斜拉桥拉索定位与安装

斜拉桥拉索定位与安装
摘要介绍杭州市文晖路斜拉桥拉索体系的结构,斜拉索锚垫板套管的定位,扼要叙述斜拉索安装施工工艺。

关键词斜拉桥;锚垫板;拉索安装;施工工艺
1概述
杭州市文晖路斜拉桥位于杭州市Ⅰ级主干道文晖路上,跨越铁路艮山门编组站,主桥为104+240+104m的三跨双塔双索面预应力混凝土斜拉桥,桥面总宽为34m。

斜拉索主梁采用双实心边结构,梁高2.5m,两实心边主梁中心距离为25.5m,两实心主梁之间用横梁及桥面板相连,顺桥向每隔6m设一道厚30cm的横梁,其间距与索距相同,桥面板厚度为28cm。

本桥斜拉索采用扇形布置,每塔19对,不设0#索,全桥共152根。

梁上基本索距为6.0m,塔上基本索距为1.4m,斜拉索采用Ф7mm镀锌平行钢丝索(标准强度Rby=1670MPa),两端采用冷铸锚,索外挤包黑色和彩色PE防护套各一层。

每根斜拉索均设减震器,并在其下端2.5m高的范围内外包不锈钢管。

斜拉索分为7种,分别为109-Ф7、127-Ф7、139-Ф7、163-Ф7、187-Ф7、199-Ф7、211-Ф7,配套锚具相应为LZM7-109L、LZM7-127L、LZM7-139L、LZM7-163L、LZM7-187L、LZM7-199L、LZM7-211L。

拉索长度35.109m~131.937m不等,恒载索力从192.7t~474.0t不等。

针对斜拉索特殊结构的施工,主要是锚垫板套管的定位与斜拉索的安装。

图2 塔上锚垫板套管定位
2斜拉索锚垫板套管定位
斜拉索锚垫板套管安装,其安装精度要求极高,误差要求控制在±10mm以内。

2.1塔上锚垫板套管定位
塔上锚垫板套管定位属于高空作业,为了确保安装精确度,采用定位架定位,如图2。

套管定位架采用7×7角钢,在地面拼装平台先行焊接成型后,利用测量仪器精确确定斜拉索套管的位置,并固定在劲性骨架上,再焊接。

套管定位架安装,采用两次校复测量进行精度控制。

斜拉索套管是关系到塔柱与斜拉索的关键部位,所以施工中必须保证斜拉索
套管内壁光顺、内径符合要求,可用木料按锚具尺寸(外径、长度)做模型,事先在地面上进行通管,以模型能顺利通过为标准。

每根斜拉索在塔上的锚固部位都要根据图纸尺寸用木模精确制作定型模板。

2.2梁上锚垫板套管定位
边跨采用整体支架现浇法施工,套管采用传统方法,计算出锚垫板套管上口偏差,用高精度全站仪,根据偏差实地放样定位。

中跨由于斜拉桥梁板为悬浮状态,施工过程中采用的是牵索挂篮施工,在施工过程中,主梁的高程会随时变化,造成了套管位置的变化,故不能根据设计位置直接定位。

传统思路根据挂篮定位后,标高偏差,计算出该原因引起的管口位置变化,用全站仪直接定位管口位置,如图3。

图3 传统思路梁上锚垫板套管定位
斜拉索由于自重等原因,在悬挂后会产生一个自由下垂的拱度,并随着两端拉力的变化而变化,套管的倾斜度设计也考虑到了该因素,施工过程中,由于两端拉力不固定,该拱度是个变化过程,引起拉索在套管口相对位置的变化。

故可以根据挂篮定位后两端千斤顶拉力,计算出此时拉索的拱度,根据该拱度计算出管口位置索的偏差,反测出套管的位置。

计算采用如图4简图,T1、T2分别为拉索塔上、梁上拉力,α为设计拉索倾角,β为T1、T2作用力下拉索两端的偏角,当两端拉力大于60吨以上时由于偏角极小,可以假设两端偏角相等。

图4 拉索垂度计算简图
图5 根据拉索垂度复核套管位置
本工程采用该方法定位,再用传统方法校核,找出两者偏差原因,确定最终定位。

中跨8#索索长91.36m,重量52.7kg/m,设计角度35.8468°,梁上套管长度3.63m,挂篮定位后索力塔上117.8吨、梁上115吨,套管内径29.9cm,拉索直径13.9cm。

(表1)根据计算,拉索在套管上口下垂6.1cm,与管口净距为1.9cm,实际测量结果为2cm,如图5,索力调整至设计索力后中心偏差5mm,在设计允许范围之内。

标高影响计算:
3斜拉索安装
拉索的安装步骤为:放索(拉索的展开)、水平牵引、起吊、塔上安装拉索锚端、并安装张拉千斤顶和梁上牵引拉索锚端在挂篮上安装就位。

使用放盘支架和卷扬机将拉索在桥面展开:设置一水平转盘,把索放在转盘上水平转动将索放出(见图6)。

拉索的水平牵引使用卷扬机。

为保护拉索的外护套,在拉索水平牵引过程中,每5m放置一个托辊,避免拉索与桥面摩擦损坏。

拉索的起吊采取卷扬机的起吊方式。

3.1拉索安装索力计算
斜拉索在安装过程中的力学计算图式如图7。

表2计算了拉索螺母旋上不同长度时的索力。

由计算结果可知,大部分索必须采用120t张拉力的千斤顶牵引就位。

因此拉索安装选用7-φj15.24软牵引。

L:索锚固点距离
Lx:拉索锚固点距离在水平面的投影
Δ1:拉索安装至旋上螺母时锚具端面与锚固面距离
P1:Δ1条件下拉索索力
Δ10,Δ5:安装牵引力达10t及5t时拉索端面与锚固面距离
P1计算公式:P1=q× L2/(3×Δ1×L)1/2
Δ10(Δ5)计算公式:Δ10=(q×Lx)2×L×(1/T02-1/T102)/24
图6 斜拉索安装示意图
图7 拉索安装计算简图
3.2塔上拉索安装
塔上拉索采用塔外卷扬机和塔内过拉索钢管引导卷扬机共同配合安装工艺。

拉索塔上端的安装在主梁挂篮安装就位前进行。

同节段4根拉索的安装时间控制在2d内完成。

安装工序:1)塔外卷扬机起吊直至拉索锚端到达待安装索位钢管的外侧;2)塔内卷扬机钢丝绳从钢管内穿出并与拉索锚具相连接;3)塔外卷扬机调整拉索进入钢管角度,避免拉索与钢管进口相交;4)塔内卷扬机牵引直至拉索锚端露出塔内锚固面并旋上螺母;5)安装张拉千斤顶,完成后卸下拉索螺母;6)启动千斤顶,将拉索锚端尽可能退入钢管内;7)完成以上工作,检查所有设备连接无误后拉索塔上安装
完毕。

3.3梁上拉索安装
本工程主梁施工采用前置式挂篮系统。

此工艺要求拉索在主梁节段混凝土未浇筑前就必须将拉索与挂篮相连接,然后使用拉索作为主梁混凝土浇筑阶段荷重的支撑结构。

梁上拉索的安装在挂篮就位、梁上拉索预埋钢管安装完成后即可进行。

控制进度为2d。

斜拉索安装施工注意事项:
拉索安装施工过程中,要确保PE护套不被损坏,拉索具有完好的外护套是保证其具有较长使用寿命的首要因素。

拉索在起吊安装过程中,未离开桥面之前,其外包装材料尽可能不拆除。

卷扬机与索的连接吊点采用哈夫吊点,它能有效地保证索外护套不受损坏(见图8)。

图8 斜拉索夹具构造图
在拉索安装牵引的整个过程中,各种构件连接处较多,如钢丝绳转向滑轮与塔柱的连接,锚头与探杆的连接,锚端和钢绞线的连接等,无论那一处连接发生问题,整个系统就会跨掉,以至发生重大事故。

所以在牵引统设计中应特别注意处理好各构件的连接构造形式,在施工中密切观察各连接处的可靠性。

3.4斜拉索张拉与索力调整
根据设计要求,本桥斜拉索两端锚具都采用冷铸锚(代号LZM),两端均为张拉端。

根据施工现场的实际条件,选择在塔上张拉端进行张拉。

主梁混凝土浇筑完成、并到达设计要求的强度后,首先必需将拉索的锚固位置由挂篮转换到梁上,然后根据施工荷载的变化以及桥面内力调整的需要,对斜拉索进行张拉和索力调整。

拉索体系转换及张拉在主梁混凝土达到强度后的1天内完成。

拉索锚固体系转换工作通过塔上张拉千斤顶和梁上钢绞线索力之间的调整实现。

转换工序:1)将塔上千斤顶张拉力卸至100t左右;2)将梁上拉索锚固螺母旋紧;3)逐根卸下补充的钢绞线索,使挂篮上钢绞线的数量回到7-φj15.24的状态;4)安装120t千斤顶,张拉后卸下夹片;5)千斤顶卸载后体系转换完成。

斜拉索张拉施工注意事项:
为了准确进行索力的张拉和调整,首先要对千斤顶、油泵车及压力表进行配套力值标定,施工中配套使用。

张拉时要求同一塔柱同号索进行同步张拉,以保证结构的稳定性。

日照和环境温度对斜拉桥的塔、梁、索影响较大,张拉和索力调整要避免在温度变化较大的时段进行。

拉索的张拉必须按照设计要求进行,张拉吨位应逐级、均匀施加,严禁出现超载现象。

张拉时的桥面要求无动载,附加荷重重应尽可能与设计计算条件相一致。

张拉过程中由专人记录张拉数据,同时派专人监控桥面标高变化值。

在每级张拉完以后,张拉记录值、桥面标高变化值与设计控制值对照检查,以满足设计要求。

张拉过程中若出现异常现象,应停止施工,并及时报请甲方、监理和设计,待查清原因,采取相应措施后再继续施工。

4结束语
锚垫板套管的定位要根据拉索的位置确定,确保拉索受力达到设计理想状态;根据设计要求,对拉索的张拉进行控制,在梁体浇注阶段以主梁位移控制为主、索力为辅;全桥合拢后索力调整以索力控制为主、主梁位移变化为辅。

锚垫板套管的定位与拉索的安装是斜拉桥施工的关键,目前该工程已完工,整个桥梁板线形流畅,拉索均在锚垫板套管中心。

随着国力的增强,国家加大基础设施的建设力度,将会出现更多的斜拉桥,采用本文方法定位安装斜拉索,可以有效保证拉索安装位置精确,使整个结构处于设计理想状态,增强结构稳定性与寿命。