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自锚式悬索桥施工技术
李文良
摘要: 金湾大桥为自锚式混凝土悬索桥, 在国内尚属首次采用。介绍了该桥的施工工艺特
点和相应的技术措施, 可为同类型桥梁施工参考。
关键词: 混凝土悬索桥; 自锚; 施工; 技术措施
1 工程概况
金湾大桥为自锚式混凝土悬索桥, 主桥跨径为24+ 60+ 24m , 采用现浇混凝土P型连续梁, 主桥宽
12.2 施工工艺
2.1 主塔施工
悬索桥一般主塔较高, 塔身大多采用翻模法分段浇筑, 在主塔连结板的部位要注意预留钢筋及模板支撑预埋件。对于索鞍孔道顶部的混凝土要在主缆架设完成后浇筑, 以方便索鞍及缆索的施工。主塔的施工控制主要是垂直度监控, 每段混凝土施工完毕后, 在第二天早晨8: 00 至9: 00 间温度相对稳定时, 利用全站仪对塔身垂直度进行监控, 以便调整塔身混凝土施工, 应避免在温度变化剧烈时段进行测试, 同时随时观测混凝土质量, 及时对混凝土配比进行调整。5m。双塔双索面结构, 索塔高26.8m。缆索采用双层PE 扭绞型拉索, 主缆由313 根Ф7 钢丝组成, 吊索由37 根Ф5 钢丝组成。
该桥的重点在于现浇混凝土主梁的挠度控制及各种预埋件的精度控制, 难点为吊索张拉过程中的索力调整及缆索的防腐处理, 此桥型目前在全国尚属首例。
2.2 鞍部施工
检查钢板顶面标高, 符合设计要求后清理表面和四周的销孔, 吊装就位, 对齐销孔使底座与钢板销接。在底座表面进行涂油处理, 安装索鞍主体。索鞍由索座、底板、索盖部分组成, 索鞍整体吊装和就位困难; 可用吊车或卷扬设备分块吊运组装。索鞍安装误差控制在横向轴线误差最大值3mm、标高误差最大值3mm。吊装入座后, 穿入销钉定位, 要求鞍体底面与底座密贴, 四周缝隙用黄油填实。
2.3 主梁浇筑
主梁混凝土的浇筑同普通桥一样, 首先梁体标高的控制必须准确, 要通过精确的计算预留支架的沉降变形; 其次, 梁体预埋件的预埋要求有较高的精度, 特别是拉杆的预留孔道要有准确的位置及良好的垂直度, 以保证在正常的张拉过程中拉杆始终位于孔道的正中心。
主梁浇筑顺序应从两端对称向中间施工, 防止偏载产生的支架偏移, 施工时以水准仪观测支架沉降值, 并详细记录。待成型后立即复测梁体线型, 将实际线型与设计线型进行比较, 及时反馈信息, 以调整下一步施工。
2.4 索部施工
2.4.1 主缆架设
根据结构特点, 主缆架设可以采取在便桥或已浇筑桥面外侧直接展开, 用卷扬机配合长臂汽车吊从主梁的侧面起吊安装就位。缆索的支撑: 为避免形成绞, 将成圈索放在可以旋转的支架上。在桥面每4～ 5m 设置索托辊(或敷设草包等柔性材料) , 以保证索纵向移动时不会与桥面直接摩擦造成索护套损坏。因锚端重量较大, 在牵引过程中采用小车承载索锚端。
缆索的牵引: 牵引采用卷扬机, 为避免牵钢丝绳过长, 索的纵向移动可分段进行, 索的移动分三段, 分别在二桥塔和索终点共设三台卷扬机。
缆索的起吊: 在塔的两侧设置导向滑车, 卷扬机固定在引桥桥面上主桥索塔附近, 卷扬机配合放索器将索在桥面上展开。主要用吊车起吊, 提升时避免索与桥塔侧面相摩擦。当索提升到塔尖时将索吊入索鞍。
在主索安装时, 在桥侧配置了3 台吊机, 即锚固区提升吊机、主索塔顶就位吊机和提升倒链。当拉索锚固端牵引到位时, 用锚固区提升吊机安装主索锚具, 并一次锚固到设计位置, 吊机起重力在5t 以上; 主索塔顶就位吊机是在两座塔的二侧安置提升高度大于25m 时起重力大于45t 的汽车吊, 用于将主索直接吊上塔顶索鞍就位, 在吊装过程中为避免索的损伤, 索上吊点采用专用索夹保护; 主索在提升到塔顶时, 由于主跨的索段比较长, 为确保吊机稳定, 可在适当的时候用塔上提升倒链协助吊装。
2.4.2 主缆调整
在制作过程中要在缆上进行准确标记。标记点包括锚固点、索夹、索鞍及跨中位置等。安装前按设计要求核对各项控制值, 经设计单位同意后进行调整, 按照调整后的控制值进行安装, 调整一般在夜间温度比较稳定的时间进行。调整工作包括测定跨长、索鞍标高、索鞍预偏量、主索垂直度标高、索鞍位移量以及外界温度, 然后计算出各控制点标高。
主缆的调整采用75t 千斤顶在锚固区张拉。先调整主跨跨中缆的垂直标高, 完成索鞍处固定。调整时应参照主缆上的标记以保证索的调整范围。主跨调整完毕后, 边跨根据设计提供的索力将主缆张拉到位。
2.4.3 索夹安装
为避免索夹的扭转, 索夹在主索安装完成后进行。首先复核工厂所标示的索夹安装位置, 确认后将该处的PE 护套剥除。索夹安装采用工作篮作为工作平台, 将工作篮安装在主缆上(或同普通悬索桥一样搭设猫道) , 承载安装人员在其上进行操作。索夹起吊采用汽吊, 索夹安装的关键是螺栓的坚固, 要分二次进行: 索夹安装就位时用扳手预紧, 然后用扭力扳手第一次坚固, 吊杆索力加载完毕后用扭力扳手第二次紧固。索夹安装顺序是中跨从跨中向塔顶进行, 边跨从锚固点附近向塔顶进行。
2.4.4 吊杆安装及加载
吊杆在索夹安装完成后立即安装。小型吊杆采用人工安装, 大型吊杆采用吊车配合安装。
由于自锚式悬索桥在荷载的作用下呈现出明显的几何非线性, 因此吊杆的加载是一个复杂的过程。主缆相对于主梁而言刚度很小。如果吊杆一次直接锚固到位, 无论是张拉设备的行程或者张拉力都很难控制, 而全桥吊杆同时张拉调整在经济上是不可行的。为了解决这个问题, 就必须根据主梁和主缆的刚度、自重采用计算机模拟的办法, 得出最佳加载程序。并在施工过程中, 通过观测, 对张拉力加以修正。吊索张拉自塔柱和锚头处开始使用8 台千斤顶对称张拉。吊索底端冷铸锚具, 其锚杯铸有内外螺纹,内螺纹用于连接张拉时的连接杆以便千斤顶作用, 外螺纹用螺母连接后将吊杆固定于锚垫板上。由于主缆在自重状态标高较高, 导致吊杆在加载之前下锚头处于主梁梁体之内, 因此在张拉时需配备临时工作撑脚
和连接杆。第一次张拉施加1ö4 的设计力将每一根吊杆临时锁定, 第二次顺序与第一次相同, 按设计力张拉完,然后检测每一根吊杆的实际荷载, 最后根据设计力具体对每一根吊杆进行微调。在吊索的张拉过程中, 塔顶与鞍座一起发生位移, 塔根承受弯矩, 这样有可能产生塔根应力超限的危险, 为了不让塔根应力超限, 张拉一定程度后, 根据实际观测及计算分析, 进行索鞍顶推, 使塔顶回到原来无水平位移时的状态, 如此反复后, 将每根吊索的张拉力调整至设计值。
3 技术措施
3.1 主缆架设时需要注意的问题
(1) 主缆索牵引过程中要注意索护套的保护。拉索表面的包装材料可在索夹安装时拆除。
(2) 在安装前索鞍位置要按照设计要求偏位固定。当主索安装完成后, 拆除固定装置。
(3) 安装完成的主索为自然悬链线状态, 如出现扭转, 应进行调整。
(4) 在安装索夹之前清理钢丝表面, 避免污垢导致索夹滑移。
(5) 反复用扭力扳手紧固螺栓, 防止螺栓之间的轴力偏差; 按照二个阶段紧固的要求, 确保索夹的夹
紧。
(6) 吊杆加载程序严格按设计要求进行, 避免加载误差导致成桥标高及索力不能达到设计要求。
3.2 施工控制
采用大型通用有限元程序ansys517 和考虑徐变的施工安装计算程序, 按各项参数的理论值或实测值计算下一步施工的控制参数, 如各步骤的主缆线型标高、各步骤的吊索张拉力张拉值、桥面板立模标高等。按规定程序检测各项数据, 如结构变形、主梁应力、施工荷载等。将这些数据进行整理并输入工地计算机作跟踪分析。比较理论计算结果与实测结果的差别, 分析出现偏差的原因, 调整参数取值重新计算, 缩小两者的差别, 并按调整后的各项参数计算下一施工步骤的施工控制参数。施工过程的控制对于自锚式混凝土悬索桥每一道工序的施工均非常重要, 尤其在索部施工过程中每一阶段每一根吊索的索力都要及时准确的反馈。吊索张拉时千斤顶的油表读数是一个直观反映, 另外利用智能信号采集处理分析仪通过对吊索的振动测出其所受的拉力, 两种方法互相检验, 确保张拉时每一根吊索的索力与设计相吻合。
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