汕頭海灣大橋懸索橋主纜施工技術(shù)

1、汕頭海灣大橋懸索橋主纜施工技術(shù)吳清發(fā)石國彬張文忠胡利平摘要汕頭海灣大橋是我國第一座現(xiàn)代懸索橋，主橋結(jié)構(gòu)體系為三跨154 m+452 m+154 m雙鉸預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土加勁箱梁的懸索橋主纜是懸索橋的主要承重懸索結(jié)構(gòu)主纜系統(tǒng)的施工主要包括貓道架設(shè)、索股架設(shè)、索夾吊索安裝和防腐等項目.關(guān)鍵詞懸索橋；主纜；鋼絲束；索夾；吊索主纜是懸索橋的主要承重懸索結(jié)構(gòu)汕頭海灣大橋主纜長約1030 m，主纜直徑為570 mm，采用預(yù)制平行鋼絲索股架設(shè)方法施工主纜系統(tǒng)的施工主要包括貓道架設(shè)、索股架設(shè)、索夾吊索安裝和防腐等項目汕頭海灣大橋主纜施工流程如圖1所示.圖1懸索橋上部結(jié)構(gòu)安裝流程圖Fig.1Superstruct

2、ure erection flow chart of suspension bridge1貓道施工貓道是主纜鋼絲束拖拉架設(shè)、測量、調(diào)索、主纜整圓擠緊直至主纜纏絲涂裝等工序施工的空中走道和作業(yè)平臺，在懸索橋的施工中占有很重要的地位本橋貓道由貓道承重索及其錨頭錨固件、貓道面網(wǎng)、防護(hù)欄、貓道面滾筒、拖拉主纜錨頭的小平車支承索、橫向天橋及抗風(fēng)索組成考慮主纜架設(shè)的需要，設(shè)計要求貓道與主纜的空纜線形一致貓道布置如圖2所示.圖2貓道布置示意圖Fig.2Layout of catwalk1.1導(dǎo)索架設(shè)導(dǎo)索是懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工的第一根過海架空索，本橋?qū)鳛榭缭街骺绲?2 mm往復(fù)式牽引鋼絲繩，用于拖拉架設(shè)貓道承

3、重索的支承索和貓道承重索導(dǎo)索的架設(shè)過程：導(dǎo)索過海前將兩塔、兩錨的門架安裝好并安裝必要的滑輪；導(dǎo)索自南主塔承臺卷揚機(jī)經(jīng)塔頂轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向后牽拉到南主塔旁邊的拖輪上錨固，在封航的條件下以拖輪拖拉，按半空中渡海法駛向北主塔，再提升到北塔頂與事先準(zhǔn)備好的22 mm轉(zhuǎn)向牽引繩對接，形成跨越主跨的往復(fù)式導(dǎo)索.1.2貓道架設(shè)貓道承重索是貓道的承重結(jié)構(gòu)，為45 mm的鋼絲繩主跨貓道承重索的架設(shè)方法是以滑鉤組將其吊掛于33 mm支承索上，從南主塔由22 mm導(dǎo)索于空中拖拉過海，到達(dá)北主塔塔頂后以牽引器將承重索錨固在貓道錨固件上，通過測量監(jiān)控、調(diào)節(jié)貓道錨固件調(diào)節(jié)螺桿的長度使承重索的垂度達(dá)到空載時的設(shè)計垂度為了確保貓道

4、線形，在貓道承重索下料、制作錨頭之前，對貓道承重索鋼絲繩按60% ps進(jìn)行預(yù)拉，并持荷2 h以消除其非彈性變形.貓道面為4 m寬的鋼絲網(wǎng)為了作業(yè)方便，先在地面上將大、小方眼的貓道面網(wǎng)預(yù)制成30 m長一節(jié)并卷成盤，然后起吊放在主塔頂卷盤支架上，將貓道面網(wǎng)卷一邊放開一邊沿承重索下滑到位，安裝護(hù)手、欄桿網(wǎng)、抗風(fēng)索及橫向天橋當(dāng)貓道面網(wǎng)由于坡度變小在重力作用下無法自行下滑時，可采用卷揚機(jī)施加適當(dāng)?shù)睦椭湎禄?2主纜架設(shè)大橋兩條主纜各由110束平行鋼絲組成，鋼絲束由91根5.1 mm高強(qiáng)鍍鋅鋼絲按正六角形平行編制而成，全長約1029.6 m，鋼絲束兩端嵌固于熱鑄錨頭內(nèi)，主纜結(jié)構(gòu)如圖3所示.圖3主纜結(jié)構(gòu)

5、示意圖Fig.3Structure of the main cable2.1主纜架設(shè)架設(shè)主纜前先按設(shè)計圖完成貓道工程及塔頂、錨頂上主纜架設(shè)設(shè)施的布置，貓道上設(shè)置支撐鋼絲束的滾筒，主塔鞍座及散索鞍座按設(shè)計規(guī)定預(yù)偏汕頭海灣大橋主纜架設(shè)采用小循環(huán)拖拉系統(tǒng)，如圖4所示.圖4主纜架設(shè)設(shè)備布置Fig.4Layout of erection of main cable首先安裝第一根基準(zhǔn)束須在夜間恒溫下精確測量該束邊跨、主跨中央的高程同時要測得主塔的傾斜量、鋼絲表面溫度并進(jìn)行線型調(diào)整，然后固定在兩端錨碇相應(yīng)錨桿上其余一般鋼絲束按設(shè)計編號順序以基準(zhǔn)束為準(zhǔn)按相對垂度控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝.鋼絲束的安裝由貓道上的牽引索拽

6、引，通過貓道上的支承滾輪由北錨碇拖引至南錨碇，用手動導(dǎo)鏈裝入錨桿接頭在鞍座位置用導(dǎo)鏈吊裝入鞍座內(nèi)在整個拖引過程中應(yīng)注意避免鋼絲束發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象.六角形斷面的鋼絲束（91絲）在鞍座處按照設(shè)計要求整形為48 mm×50 mm的矩形截面為此在鞍座上方安設(shè)有臨時收緊鋼絲束的滑車組裝置，可將鞍座兩側(cè)各20 m左右的鋼絲束收緊，使該端鋼絲束處于放松狀態(tài)，便于索股整形入鞍，如圖5所示.圖5鞍座節(jié)段鋼絲束整形示意圖(mm)Fig.5The forming of wire strand in sadle(mm)2.2主纜擠緊首先對主纜進(jìn)行初整圓整圓之前應(yīng)對主纜進(jìn)行及時的調(diào)整使所有的鋼絲保持平行整圓的辦法

7、是用10 mm鋼絲繩隔著麻袋纏繞主纜兩圈，兩端通過導(dǎo)鏈連接貓道橫梁，邊收緊導(dǎo)鏈邊用木槌敲打主纜，整圓后用鋼包扎帶捆扎整圓次序是先主跨L/4、L/3、L/2和邊跨L/2位置，間距約60 m，以后用二分法直到每5 m一道為止初整圓后的空隙率為24%32.主纜采用擠纜機(jī)進(jìn)行擠緊，如圖6所示索股擠緊以主纜直徑控制為主主纜擠緊是從主塔塔頂位置向下移動擠緊機(jī)并進(jìn)行擠緊擠緊前應(yīng)拆除鋼絲束的定型包扎帶和初整圓的捆扎帶，擠緊間距為1 m，擠緊后每隔0.5 m用鋼包扎帶捆扎.圖6主纜擠緊Fig.6Main cable extruded在擠緊機(jī)離開5 m后測量主纜的橫徑和豎徑，算出主纜的空隙率主纜擠緊后橫徑在575

8、580 mm之間、豎徑在546554 mm之間，空隙率為17.8主纜直徑測量方法如圖7所示.圖7主纜直徑測量Fig.7Diameter measurement of main cable2.3主纜線形測量控制(1) 測點的布設(shè)為了方便測量及滿足控制主纜線形要求，主纜垂度測點布置如圖8所示：測點分別設(shè)置在主跨跨中、南北邊跨距主塔中心154 m位置（位于N2和S2墩上方）.圖8主纜垂度測點布置Fig.8Layout of measured points for main cable deflection(2) 測量方法首先用NA2水平儀將水準(zhǔn)點引至N2、S2墩帽及S1墩承臺上，并用TC1010全站

9、型電子經(jīng)緯儀準(zhǔn)確測定其位置然后對主橋各跨測點進(jìn)行精確的里程和方向測量，根據(jù)設(shè)計線形計算出跨中中點基準(zhǔn)索對S1墩承臺水準(zhǔn)點的相對高程用NA2水平儀直接測量S2、N2墩頂主纜高程，用TC1610以三角高程方法測量主跨跨中主纜高程主纜高程均是指基準(zhǔn)索的高程.(3) 基準(zhǔn)索架設(shè)線形調(diào)整測量為了盡量減少施測過程中基準(zhǔn)索的跨間溫差，測量時間均在夜間零點過后進(jìn)行通過鋼絲束錨端千斤頂調(diào)束如圖9所示基準(zhǔn)索經(jīng)過3天連續(xù)調(diào)整復(fù)測，結(jié)果穩(wěn)定，上下游兩索最大高差20mm.圖9主纜錨端調(diào)索裝置Fig.9Adjusting set of main cable length in its anchorage(4) 一般索股的

10、測量調(diào)整一般索股架設(shè)期間的測量調(diào)整工作也是在夜間進(jìn)行，測量的內(nèi)容是用大型卡尺測定一般束與基準(zhǔn)索之間的高差，如圖10所示，并以此數(shù)值和計算的誤差范圍進(jìn)行調(diào)整，力求使上下層索股之間處于若即若離的狀態(tài)一般索股架設(shè)期間，須定期復(fù)測基準(zhǔn)索的垂度圖10索股相對垂度測量Fig.10Relative deflection measurement of wire strands3索夾吊索安裝吊索采用騎掛式，索夾為馬鞍形吊索采用7-193 mm鍍鋅鋼絲繩制作，吊索直徑為45mm，考慮到調(diào)整線形的需要，吊索與加勁箱梁間通過100 mm大螺桿進(jìn)行連接，通過調(diào)節(jié)大螺桿的有效長度可以達(dá)到調(diào)節(jié)主纜和主梁線形的目的吊索錨頭采

11、用冷鑄錨索夾吊索結(jié)構(gòu)如圖11所示.圖11索夾和吊索的構(gòu)造Fig.11Structure of cable band and hanger3.1索夾安裝索夾安裝前，在氣溫恒定的夜間，對所有索夾的位置進(jìn)行精確的測量放樣，縱向位置偏差不大于10 mm利用跨過塔頂和散索鞍頂門架的1 t纜索吊機(jī)將索夾吊運到位進(jìn)行安裝就位，用電動扳手將索夾上的27 mm高強(qiáng)螺栓擰緊，控制軸力為340 kN索夾螺栓緊固分三個階段：索夾安裝時、全部梁段架設(shè)完畢、二期恒載施加完成要特別注意在架梁過程中對索夾螺栓拉力的檢查，確保任何情況下拉力不小于280 kN，以防索夾發(fā)生滑動.3.2吊索安裝每一根吊索由45 mm鍍鋅鋼絲繩和冷

12、鑄錨頭、夾具固定錐體組成，加工過程使用了2次60min、800 kN預(yù)張拉工藝以消除結(jié)構(gòu)變形吊索安裝前對工廠預(yù)制的每根吊索長度進(jìn)行張拉試驗：在320 kN張拉力作用下精確測量其實際長度，測量的結(jié)果將作為調(diào)整吊索錨板高度的依據(jù)吊索由主塔吊機(jī)提升后再轉(zhuǎn)1 t纜索吊機(jī)運輸?shù)轿话惭b索夾吊索的吊裝方法如圖12所示.圖12索夾和吊索吊裝示意圖Fig.12Installation of cable band and hanger4主纜防腐汕頭海灣大橋地處韓江入南海?？谔?，氣候炎熱、濕度大、季候風(fēng)強(qiáng)烈，惡劣的海洋環(huán)境對大橋有著嚴(yán)重的腐蝕作用為了保證大橋的耐久性，有效地減輕和防止主纜受腐蝕的影響，在大量的調(diào)查、

13、咨詢、研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)分析比較，制定了大橋主纜的防腐方案，主纜系統(tǒng)主要防腐結(jié)構(gòu)如圖13所示.圖13主纜結(jié)構(gòu)防腐結(jié)構(gòu)示意圖Fig.13Protective structure of main cable4.1主纜鋼絲鍍鋅汕頭海灣大橋的主纜鋼絲采用的是由意大利進(jìn)口的5.1 mm高強(qiáng)鋼絲，鍍鋅量大于0.3kg/m2鍍鋅質(zhì)量經(jīng)過嚴(yán)格試驗檢驗施工中也采取了一些措施以保護(hù)鍍鋅層.4.2主纜纏絲這項工作是在成橋通車后進(jìn)行的，采用4 mm軟質(zhì)鍍鋅纏繞鋼絲，所用的纏絲機(jī)械均為我國自行研制的產(chǎn)品現(xiàn)場施工主要包括以下幾道工序：(1) 主纜表面清理本道工序要求表面清理原主纜表面的擠緊捆扎帶、束股外露纖維帶、砂塵、砂漿

14、、油污、水分等異物，直到觸摸無污跡為止.(2) 涂敷密封膏（膩子）本橋使用的密封膏為9501 B型非硫化（不干性）阻蝕密封膏該密封膏是長效的，設(shè)計要求其必須與大橋同壽命密封膏的涂敷須填滿主纜表面各絲間的縫隙，并在主纜表面均勻涂抹約1.5 mm厚的膏體，以能充滿纏絲間隙(3) 纏絲作業(yè)主纜纏絲與涂敷密封膏是兩道緊密銜接的工序本橋采用的主要為半自動機(jī)械纏絲與手動機(jī)械纏絲兩種方法，局部因無法安裝施工機(jī)械而采用了人工抽拉纏絲全部纏絲作業(yè)均要求鋼絲纏繞緊密，并分段焊接固定牢靠纏絲拉力按1.4 kN控制.4.3主纜油漆主纜纏絲后必須認(rèn)真清理纏絲表面沾附的密封膏及其它污物，然后進(jìn)行油漆封閉涂裝本橋主纜共刷涂4道環(huán)氧底漆，2道聚氨酯面漆，油漆干膜總厚度230 m施工采用的是人工刷涂和滾涂兩種方法.4.4特殊部位的防腐措施(1) 索夾：采用HM-105阻蝕密封膠對索夾的環(huán)縫（主纜與索夾結(jié)合部）、直縫（索夾對接縫）及外縫進(jìn)行密封.(2) 主塔鞍座兩側(cè)主纜引出段及散索鞍座入口段（由于外形限制不能纏絲）：原設(shè)計為鋼制防護(hù)罩方案，后考慮到防腐效果及便于維修等方面的因素而改用了以下方案：選用HM_105密封膠填平主纜縫隙并包裹為圓滑過渡曲線，再用高強(qiáng)玻璃布涂HM_105密封膠進(jìn)行纏繞，最后在其表面涂刷油漆.(3) 散索段：考慮到錨室為封