長江大橋超長大直徑斜拉索塔端牽引施工技術(shù)

1、PAGE 上海長江大橋超長大直徑斜拉索塔端牽引施工技術(shù)鐘永新 馬勇中交二航局四公司摘 要 本文以上海長江大橋斜拉索施工為背景，著重介紹超長、大直徑斜拉索塔端牽引、張拉施工技術(shù)，以及斜拉索施工過程中的防扭轉(zhuǎn)措施。關(guān)鍵字 斜拉索 塔端牽引 防扭轉(zhuǎn)1、概述上海長江大橋主橋?yàn)榛炷了撓淞弘p索面五跨連續(xù)斜拉橋，其跨徑布置為92258730258921430m。主橋索塔上布置空間雙索面扇形斜拉索，每個(gè)索面23對（全橋另有4對0#索）低松馳平行鋼絲斜拉索，全橋共192根。斜拉索為7mm低松弛高強(qiáng)鋼絲，抗拉強(qiáng)度為1670Mpa，斜拉索外熱擠雙層聚乙烯（PE）護(hù)套，內(nèi)層為黑色PE護(hù)套，兩端裝配冷鑄錨。其中1

2、7#23#索為長索，型號在PES7-337PES7-409之間，長度在294.896m382.173m之間，重量在35.8t56.2t之間。長索型號、規(guī)格統(tǒng)計(jì)見下表1。表1 上海長江大橋長索規(guī)格統(tǒng)計(jì)表編號拉索型號單根拉索長度（m）單根拉索重量（t）編號拉索型號單根索長度（m）單根拉索重量（t）B177-337299.56336.368Z177-337294.89635.818B18314.05438.077Z18309.32837.520B197-349328.61641.163Z197-349323.86140.583B20343.21642.943Z20338.39342.355B217-

3、379357.88148.995Z217-379353.01248.345B227-409368.23254.220Z227-409367.72854.148B23378.52855.698Z23382.40856.2552、長索施工難點(diǎn)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，斜拉索采用塔端牽引、張拉施工工藝，可為施工節(jié)省大量人力、設(shè)備和材料。目前在國內(nèi)外大跨度斜拉橋中，長索因牽引力大，一般采用梁端牽引、張拉施工工藝，如中國蘇通大橋、日本多多羅大橋。按照原有的技術(shù)水平，本橋若采用塔端牽引、張拉施工工藝需要解決以下幾個(gè)方面難題：本橋長索梁端錨杯錨固在理論位置時(shí)，塔端錨杯牽引至錨箱并將錨杯螺母全部錨上絲牙時(shí)，塔端所需要的最

4、小牽引力在331t597t之間，因此施工時(shí)需要解決斜拉索大噸位牽引力的難題。因塔內(nèi)空間較小，選用常用設(shè)備不能滿足塔內(nèi)施工空間要求，需要開發(fā)新的設(shè)備、機(jī)具。大直徑斜拉索在牽引、張拉施工過程中容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，因此在施工設(shè)備配置以及操作工藝上必須考慮到斜拉索扭轉(zhuǎn)問題。3、長索塔端牽引牽引力分析長索牽引力統(tǒng)計(jì)以邊跨B17-B23索為例，詳情見下表2。由表中數(shù)據(jù)可知：索梁端錨杯錨固在理論位置后，塔端錨杯牽引至錨箱錨墊板并錨上一個(gè)螺母高度的絲牙后，此時(shí)牽引力在410t597t之間。若斜拉索采用鋼絞線牽引，單根鋼絞線平均受力按照15.6t計(jì)算（0.6倍破斷拉力），則最多需要39根鋼絞線，目前國內(nèi)類似橋梁從可施

5、工性角度考慮，軟牽引鋼絞線孔數(shù)一般最大做到25孔（錨具鋼絞線孔分布直徑210mm）。直接采用鋼絞線牽引，不但需將穿心千斤頂孔徑制作到300以上，而且施工操作難度大，存在較大施工風(fēng)險(xiǎn)。若采用軟硬結(jié)合牽引方式，當(dāng)塔端錨杯離錨墊板上口距離為60cm時(shí)，使鋼絞線受力轉(zhuǎn)化為張拉桿受力，則鋼絞線牽引噸位在134t242t之間，最多只需要16根鋼絞線，可以滿足塔內(nèi)正常操作要求。表2 主橋邊跨斜拉索牽引力統(tǒng)計(jì)表編號型號塔端錨杯離錨墊板上口距離L時(shí)鋼絞線受力(t)二張索力(t)成橋索力(t)距離0.6m時(shí)戴上錨環(huán)時(shí)B23PES7-409242573666.2758B22PES7-409256597654.674

6、8B21PES7-379243580625.4690B20PES7-349200512614.7625B19PES7-349176482608.6613B18PES7-337153442597.3582B17PES7-337134410579.85764、長索施工關(guān)鍵技術(shù)解決思路采用軟硬結(jié)合牽引方式進(jìn)行斜拉索塔端牽引、張拉施工，解決斜拉索塔端大噸位牽引力問題。采用行星千斤頂作為軟牽引千斤頂，以降低斜拉索軟牽引過程中設(shè)備使用空間，同時(shí)行星千斤頂可以加大軟牽引力，減小硬牽引長度，從而減小索硬牽引過程以及張拉過程中塔內(nèi)施工空間，達(dá)到塔內(nèi)正常施工目的。通過對張拉千斤頂設(shè)置防扭轉(zhuǎn)設(shè)施，防止斜拉索在牽引過

7、程中發(fā)生扭轉(zhuǎn)。5、長索塔端牽引施工工藝5.1長索軟硬結(jié)合牽引結(jié)構(gòu)設(shè)置長索軟硬結(jié)合牽引方式見下圖1，圖中采用張拉桿將索懸鏈加長，減小軟牽引鋼絞線受力。張拉桿長度滿足塔端張拉時(shí)張拉設(shè)備正常使用要求。千斤頂內(nèi)反力架頂升板 圖1 軟硬結(jié)合牽引示意圖 圖2 行星千斤頂圖片5.2長索軟牽引設(shè)備軟牽引設(shè)備采用行星千斤頂，由4個(gè)150t千斤頂、內(nèi)反力架、頂升板三者構(gòu)成的結(jié)合體，見上圖2。行星千斤頂設(shè)計(jì)行程為40cm，設(shè)計(jì)錨具鋼絞線孔數(shù)在39孔以內(nèi)。4個(gè)150t千斤頂采用一臺流量為65升/秒的油泵車通過分油器供油（普通油泵車6倍的流量），鋼絞線牽引過程中一個(gè)操作循環(huán)時(shí)間為90120秒鐘。行星千斤頂將反力架與千斤

8、頂溶為一體，反力架不占用塔內(nèi)空間，另外行星千斤頂噸位大、行程長、速度快，具有其它類型千斤頂不具備的特點(diǎn)。 5.3長索軟牽引配置及施工斜拉索軟牽設(shè)施配置見右圖3。圖中斜拉索錨杯與張拉桿之間通過拉桿變徑套連接，鋼絞線與張拉桿之間通過鋼絞線連接套連接，通過鋼絞線與張拉桿來接長斜拉索長度，以減小斜拉索懸掛時(shí)產(chǎn)生的張拉力。鋼絞線牽引設(shè)備為行星千斤頂，此千斤頂內(nèi)置撐腳，作為工具錨反力架，方形撐腳作為行星千斤頂與千斤頂內(nèi)撐腳的反力架，工具錨通過工具錨定位板與行星千斤頂內(nèi)撐腳連接，通過調(diào)整工具錨定位板尺寸，實(shí)現(xiàn)工具錨型號變換，鋼絞線與錨具之間通過夾片鎖定。圖3 斜拉索軟牽引設(shè)施配置圖當(dāng)斜拉索塔端錨杯在橋面上時(shí)

9、，連接好張拉桿以及鋼絞線，并安裝好工具錨，同時(shí)安裝好塔內(nèi)方形撐腳、行星千斤頂以及內(nèi)撐腳。用塔頂起重設(shè)備空中起吊斜拉索，將鋼絞線以及工具錨穿越索套管、方形撐腳、行星千斤頂內(nèi)撐腳，通過工具錨定位板將工具錨錨固在行星千斤頂內(nèi)撐腳上。然后進(jìn)入斜拉索梁端牽引、錨固施工。斜拉索梁端錨杯錨固好后，安裝行星千斤頂頂面處工具錨，用行星千斤頂往復(fù)牽引鋼絞線，將張拉桿螺母牽引出錨箱墊板，最后用合頁式墊板將張拉桿螺母錨固在錨箱墊板上。 圖4 斜拉索硬牽引設(shè)施配置圖 圖5 斜拉索張拉設(shè)施配置圖5.4長索硬引配置及施工斜拉索硬牽引施配置見上圖4。用鋼絞線將斜拉索張拉桿牽引出錨箱墊板后，用螺母墊板將拉桿螺母錨固在錨箱墊板上

10、，螺母墊板成圓環(huán)型，分成兩半。斜拉索軟牽引完后，拆除行星千斤頂以及鋼絞線等設(shè)施，安裝撐腳和普通穿心千斤頂，將錨杯螺母預(yù)先放入撐腳內(nèi)，用拉桿將硬牽引加長。用普通穿心千斤頂牽引斜拉索，當(dāng)斜拉索錨杯牽引出錨箱墊板后，取出螺母墊板，下放錨杯螺母并旋上絲牙，完成硬牽引施工。5.5長索張拉施工斜拉索精確張拉必須保證四根斜拉索同步牽引，以確保索力精度，因此斜拉索精確張拉階段需要考慮四根索同步牽引時(shí)的塔內(nèi)空間，此時(shí)需要將所有設(shè)備占用的空間降至最低高度，斜拉確張拉設(shè)施配置見上圖5。斜拉索硬牽引完后，拆除方形撐腳與接長拉桿，安裝張拉設(shè)備，根據(jù)監(jiān)控指令將索力張拉至指定噸位。5.6斜拉索防扭轉(zhuǎn)施工因斜拉索內(nèi)部的鋼絲存

11、在大約3的扭轉(zhuǎn)角，致使斜拉索在張拉時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向扭轉(zhuǎn)力，該扭轉(zhuǎn)力達(dá)到一定程度后勢必在張拉端釋放出來，此力將帶動(dòng)張拉千斤頂?shù)捻斏b置一起旋轉(zhuǎn)，損壞千斤頂，同時(shí)也極易發(fā)生安全事故。因此必須對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，避免此類現(xiàn)象發(fā)生。5.6.1斜拉索扭轉(zhuǎn)力計(jì)算以上海長江大橋最大型號索為例（PES7409），計(jì)算出每層鋼絲數(shù)量、理論角度、每層鋼絲理論受力、每層鋼絲繞轉(zhuǎn)半徑，扭矩，計(jì)算數(shù)據(jù)見下表3。扭轉(zhuǎn)力大小與索型號以及索張拉力有關(guān)，索型號大，鋼絲層數(shù)多，扭轉(zhuǎn)力大，索張拉噸位大扭轉(zhuǎn)力大。表3 PES-409索在扭轉(zhuǎn)力計(jì)算數(shù)據(jù)表索體鋼絲分層每層鋼絲數(shù)量每層鋼絲理論旋扭角度每層鋼絲理論最大受力（kN）每層鋼絲繞轉(zhuǎn)半徑(

12、m)每層鋼絲產(chǎn)生的最大扭矩（kNm）110.00022.300.000260.250133.90.070.0043120.500267.90.140.0334180.751401.80.210.1115241.001535.70.280.2626301.251669.60.350.5127361.501803.60.420.8858421.251937.50.491.4049482.0011071.40.562.09610542.2511205.30.632.98411602.5011339.30.74.09212662.7501473.20.775.44613123.000267.90.84

13、1.178合計(jì)409/9129.3/19.0075.6.2斜拉索扭轉(zhuǎn)防治措施斜拉索加扭或者退扭對施工及結(jié)構(gòu)危害較大。規(guī)格較大的斜拉索若無防扭裝置，一旦退扭，退扭圈數(shù)多，索長度以及鋼絲應(yīng)力變化較大，破壞性大。因此索在生產(chǎn)以及施工過程中需采取相應(yīng)的防治措施。承壓板斜拉索包裝時(shí)，盡可能采用較大索盤卷裝斜拉索，減少索繞盤產(chǎn)生的加扭應(yīng)力。斜拉索在橋面展索、空中掛索階段，盡量將索繞盤時(shí)產(chǎn)生的加扭力釋放。斜拉索牽引階段，采用軟硬結(jié)合牽引方式，盡量減少鋼絞線受力，防止索反扭時(shí)導(dǎo)致鋼絞線扭轉(zhuǎn)。斜拉索硬牽引與張拉階段限制索扭轉(zhuǎn)。斜拉索扭轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)張拉桿以及張拉桿螺母同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，千斤頂油缸與拉桿螺母之間的摩擦力太小，不能克服較大扭轉(zhuǎn)力，需采用防扭轉(zhuǎn)裝置，見右圖6。圖6中通過張拉桿螺母與承壓板之間的摩擦力克服索扭轉(zhuǎn)，承壓板將扭轉(zhuǎn)力傳遞給千斤頂。 圖6 斜拉索防扭轉(zhuǎn)裝置7、結(jié)束語長索塔端軟硬結(jié)合牽引施工技術(shù)成功地應(yīng)用于上海長江大橋主橋斜拉索張拉施工中，在整個(gè)施工過程中工藝運(yùn)作良好，有效地避免了斜拉索發(fā)生扭轉(zhuǎn)。采用行星千斤頂作為軟牽引設(shè)備具有軟牽引力大、牽引速度快以及占用空間小的優(yōu)點(diǎn)。因行星千斤頂牽引施工速度快，可根據(jù)需要加長鋼絞線長度，使斜拉索梁端牽引力變小，減小了索梁端施工工作量以及施工風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)因軟牽引力大，可以減小硬牽引長度，實(shí)現(xiàn)了塔內(nèi)小空間下硬牽引施工。首次采用“合頁式墊板”來對硬牽引張拉桿