桥44-猫道设计与施工

猫道设计与架设工艺
1前言
猫道是位于主缆之下，沿着主缆布置，作为完成现代大跨度悬索桥主缆索股架设、垂度调整，紧缆，索夹、吊索安装，加劲梁架设，主缆缠丝及防腐等一系列施工作业的通道和临时承重结构，是大跨径悬索桥施工所需的大型和必不可少的临时工程。

猫道的使用贯穿整个悬索桥上部结构安装工程始终，周期长，如何提高其抗风稳定性、确保施工安全，且做到施工简便、费用节省，是猫道系统设计与施工的关键问题。

2猫道的主要作用
猫道作为悬索桥上部结构施工重要的临时结构，其主要作用为：主缆架设阶段，承托主缆索股牵引工序中的全部重量和施工人员及设备的重量；主缆成型后，作为主缆紧圆、索夹吊索安装的工作平台；猫道转挂至主缆后，整个架梁期间的通道；主缆缠丝、涂装防护及主缆检查验收的通道。

3猫道的主要构造
猫道通常由悬吊在塔与塔、塔与锚碇之间的几根平行承重钢索、横梁组成，其上铺设铅丝网面层、防滑木条、栏杆角钢立柱、扶手钢丝绳等。

为了架设主缆等工作时施工人员的过往通行，同时起到增加两猫道横向稳定性的作用，两猫道间还需设置若干刚性横通道。

为提高猫道的抗风性能，防止其摇摆和起伏，一般还需在猫道下部设置抗风索或者采取其它的制振措施。

3.1猫道承重索
猫道承重索为猫道的主要受力体，悬索桥两侧猫道各有若干根猫道索。

猫道作为大型临时结构，承重索选择除满足强度要求外，还应考虑其经济性与重复使用的可能，通常采用捻制钢丝绳制作。

承重索两端锚固在塔顶的预埋件上和锚碇前墙，并于锚固构件外设置长度调节装置，亦可锚固于塔顶或散索鞍前的可调节长度的锚箱内。

猫道索需选择强度高、耐腐蚀性好、耐疲劳性、柔韧性能优越、徐变小的材料，其两端配以热铸合金锚头。

猫道系统为临时施工结构，因此在选用承重索、扶手绳、抗风缆及抗风拉杆的材料时，除满足强度要求外，还应考虑其经济性及重复利用的可能。

由于构造和制造工艺的原因，国产多股缠绕式钢丝绳普遍存在如非弹性变形大(一般为0.1%一0.16%)、弹性模量小的特点，使得主缆架设期间的猫道线型会发生很大变化，对悬索桥上部施工造成不良影响。

为保证猫道的线形，承重钢丝绳在下料前应进行预张拉，消除非弹性变形。

钢丝绳是由许多根钢丝扭绞而成的组合结构，弹性模量随力的大小而变化，是力的函数。

国产钢丝绳在国标中对各种型号的钢丝绳均未提供弹性模量的指标，说明它的不确定性。

因此设计中采用的钢丝绳弹性模量值应以通过预张拉消除了钢丝绳的非弹性变形后的实测值为准。

在缺乏实际试验资料时，《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)中对悬索桥钢丝绳弹性模量的取值为1.6×105MPa，实践表明，该取值偏大。

故设计中无实测资料时，可选用偏低于规范推荐值的弹性模量，但其值不宜小于1.1×105MPa。

施工时，待钢丝绳进货后进行弹性模量的实测，以修正设计参数。

承载索的制造工艺可按如下(参照润扬长江公路大桥猫道承重索制造工艺)：
（1）预张拉工艺:
1）预张拉控制拉力为钢绳最小破断力的50%；
2）张拉次数为2次，相邻两次张拉后钢绳长度差≤0.3‰为合格；
3）每次张拉时间为60min；
4）张拉顺序为每段张拉2次达到要求后，再进行下一段张拉。

（2）灌铸锚头。

将预张拉后的钢丝绳在持荷(最小破断拉力5%)状态下按设计长度精确下料，然后按灌铸工艺完成锚头灌铸工作。

确保灌铸部分实际抗拉力大于钢绳最小破断力。

（3）整绳破断试验。

通过破断试验,验证承重索的强度和最小破断拉力值。

3.2猫道面层
猫道面层布置不仅应具有便于安全作业的结构构造，还应在选材时考虑满足猫道整体具有足够的刚度。

猫道面层结构包括横梁及面层铺料。

面层铺料早期采用木板材，后从防火、自重轻、阻风及施工方便和经济等考虑，一般选择在焊接钢丝网上再加铺防止小型工具掉落、可提供良好走道面的合成纤维网或小眼钢丝网。

猫道面层结构一般固接在猫道承载索之上。

在早期欧美修建的悬索桥施工中，也有吊挂于猫道承载索之下的，如旧金山－奥克兰海湾桥。

面层一般由两层不同眼孔尺寸及直径的钢丝网组成，第一层一般可选择φ5.0mm的焊接钢丝网，以增加面层刚度，第二层为防止小件掉落的φ1.0mm的钢丝网。

猫道二侧每隔一定距离(一般选择0.5m)安装防滑木，利于人员的行走，木条将两层钢丝网绑扎固定。

横梁选择槽钢、角钢。

一般角钢每2m设置一道，槽钢每6m设置一道，用于主缆成型后猫道的换挂。

横梁用U型螺栓固定在承载索上。

3.3猫道抗风体系
猫道抗风体系包括设置横向通道及抗风索。

设置横向通道，除方便两猫道间通行外，还有助于增加猫道横向稳定的作用，一般用钢管、钢板及角钢组焊成桁架结构。

设置抗风索的目的是提高猫道的抗风稳定性，同时还可调整猫道的曲线形状。

猫道的抗风体系还包括连接猫道索与抗风索间的垂直吊索与斜吊索。

3.4索塔顶工作平台
为便于猫道承重索的安装、调节及猫道的拆除，一般在塔顶设置操作平台。

操作平台的构造与其在索塔上的锚固方式，需要根据猫道的受力要求，并根据猫道线形的调整方便进行设计，并依此在索塔施工时进行匹配件的预埋施工。

3.5猫道承重索锚固体系
由于主缆在施工过程中随荷载增加，或者气温影响而呈现垂度变化。

为使猫道适应施工过程中主缆的线型变化，保证施工人员和机械设备能进行正常的操作，在塔顶两端及锚碇根据猫道的受力要求设计猫道承重索的锚固装置。

4猫道设计
4.1设计原则
猫道设计应遵循构造简洁、施工方便、安全可靠、经济合理的原则。

（1）猫道面的线形应与主缆空载线形一致，即除猫道本身的架设满足施工线形要求外，不能对其它部位(如塔顶位移)产生附加影响，不影响主缆最终成桥线形，并保持一定的间距。

（2）作为施工用临时构造，应尽量减轻自重、减少受风面积，既利于防火并能满足主缆索股牵引、紧缆、缠丝等机械作业所需的工作面和净空，在构造上尽量为施工作业提供便利条件。

（3）由于猫道上的作业几乎贯穿整个悬索桥上部结构施工过程，故在安全上应保证有足够的强
度和抗风稳定性。

作为架空工作场所，要求小工具或小物件不下落，要求透风性能好。

（4）猫道系统本身要构造简单，具有安装和拆卸方便、快捷的特点，节约临时工程的作业时间和费用。

4.2设计主要内容
4.2.1猫道总体布置
猫道空间位置应根据主缆截面尺寸、主缆紧缆机及缠丝机的尺寸需求确定。

每座桥一般需设
置二个猫道，各供一侧主缆施工使用。

施工猫道的跨径布置一般为两边跨和中跨。

其结构构造由猫道承重索、猫道面层（包括栏杆、扶手绳）、抗风系统及横向天桥等组成。

猫道索在三跨上的布置形式一般有分离式和连续式两种。

日本修建的大多数悬索桥和我国修建的虎门珠江大桥(主跨888m)、汕头海湾大桥(主跨452m)、丰都长江大桥(主跨450m)、宜昌长江公路大桥(主跨960m)等悬索桥猫道索采用的就是分离式布置。

而欧美修建的大多数悬索桥猫道索和我国修建的江阴长江大桥(主跨1385m)、润扬长江公路大桥(南汊悬索桥主跨1490m)等悬索桥猫道索采用了连续式布置。

不论哪一种方式，都需根据施工情况进行长度调节，分离式需要在塔顶设置猫道索的锚固和长度调节装置，但省去了支撑鞍和变位架。

连续式还需在塔顶设转索鞍等装置。

此二种形式各有利弊，很大程度上取决于承包商的施工习惯。

分离式就是一根猫道索在主跨和边跨分为三段，各自锚固，承载索不跨越塔顶。

如丰都长江大桥猫道，两条主缆下方各设一条，两猫道间以横向通道相连，借以沟通两猫道和解决猫道抗风问题。

为简化塔顶构造，便于施工及垂度调整，猫道承重索不跨越塔顶，而是在主跨、边跨分别设置。

猫道整体由承重绳、面层、横通道、塔顶调节装置，锚碇等五部分组成。

每侧设6根并排的φ34mm承重钢丝绳，承重绳平行于主缆空载线型，并与主缆的空载垂度一致，距主缆中心1.5m。

如图1丰都长江大桥猫道总体布置示意图。

图1 丰都长江大桥猫道总体布置示意图
连续式就是三段猫道索在架设后连成一根整索，塔顶设支撑鞍。

如润扬长江公路大桥南汊悬索桥猫道索采用三跨连续式布设，猫道横桥向与主缆轴线呈对称布置,在上下游对应于主缆中心线下方各设1幅猫道。

其主要由猫道承重索、扶手索、猫道面层、横向通道、制振结构、锚固体系等组成。

该桥猫道横桥向与主缆轴线呈对称布置,在上下游对应于主缆中心线下方各设1幅猫道,边跨侧猫道距主缆中心线铅垂方向1.7ｍ,中跨侧猫道距主缆中心线1.5ｍ,每幅猫道设计长度为2555ｍ,设计宽度4.0ｍ。

每条猫道设10根φ54ｍｍ镀锌承重索,采用三跨连续的布置形式,减少了其在索塔处的锚固和长度调节装置。

3段猫道承重索在分别架设完成后在索塔靠近中跨一侧连成1根,在塔顶设置支撑鞍,并通过在塔顶附近设置变位刚架及下压装置,使猫道线形与主缆线形保持一致。

猫道每侧每6ｍ设置
一栏杆立柱,用以固定上下3根扶手索。

扶手索上层采用φ20ｍｍ钢绳,下层采用2×φ16ｍｍ钢绳。

如图2润扬长江公路大桥猫道总体布置示意图。

图2 润扬长江公路大桥猫道总体布置示意图
4.2.2猫道宽度的确定
猫道宽度直接影响猫道承重索的布置与造价，一般设计宽度为
3～5m ，距主缆中心一般为1.3～1.8m ，其中心线一般与主缆中心线在
同一竖直面内，这样在主缆成型、拆除抗风系统、放松猫道承载索等
作业后，将猫道转挂在主缆上易于平衡。

也有偏离一定距离的，如日
本关门桥（见图3）考虑作业方便，其主缆中心线与猫道中心线有0.5m
的偏离，但后来发现不如没有偏离的好，故以后的桥均采用无偏离设
置。

如丰都长江大桥猫道宽度结合紧缆机、缠丝机工作机械净空需求，以及主缆直径、滚筒布置需要，设计每侧猫道宽度采用 3.0m 。

其猫
道的中心线与主缆中心线在同一竖直面内。

而润扬长江公路大桥南
汊悬索桥猫道宽度设计为4.0m 。

如图4丰都长江大桥猫道立面、横断面布置示意图。

图4 丰都长江大桥猫道立面、横断面布置示意图
图3 日本关门桥猫道横断面
单位：mm 单位：mm
4.2.3索塔顶工作平台
操作平台可以采用万能杆件组拼形成，在索塔顶两侧预埋与万能杆件相连的预埋件。

具体尺寸以满足猫道承载索调节操作空间需要设置。

如丰都长江大桥猫道塔顶工作平台采用万能杆件组拼，单侧平面尺寸为6m×8m。

4.2.4猫道面层
猫道面层包括横梁及面层铺料，作为工人作业的平台，其材料需具有一定的强度、刚度和耐火性，并在满足透风需要的同时，能满足小型工具不掉落。

承重索上布置联结横梁，上面再铺设钢丝网。

横梁一般采用角钢、槽钢和工字钢。

如丰都长江大桥猫道面层宽3.0m，采用单双层结合的钢丝网，中间的1m为单层，两边各1m 为双层，如图5。

底层主要用于承重，采用50mm×70mm的高强钢丝网；两侧加铺用于小件防漏及人员行走的10mm×10mm的软钢丝网，以防滑木条踏步将两层钢丝网固定，并用间隔6m一根的140mm×58mm槽钢和间隔2m一根的∠80×80×5mm角钢作横梁，横梁以U型螺栓联接于承重索上，用于主缆成形后猫道的悬挂。

猫道两侧用间隔2m一根的∠80×80×5mm角钢作立柱，扶手绳采用4φ15mm钢丝绳，并以全封闭的双层安全网作护栏网。

在面层的连接中，应尽量避免螺栓等的头部突出，以免妨碍操作人员的行走。

润扬长江公路大桥南汊悬索桥猫道面层宽4.0m，由1层粗面网和1层细面网构成,其上每隔0.5ｍ绑扎1根防滑木条。

在猫道面层网上每隔6ｍ设1道50ｍｍ×50ｍｍ×2.5ｍｍ方钢管,每隔6ｍ设1道80ｍｍ×80ｍｍ×4ｍｍ方钢管,交替设置。

另每隔50ｍ设置1道Ｈ175×175型钢门架,其由2φ54ｍｍ门架承重索固定,并与猫道共同形成空间结构。

猫道每侧每6ｍ设置一栏杆立柱,用以固定上下3根扶手索。

扶手索上层采用φ20ｍｍ钢绳,下层采用2×φ16ｍｍ钢绳。

单位：mm
图5 丰都长江大桥平面布置示意图
4.2.5猫道承重索锚固系统
猫道承载索锚固系统依据猫道的分跨与连续具体设置。

如丰都长江大桥猫道分三跨布置，其承重索的锚固分别为：中跨锚固于两塔塔顶(塔顶内设置预埋钢框架)；边跨一端锚固于塔顶，另一端平行于主缆边跨，跨过主缆散索鞍，并在散索鞍处设转向支承，最后锚于主缆隧道锚的锚体上，锚体内预埋锚固连接钢丝绳。

润扬长江公路大桥南汊悬索桥猫道为三跨连续布置，其猫道承重索通过锚
固系统锚固在锚碇鞍部预埋件上,锚固系统采用拉杆及锚梁组合结构。

4.2.6猫道抗风系统
由于主缆的施工属高空作业，所以风的影响变得尤为突出，为提高施工期间猫道的抗风稳定性、足够的刚度及调整线形的需要，通常通过在猫道下方布设抗风索系统和设置横向通道来实现。

但因通航条件所限无法布置抗风缆时，可增加横向天桥的密度或采取其他措施增强猫道的稳定性和刚度。

猫道的总体刚度和稳定性与承重索的跨度、抗风缆的预张力和猫道的质量有关。

猫道虽是施工过程中的临时结构，但在使用过程中也有可能遭受强风和台风的袭击，为了保证猫道使用过程中的安全性，验证所设猫道的抗风能力，一般悬索桥的猫道结构也应做风洞试验和抗风稳定性分析与计算。

为满足施工时上、下游猫道之间的联系，必须在上、下游猫道之间布设横向天桥。

横向天桥的设置，可以使左右两猫道得到沟通，并提高猫道自身的整体稳定性，增强其抗风能力。

为降低恒载质量，横向天桥可考虑采用钢管为主体的三角桁架。

结构设计时除考虑本身自重外，还需计入人员及施土机械设备的重量并进行结构强度验算。

猫道的抗风体系除抗风索与横向通道外，还包括连接猫道索与抗风索间的垂直吊索(如图6日本大鸣门桥)与斜吊索(如图7日本关门桥)。

采用斜吊索方式，虽抗风稳定性较优，但安装困难，而垂直吊索方式，虽抗风减振性稍差，但亦能满足实用要求，故施工中一般采用垂直吊索方式。

图6 日本大鸣门桥抗风垂直吊索示意图图7 日本关门桥抗风斜吊索示意图单位：mm
单位：mm
丰都长江大桥抗风体系采用中跨设三道横向通道、猫道面层采用透风性能良好的钢丝网及抗风斜拉索组成；其两组猫道间设三道横向通道，位于猫道中跨L/4及L/2处，横通道由钢管、钢板及角钢组焊成三角形桁架，面层布置基本与猫道相同，其宽度1.848m，高1.6m，如图8；从塔的下面到猫道承重索距离100m处，加抗风斜拉索(如图1)。

如受通航条件所限无法布设抗风索时，可增加横向通道的密度或采取其它措施增强猫道的稳定性和刚度。

而润扬长江公路大桥南汊悬索桥，就是采取调整横向通道的间距和数量的方法来保证其整体抗风稳定性(如图2)。

该桥猫道共设置13道横向通道,中跨9道,两边跨各2道,除满足上下游猫道之间人员的通行外,通过其提高猫道自身的整体稳定性,使其具备足够的抗风能力。

同时为了改善猫道抗振力，提高人员施工操作时的舒适性，在相应的横向通道部位设置制振装置，支撑架上安装竖向和水平制振索来减小猫道在活荷载作用下的振动，如图9，为国内超千米悬索桥施工中首次采用不设抗风缆的猫道系统。

单位：mm
图8丰都桥猫道横通道示意图图9润扬桥猫道制振系统构造
4.2.7猫道承重索调节装置设计
在猫道承重索和抗风缆的计算、下料及架设中，造成猫道线形误差的原因很多，主要有以下几个方面：
（1）钢丝绳计算弹性模量与实际弹性模量的不一致，造成计算长度与施工长度不吻合而引起的误差。

（2）钢丝绳非弹性变形较大，在承重绳、抗风缆的制作下料过程中由于诸如预张拉力及持荷时间等预张拉效果不理想造成的长度误差。

（3）钢丝绳在卷绕和架设过程中，钢丝绳自转引起的长度误差。

（4）钢丝绳下料过程中丈量误差及锚固点位置的测量误差。

（5）无论是下料过程还是架设完成状态，温度的变化会引起钢丝绳长度发生变化。

总之，考虑长度的制作和架设精度的离散性是必要的，因此要求承重索和抗风缆两端必须具有相应的长度调节构造。

对于猫道承重索，锚固一般可通过拉杆和锚梁或调节螺栓、锚梁和锚箱来实现，并通过对拉杆或调节螺栓的长度调节来进行猫道线形的调整。

拉杆或调节螺栓长度及锚梁初始位置的确定：拉杆调整考虑下列影响因素：
①承重索下料长度误差，取L/3000；
②钢丝绳在预张拉后，尚余非弹性伸长1/2000。

在设计中考虑主缆成形、猫道放松后，锚固端并不解除连接，所以拉杆长度还要考虑：
③恒载完成后，鞍座顶推引起主缆矢度变化，从而需调整猫道长度；
④恒载完成引起主缆伸长，从而需调整猫道长度；
⑤由于测量误差、温度修正误差、锚具安装误差、标记误差等量级较小的长度变化，计算时可略去其影响。

根据上述几点确定拉杆伸长量和收缩量，从而确定拉杆或调节螺栓的长度和锚梁的初始位置。

如果考虑主缆成形后，猫道解除端部连接，挂在主缆上完全放松，由上述③（鞍座顶推的影响）引起的长度调节可不考虑。

如丰都长江大桥，其猫道承重索调节装置采用丝杆调节器，一端与塔顶预埋件销接，一端与承重索用绳卡相连。

调节尺度以放松为好，以免收紧费力。

调整线型时人工拧转调节拉杆，其长度调节可达2m，在中跨的垂度可调节4～5m，如图10。

而三跨连续设计的润扬长江公路大桥，其猫道承载索通过锚固系统锚固在锚碇鞍座预埋件上，锚固系统采用拉杆及锚梁结合形式，通过调节拉杆实现线形调整，如图11。

单位：mm
图10丰都桥猫道重载索调节装置设计示意图图11润扬桥猫道承重索调节装置及锚固结构示意图
4.2.8其它
包括照明及警示设备，由施工单位根据使用和通航需要布设。

通常除施工照明外，夜间应沿猫道系统下缘轮廓线布置灯光．以警示桥下航运的船只，避免碰撞，保证船只与结构物的安全。

4.3主要检算内容
4.3.1承重索的强度和垂度
（1）承载索的强度
承载索是猫道结构的主要受力构件。

在设计中主要应考虑的荷载包括：恒载、活载。

恒载基本为猫道自重，包括承重索、猫道面层、横梁、连接件、主缆滚筒、电缆通讯照明、横向通道、抗风系统拉力及自重等；活载包括主缆索股、施工人员、施工机械(如紧缆机的停放及若干料具)及其它(如索夹与吊索的重量)，另外还有风荷载及温度应力的影响。

作用在猫道上的风荷载计算与作用在桥梁上的不同，对于猫道设计所采用的受风面积应按实际
受风面积予以折减。

折减系数的大小取决于猫道面层栏杆的高度和猫道的宽度。

当温度降低时，钢丝绳的张力增加，故温度的变化影响到猫道承载索的张力是否满足安全系数要求。

设计时可按照降温15℃计算。

承重索强度计算一般按在“恒载(包括风缆张力)＋活载＋温度“组合作用下安全系数K≥2.5，在“恒载(包括风缆张力)＋风载“组合作用下安全系数K≥3进行设计。

（2）承载索的垂度
猫道在自重荷载作用下的线形应平行于自由悬挂状态下的主缆线形，视主缆设计曲线线形定为抛物线或悬链线线形，并确定布置在主缆的下方1.3～1.8m范围，应满足机械作业要求。

猫道承载索、抗风缆的线形按悬链线或抛物线线形设计，跨中垂度控制。

控制标高为距主缆空缆状态跨中中心的承载索标高。

线形控制荷载为恒载。

线形计算的同时，计算出承载索、抗风缆的下料长度。

猫道承重钢丝绳为弹性材料，其弹性伸长较大。

根据安装步骤分不同自重阶段推算线形及曲线长度，以便安装控制。

横向天桥、抗风缆按集中力叠加原理计算。

4.3.2塔顶工作平台的验算
塔顶工作平台需要承受的荷载主要包括：承载索调节装置自重、施工成卷的猫道面层重量以及承重索调节时施工人员、施工机械的重量等。

在设计计算时，需要根据具体施工所需的荷载进行设计，并对其与塔顶的锚固连接体系进行设计计算。

其锚固连接件的安全系数不小于规范规定值。

4.3.3猫道面层(含横通道)的强度与刚度
猫道面层主要要对横梁的受力进行计算分析。

猫道面层横梁受力有两种状态：其一为主缆索股拽拉过程中，其承受支架、滚筒、两根索股重量的均布荷载及一根索股拽拉重量的均布活载；其二为主缆已成型，猫道承重索换挂在主缆上，其承受紧缆机、缠丝机自重的集中荷载与猫道承重索放松后，猫道全部恒载的均值的均布荷载。

在设计计算时，按第二种受力状态进行横梁的型号及换挂钢丝绳的选择。

4.3.4承重索锚固系统验算
对于三跨断开设置的猫道承重索锚固系统，需要验算其构造在锚体中的安全性、其锚板与连接件的连接强度计算、预埋件与调节装置的连接件强度计算。

5猫道施工工艺
5.1总体架设方案
一般说，现代大跨径悬索桥桥位所处的水面比较宽阔，且大多为主航道。

因此采用什么方法架设猫道是首先要考虑的问题。

猫道安装的第一步是安装猫道承重索。

承重索应对称安装，以免索塔产生过大的挠曲。

猫道架设的主要施工流程为导索过江（或河、海）→架设承重索→猫道面层铺设→→横向天桥安装→调整猫道标高→抗风缆架设等。

导索是架设猫道过海的第一根架空索，导索的架设方法主要有提升法、空中牵引法两种类型。

所谓提升法就是用驳船将导索从一岸拖拉至另一岸，将放置于水中（或通过浮物浮于水面）的导索绕过二塔顶安装的滚轮，再通过两岸卷扬机提升就位。

此方法的特点是施工速度快、设备简单，但。