針對斜拉橋中的斜拉索進行分析研究，提出其在施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)和有效控制措施，對該斜拉橋的斜拉索施工進行有效控制。
2 工程概況
該斜拉橋的橋面寬29.5m，跨徑組合為72m+120m+120m+72m==384m，中塔（9#墩）處為梁塔墩固結(jié)，兩側(cè)邊塔（8#、10#墩）處為梁塔固結(jié)，在橋墩蓋梁上設置支座。主梁采用C50三向預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，單箱3室結(jié)構(gòu)，梁高由4.3m按照二次拋物線形式漸變到2.3m�？v向預應力和橫向預應力筋采用鋼絞線，豎向預應力筋采用高強精軋螺紋粗鋼筋。主橋共有三個索塔，每個索塔上掛8對斜拉索，在橫向分為2排。斜拉索在塔上間距為0.8m，通過鞍座穿過塔身。鞍座采用分絲管形式，每根分絲管穿一根鋼絞線，以便將來可以單根換索。索鞍的斜拉索出口處設抗滑錨板，以防止鋼絞線滑動。斜拉索在主梁上間距5m，錨固在箱梁中室內(nèi)，相應位置設置一道橫隔梁。
3 斜拉索施工關(guān)鍵技術(shù)
斜拉索是一種柔性拉桿，是斜拉橋的主要受力構(gòu)件。當今國內(nèi)外斜拉橋所用的斜拉索主要采用經(jīng)過多種防腐處理制作的高強平行鋼絲和平行鋼絞線兩種形式。而平行鋼絞線拉索在現(xiàn)代斜拉橋拉索中日漸常用。本斜拉橋的斜拉索采用柳州歐維姆機械股份有限公司生產(chǎn)的OVM250平行鋼絞線拉索，斜拉索采用Φ15.24mm環(huán)氧涂層高強鋼絞線，強度為1860Mpa。斜拉索錨具采用可調(diào)換索式錨具，共有兩種規(guī)格，其中1#至6#采用OVM200AT一41型、7#至8#索采用OVM200AT一43型。拉索采用多層防腐措施，每根環(huán)氧涂層高強鋼絞線外熱擠PE防護套，整索外套加整圓式高密度聚乙烯HDPE管，其規(guī)格為Φ240×8.6mm。為防止橋面低處斜拉索人為破壞，在其下端2.5m豎直高處范圍內(nèi)設防護鋼管，其規(guī)格為Φ273×5mm。
平行鋼絞線施工工藝相當復雜，且對安全性、穩(wěn)定性等要求很高。如何保證施工工序的安全實施，保證鋼絞線下料長度和拉索PE護套的剝除長度的準確無誤，保證單根鋼絞線索力的均勻性及準確性，對于整個的斜拉橋施工都是至關(guān)重要的。下面主要從拉索掛設和拉索張拉兩大方面對鋼絞線拉索施工進行具體介紹和要點分析。
3.1平行鋼絞線斜拉索的架設
由于索鞍管內(nèi)焊有分絲管，拉索順序應自上而下逐行進行。標準階段鋼絞線的安裝方法及工序如下：
(1)從塔頂將卷揚機的牽引鋼絲繩沿塔柱內(nèi)腔自由放下，牽引鋼絲繩到達所需錨具位置處。安裝與高強鋼絲相連接的連接器。把鋼絲繩插入錨具按安裝順序規(guī)定的錨孔內(nèi)，并繼續(xù)向下放出鋼絲繩；
(2)橋面工作臺上拖動己準備好的鋼絞線繞過定位導向輪，將鋼絞線與穿索板連接牢固。鋼絞線通過高強鋼絲，與牽引鋼絲繩聯(lián)成一條線；
(3)操作塔頂卷揚機回拉鋼絲繩，并連同鋼絞線一起牽引到塔外工作位置。當鋼絞線露出塔端斜拉索外套管口后，塔外操作人員分別將兩根鋼絞線與塔內(nèi)的卷揚機鋼絲繩通過連接器連接，并操作卷揚機將鋼絞線牽引進塔內(nèi)。把鋼絞線拉入錨具，此時應降慢速度以防破壞錨具內(nèi)的密封裝置；
(4)當鋼絞線拉出錨環(huán)面后，調(diào)整鋼絞線兩端長度，檢查單根鋼絞線外層PE防護套剝除長度是否準確，然后在張拉端和固定端對應的鋼絞線錨孔內(nèi)安裝夾片；
(5)將千斤頂、壓力傳感器裝到剛穿好的鋼絞線上，并張拉至預先計算的應力；
(6)重復以上步驟直到完成全部鋼絞線的安裝。
在單根掛索時，應注意鋼絞線的HDPE護套的保護和避免打絞現(xiàn)象發(fā)生。另外，由于掛索的要求，張拉端、固定端PE護套必須根據(jù)計算長度剝除。剝除時應注意不得誤傷鋼絞線。剝除后，打散鋼絞線，用專門的清洗劑清洗兩端油脂，清洗時注意保護環(huán)氧涂層，清洗后將鋼絞線復原，對端頭進行墩頭處理，以供掛索時牽引需要。剝除長度過短則防護不到，影響鋼絞線的正常使用壽命，過長則無法施工，影響工期。所以這關(guān)系到精確計算嚴格控制剝除長度問題。
3.2平行鋼絞線斜拉索的張拉
每根索的鋼絞線均逐根掛索后即用YLSDI60一150千斤頂進行張拉。為使每根索中各鋼絞線索力均勻，采用等張拉值法進行張拉，即每根鋼絞線的拉力以控制壓力表讀數(shù)為準，傳感器讀數(shù)進行監(jiān)測。隨后張拉時每根絞線的拉力是按當時傳感器的顯示變化值進行控制的。通過以上索力控制，索力均勻性可控制在每根斜拉索的各股鋼絞線的離散誤差不大于理論值的正負2%。本橋一個新特點是索體穿過主塔索鞍對稱錨固于梁體，在索鞍處鋼絞線是從下往上緊密疊加排列的。因此拉索穿掛不能象錨固于梁塔的斜拉橋一樣，從上排往下排穿掛，而只能自下排往上排的順序進行掛索張拉。另外，由于索體是穿過主塔索鞍而對稱錨固于梁下，因此施工中采用中邊跨兩端同步張拉。張拉設備是YDCS160一150千斤頂，配以專用張拉撐腳和連續(xù)張拉裝置，當張拉到控制噸位后，工作夾片一次性錨固，此時能夠保證夾片跟進量，平整度均勻，而且避免工作夾片反復錨固遺留下來的不良影響。每根鋼絞線掛設完畢后，在兩側(cè)梁端同時、同步張拉，先單根張拉，再整體張拉。
整體張拉則采用YDCS55OO型千斤頂及其配套設備進行張拉。由于張拉系統(tǒng)部件質(zhì)量大，安裝時借助手拉葫蘆將撐腳、千斤頂、工具錨板依次安裝。注意整體張拉系統(tǒng)安裝時，應保證其整體對中。根據(jù)成橋設計索力，在整體張拉過程中，當錨具螺母松動脫離墊板時以此作為其伸長值的測量起始點，即此時油表讀數(shù)對應的張拉力作為整體張拉的初始張拉力。確定整體張拉的初始張拉力后，以此為起點分級加載張拉至設計要求的(超)張拉值，測量各級伸長值，旋緊螺母，千斤頂回油，錨固。在張拉過程中，四個錨固點要求做到同步對稱，相互呼應，級差應控制在設計允許范圍之內(nèi)。通過以上整體張拉方式，可將整體索力控制在：每對斜拉索兩根間的差值不大于整索索力理論值的正負1%；斜拉索整索索力誤差不大于理論索力值的正負2%。
4 斜拉橋施工控制
對于斜拉橋來講，拉索索力的準確與否直接關(guān)系到主梁的線形乃至施工安全，因此，必須對施工過程中索力的真實狀態(tài)進行準確的描述，本工程采用振動頻率量測法。這種方法是利用附著在拉索上的高靈敏度傳感器拾取拉索在環(huán)境激勵振動下的振動信號，經(jīng)過濾波、放大和頻譜分析，再根據(jù)頻譜圖來確定拉索的自振頻率然后根據(jù)自振頻率與索力的關(guān)系確定索力。
本工程考慮到拉索彎曲剛度的影響，為保證索力測量的精度，在正式測量前，應對斜拉索按直徑分類，每一類選擇長、中、短三根索，根據(jù)纜索工作的索力范圍，以不同的噸位進行標定，得出頻率和索力的關(guān)系，以此對用理論公式計算的索力進行修正。索力換算不僅要符合基頻，并且要用前3-4階作驗證。在每根斜拉索張拉過程、中間調(diào)索過程、縱向及橫向預應力鋼束張拉后、支架拆除后等工況進行索力測試，并及時進行復測。通過測量，可提供各施工階段索力的真實情況，以及關(guān)鍵索力隨溫度變化的曲線，為進行下一階段施工控制提供了可靠的信息。
本工程斜拉橋的整體張拉的索力控制是以安裝在千斤頂上的油壓表讀數(shù)為主，同時以人工激勵振動法并輔以錨下預埋壓力傳感器校正振動法測量結(jié)果。從斜拉橋施工索力的測試結(jié)果來看，索力測試結(jié)果均滿足監(jiān)控精度。這說明通過上述的一整套平行鋼絞線張拉和架設施工工藝和控制，無論是從各個單根索的均勻性還是從整體張拉索力的控制精度來看，都得到了很好的控制。
5 結(jié)語
本文結(jié)合某斜拉橋的斜拉索施工技術(shù)與控制，形成了斜拉索施工關(guān)鍵技術(shù)成果。本文在詳細介紹鋼絞線斜拉索的施工工藝的同時，全面的分析和介紹了平行鋼鉸線拉索在張拉施工過程中的索力控制問題，在本斜拉橋工程中，考慮了本文所提出的關(guān)鍵技術(shù)問題，取得了令人滿意的效果。
參考文獻：
[1]冷雪浩．PC斜拉橋施工過程中拉索的控制[D]．長安：長安大學碩士學位論文，2006
[2]李維瑞．矮塔斜拉橋施工關(guān)鍵技術(shù)研[D]．上海：同濟大學工程碩士學位論文，2006
[3]韓大建，官萬軼等．斜拉橋施工過程的預測和控制[J]．華南理工大學學報(自然科學版)，2001，29(1)：14～17
