山区复杂地形斜拉索挂设施工控制要点

许溢滨

（中交一公局厦门工程有限公司，福建 厦门 361000)

1 引言

路桥交通建设事业的快速发展，越来越多的城市快速公路及高速公路开始横跨于山川河流之间，斜拉桥因其独有的特点而在桥梁建设中得到广泛应用。斜拉索作为斜拉桥的主要受力构件，常见的有整体成品索和平行钢绞线两种。与成品索斜拉索采取整体吊装、整体张拉的方法不同，由多根钢绞线组成的平行钢绞线体系斜拉索采用单根安装、单根张拉的施工方式进行斜拉索挂设及一张，后采用整体张拉的方式进行二张，具有安装便捷、维护简单、防腐效果好等优点。

该体系工艺复杂，对施工、测量、监控等方面有很高的要求，其施工的关键在于把控好HDPE管的焊接质量、钢绞线的剥皮及墩头质量、索导管的精准定位、索力均匀性、低应力锚固质量等。以清水江特大桥钢绞线斜拉索施工为例，研究影响斜拉索施工质量的各种因素及控制措施。

2 钢绞线斜拉索在斜拉桥施工中的应用

2.1 工程概况

清水江特大桥为贵州剑榕高速公路控制性工程，为“塔、梁、墩”固结体系的双塔中央索面预应力混凝土斜拉桥，孔跨布置为：（120+300+120）m。单索塔塔柱两侧各布置23对斜拉索，全桥共设置92对斜拉索，整体呈竖琴形分布，单侧两根斜拉索中心间距1.2 m。斜拉索按钢绞线数量分为37、43、55、61四种规格，组成斜拉索的钢绞线表面均匀涂抹环氧粉末，以PE管包裹保护钢绞线，内部注满防腐润滑脂，具备很强的抗腐蚀性。

斜拉索安装时通过牵索机构分配梁锚固在挂篮主纵梁“L”型弯钩上为挂篮的前支点提供支撑力，混凝土浇筑时，由一张完成后的斜拉索和已浇梁段共同承担荷载，待已浇筑主梁预应力施工完成后，通过体系转换将施加在挂篮上的索力转换至主梁，再进行斜拉索的二张，从而完成一个梁段的施工。

2.2 斜拉索结构

清水江特大桥的斜拉索主要由梁端、塔端的锚固段和过渡段以及中间的自由段组成。锚固段主要含有索导管、斜拉索锚固螺母、锚固板、夹具及保护设施；过渡段主要包含垫板、减振装置；自由段包含环氧单丝涂覆钢绞线、索箍及HDPE保护管。

2.3 斜拉索施工工艺流程

斜拉索是斜拉桥的生命线，施工工艺应科学合理，能够满足现场施工要求，斜拉索的施工应与主梁施工保持同步。

图1 斜拉索工艺流程

3 平行钢绞线体系斜拉索控制要点

3.1 斜拉索位置精准控制

提高大桥索导管的精准预埋是保证斜拉索质量的重要因素。在斜拉索的自重下，整体线型为弧线，依据斜拉索的线形计算分析出预埋管的锚固点及出口点坐标和导管的角度，通过测量仪器精准放样保证索导管空间坐标的准确。现场施工时通过全站仪放点再人工吊线锤复核的方式确定索导管出口点及锚固点的偏距、里程及高程从而确定出索导管在空间内的准确位置。根据规范中允许的锚点坐标误差为：±2 mm，且锚面角度误差小于等于0.5°。

索导管通过转换支架与牵索机构分配梁连接，使斜拉索为挂篮前支点提供支撑力，因此转化支架整体的角度应与斜拉索角度保持一致。现场施工时转化支架上部与索导管锚固区相连，下部通过调节牵索机构分配梁的高程确定位置。根据监控单位的指令，挂篮牵索机构分配梁的高程误差控制在±10 mm以内。轴线偏位通过调节挂篮轴线来控制，根据监控单位要求，要将其误差控制在±20 mm以内。且选择固定的测量方式和测量温差条件，测量时间宜选在傍晚到早晨日出前的时间段内，减少外界环境对测量结果的影响。

3.2 斜拉索下料控制要点

钢绞线斜拉索自身具有优良的防腐性能，在施工中应充分发挥其自身特点，做好有效控制。索体防护从斜拉索下料时即要开始进行控制，HDPE管的焊接长度、焊接质量、钢绞线剥皮长度要符合设计要求。

3.2.1 HDPE管焊接要求

HDPE管会随温度变化产生热胀冷缩，在HDPE管焊接过程中须严格控制其总长度。若HDPE管长度比设计值大，在温度升高时可能产生膨胀导致HDPE管变形，严重时甚至会开裂；若HDPE管长度较短，则有可能在低温下收缩脱出塔端PE连接装置从而使钢绞线暴露在外界环境中如表1。

表1 斜拉索HDPE管焊接温度及时间对应表

HDPE管的焊接长度应满足：

式中：L0─塔、梁端锚垫板间距；L1─梁端索导管长度和锚垫板厚度之和；L2─塔端索导管长度和锚垫板厚度之和；L3─梁端连接装置长度；L4─塔端连接装置长度；L5─HDPE管索塔塔端连接装置长度；L6─HDPE管主梁梁端连接装置长度。

HDPE管以热熔焊接的方式进行对接，焊接时要严格按照说明书操作，并且要顺直美观，保持外表面清洁。

3.2.2 钢绞线下料要求

在斜拉索施工中要对HDPE套进行保护，若出现损伤应及时修复或切除。环氧树脂钢绞线剥皮长度应严格控制，保证钢绞线安装后未剥皮的钢绞线进入到指定位置。

张拉端钢绞线PE保护套剥除长度应满足：

式中：A1─塔端梁端张拉端的工作长度；A2─塔端梁端张拉端的锚具总长度；A3─挂索牵引长度(约15cm)；A4─PE保护套进入张拉端密封筒长度(约5cm)。

锚固端钢绞线PE保护套剥除长度应满足：

式中：A5─锚固端钢绞线外露长度；A6─锚固端锚具总长度；A7─挂索牵引长度(约15cm)；A8─PE保护套进入锚固端密封筒的长度(约5cm)。

3.3 斜拉索钢绞线穿索及张拉控制要点

3.3.1 穿索顺序

为避免单根挂索时钢绞线在HDPE管内打转、扭曲，采取从上到下、逐排穿索的排序进行穿索，塔端、梁端保持同步如图2：

图2 钢绞线挂设顺序示意图

钢绞线斜拉索安装采取单根安装、单根一张、最后整体二张的方法。在一张过程中应按分级、等值的原则进行，单根钢绞线张拉后各钢绞线索力的离散误差不宜超过2%。

3.3.2 斜拉索施工控制

在单根安装时，要严格控制各点的挂索一张速率，边、中跨一张总索力差值不超过30 t，同跨上、下游索力力值相差不超过20 t。张拉完成后，索力实测值与设计值相差不宜大于5%，标高相差不能超过5 mm，超过时应进行调整。

斜拉索张拉时必须遵循以下原则：在斜拉桥主梁悬臂施工节段以标高控制为主，在桥面铺装施工阶段以索力控制为主。过程中桥面应无堆载，或将杂物按监控要求堆放至指定位置。斜拉索张拉时应选择日间温度均匀且接近设计温度的时段进行，避免温度对索力的影响。

3.3.3 斜拉索索力控制

边中跨两侧同节段4根斜拉索的索力均匀性是其控制的重点，直接关系到斜拉桥在施工、运营过程中的质量和寿命。尤其是在斜拉索单根挂设并进行一张的过程中，出现张拉不均匀的概率大大增大，并且单根一张时会影响已张拉的钢绞线，从而影响挂篮、索塔的变形。为消除这个影响，采取等值张拉法进行施工。具体操作如下：

（1）第1、2根：HDPE管自身重量大，存在一定的垂度，为减少对索力的影响，斜拉索最初两根钢绞线主要用来承受HDPE管的重量。

（2）第3根：为了保证斜拉索安装完成后其索力与设计值接近，第三根钢绞线以整束斜拉索平均索力为准，用复合式挂篮及斜拉桥索塔的变形量及斜拉索锚具夹片回缩量进行修正。

在钢绞线挂设过程中，随着整体索力增加，挂篮高程和索塔塔偏也会产生变化，因而第三根钢绞线索力也会随着变化，一般索力会降低，为防止最后索力太低，第三根需进行一定的超张拉。

第3根钢绞线索力值为：

式中：k─超张拉系数，由挂篮总的抬升量及索塔偏移产生的索力损失确定；N─整束索力目标值；n一钢绞线根数。

（3）第n根：在张拉第n根钢绞线时，由于挂篮抬升及索塔结构变形等因素，第n-1根钢绞线的索力会有所变化，传感器读数也会相应地变化，根据这个变化值调整第n根钢绞线的索力，使之与此时第3根钢绞线的索力相同，即（△Fn为第n根钢绞线安装时的传感器变化值）。同理，以后每根钢绞线的张拉力均按压力传感器的变化情况进行调整，使每根钢绞线的张拉力均与变化后的第3根相同，张拉至最后一根钢绞线时，按最后一根的张拉力对安装传感器的那根钢绞线进行补张拉。为了保证均匀性，挂设完成后，对承受HDPE管的重量的两根进行补张工作。

斜拉索挂设安装完成后，在避开温度影响下，对安装后的桥面标高和索力检测，通过索力调整、桥面标高量测及压力传感器的校对，达到对索力的精准控制。

3.3.4 低应力锚固

清水江特大桥采用复合式挂篮进行主梁悬浇施工，挂索时混凝土尚未浇筑，斜拉索只承受挂篮及钢筋荷载，挂索时钢绞线的应力约为0.08 δb，而成桥后的工作应力约为0.3～0.4 δb。如何保证低应力状态下的夹持效果，对施工安全和质量尤为重要，因此必须采取以下措施进行锚固：

（1）张拉完成后必须对每个工作夹片进行顶压，顶压力以总应力不超过0.4 δb进行控制，使夹片锚固后产生相当于0.4 δb应力状态下的夹持效果，使其能适应低应力状态下的锚固。

（2）安装夹片防松装置，确保在任何情况下，夹片都不会松动。

工程实践表明，采取了上述措施后，斜拉索锚具在低应力状态下的锚固安全可靠，能够满足施工要求。

4 结束语

斜拉索是整个斜拉桥施工中重要环节，各项工作细致复杂，技术含量高。通过对测量校核、斜拉索下料、索力控制等控制要点进行研究分析，为提高平行钢绞线斜拉索施工质量提供了方法和思路。后续还需对施工安全性和施工速度方面进行改进和完善，使该体系斜拉索施工更加安全、快速，进而确保主梁悬浇施工的快速推进。