斜拉橋施工技術之斜拉索圖文并茂

1斜拉橋施工技術之斜拉索斜拉索系一種柔性拉桿，是斜拉橋的重要組成部分。斜拉橋梁體重量和橋面荷載主要由拉索傳至塔、墩，再傳至地基基礎。當今國內(nèi)外各類斜拉橋所用的斜拉索主要采用經(jīng)多種防腐處理制作的高強平行鋼絲和平行鋼絞線兩種拉索。2平行鋼絲拉索概述

平行鋼絲拉索是經(jīng)涂脂處理后按正六邊形或缺角六邊形平行并攏定形捆扎并輕度扭絞成束后，加纏高強度聚脂包帶和熱擠高密度聚乙烯塑料(簡稱HDPE)護套或染色PE護套，再于兩端安裝鋼套管和錨具。1968年5月在美國新港懸索橋上第一次應用平行鋼絲索，從此大跨徑橋梁建設所需的高強材料實現(xiàn)了一大飛躍。1986年我國在廣東九江大橋2×160m跨的獨塔斜拉橋上，采用了由當時的湖南路橋總公司與重慶交通科研所在工地共同研制出的我國第一根熱擠PE防護扭絞型平行鋼絲拉索(又簡稱PWS索)，這為我國在這一領域的開拓和發(fā)展奠定了可貴的基礎。歷經(jīng)近20年的發(fā)展，我國拉索的設計和生產(chǎn)進入了國際先進行列。已建南京長江二橋拉索最長為337m，重27000kg由241φ7mm高強鋼絲組成；在建的江蘇蘇通長江大橋，主跨1088m，最長索約582m，索徑170mm，索重達65000kg。3平行鋼絲拉索結(jié)構平行鋼絲拉索的結(jié)構體系可分為三個主要部分。①錨固部分：又分為張拉端錨固與固定端錨固兩種形式，其中張拉端錨固由錨筒、錨圈、錨墊板、防護罩等組件組成；固定端錨固由錨餅、錨墊板、防護罩組成。②過渡部分：由鋼導管、錨筒過渡延伸鋼管、減振器、防水罩等組成；③中間部分：由高強鋼絲、玻璃絲帶、PE防護、纏包帶等組成。近年來拉索制作技術已發(fā)展到內(nèi)層與外層兩層PE防護套一次熱擠成型，無須再用外層纏包帶。單根圓鋼絲直徑常用5mm、7mm兩種，鋼絲抗拉標準強度Rb不少于1570MPa；錨具一般采用冷鑄鐓頭錨，以1~2mm的淬硬鋼球、環(huán)氧樹脂鐵砂、礦粉、固化劑、增韌劑等材料冷鑄而成。拉索制作好后，卷盤運至建橋工地，放索、牽引、安裝、張拉，通過索力調(diào)整完成拉索的張掛受力。拉索制作有工廠制作與施工現(xiàn)場制作兩種形式。目前一般采用工廠制作形式，因為工廠制作，拉索質(zhì)量容易得到控制。放索有水面放索、橋面放索、橋側(cè)放索三種施工方法。拉索的掛設方法有吊點法、硬牽引法、軟牽引法、承重導索法四種。拉索的張拉有一端張拉一端錨固與兩端張拉兩種。4平行鋼絲拉索結(jié)構平行鋼絲拉索成品索斷面圖

平行鋼絲拉索冷鑄鐓頭錨構造圖5鋼絞線拉索概述鋼絞線拉索是現(xiàn)代斜拉橋拉索中日漸常用的一種。1978年法國建造的勃洛東納橋，主跨為(143.5+320+143.5)m，首次采用60φj15.2mm鋼絞線拉索，應用至今已有26年。在近20年中，鋼絞線拉索在歐美、日本等國家得到了廣泛的應用。我國1980年在廣西紅水河修建的主跨96m的鐵路橋，首次采用了10φ5.2mm鋼絞線作拉索，錨具采用的是銷式組合錨具。采用自錨體系夾片式群錨作為鋼絞線錨具的新型拉索，在我國應用還不到10年，最早是在湖南的瀏陽河大橋上使用，因其材料強度高(抗拉強度大于1860MPa)、牽掛索容易、張拉機具噸位小而有一定優(yōu)越性。鋼絞線拉索的錨具，早期采用的是銷式組合錨、弗氏錨、楔型錨等。隨著錨具的不斷開發(fā)、研制、創(chuàng)新，國外有Fressgent和VSL公司先后研制了自錨夾片式群錨體系；國內(nèi)有HVM、OVM、VSL等廠家生產(chǎn)的自錨夾片式群錨，均廣泛地應用于鋼絞線拉索的錨固上。這種錨具退錨方便、錨固效果好、操作簡便。但鋼絞線斜拉索的錨具、夾片、鋼絞線三者的工作性能以及拉索在低應力狀態(tài)或高應力幅與振動疲勞作用下易出現(xiàn)夾片松動導致滑絲現(xiàn)象，值得引起計者與施工者密切注意。一般而言鋼絞線拉索的制作方法是在工廠先進行單股鋼絞線下料、熱擠PE護套，再卷盤運至工地組裝，最后進行整索防護。也有在工廠內(nèi)將單股鋼絞線束外涂防銹油脂或鍍鋅或噴鋁后，運至建橋工地，現(xiàn)場下料、穿束、形成鋼絞線拉索，再現(xiàn)場進行拉索的防護。因單股鋼絞線重量輕，束徑小，柔軟性好，安裝、放索均方便，故常采用橋面進索施工方法。即先安裝HDPE套管與兩端錨具，然后逐股單根牽掛、單根張拉，最后整索張拉調(diào)整索力。6鋼絞線拉索結(jié)構鋼絞線拉索的結(jié)構體系由兩端的錨固段，隱埋在塔、梁內(nèi)部的過渡段和外露部分的中間段三部分組成。錨固段分張拉端與固定端，由錨環(huán)、錨圈、錨墊板、防水裝置，保護裝置等組件組成；過渡段組成與平行鋼絲拉索相同；中間段由鋼絞線、內(nèi)防護、外防護組成。鋼絞線由7根直徑5mm或7mm的圓形鋼絲絞制成單股鋼束，各單股鋼束平行排列，形成鋼絞線索。單根鋼絲標準抗拉強度Rb>1860MPa。國外的鋼絞線，如美國、日本，目前已發(fā)展到Rb>2000MPa。鋼絞線拉索的防護有兩種形式：一種是有粘結(jié)剛性防護，即將整根拉索穿人一根外套管中，外套管與鋼絞線之間壓注水泥漿液，因其防護效果欠佳，且換索不便，目前已很少使用，另一種是無粘結(jié)柔性防護，又有3層、4層防護之分，是將每一根鋼絞線束外涂防銹油脂或鍍鋅或噴鋁后擠裹PE護套，再將若干根帶有護套的鋼絞線束組裝成一根拉索，在拉索外再套一層HDPE(熱擠高密度聚乙烯塑料)套管形成無粘結(jié)柔性拉索。這種防護形式的拉索目前應用較普遍。7鋼絞線拉索結(jié)構8鋼絞線拉索結(jié)構9鋼絞線拉索結(jié)構10平行鋼絲拉索與鋼絞線拉索的比較

平行鋼絲拉索與平行鋼絞線拉索，在加工制作、運輸、安裝、受力性能、防護性能、維護更換等方面各有優(yōu)缺點，現(xiàn)比較如下。1．拉索的制作平行鋼絲拉索全部在工廠制作完成，目前國內(nèi)已有專業(yè)化的制索工廠，具有成熟的生產(chǎn)工藝，質(zhì)量控制易得到保證；其受力均勻、軸向剛度較大、材料利用率較高。鋼絞線拉索的各個零部件均在工廠制作完成，而大部分的組裝、防護工程須在建橋工地完成，受力均勻性較差，要求材料強度相對較高。國際上用群錨與夾片錨固拉索的新型鋼絞線拉索在橋梁上使用的年限較短，因而使用經(jīng)驗尚不夠成熟。2．拉索的運輸、安裝平行鋼絲拉索：運輸需要大直徑卷索盤，受公路凈空、凈寬的限制，需大型起吊設備進行裝、卸作業(yè)，安裝和張拉需要重型千斤頂，張拉端結(jié)構內(nèi)需較大空間，牽掛索時牽引力大，需特殊設計牽引裝置。鋼絞線拉索：運輸時其索盤直徑相對較小，裝卸作業(yè)起吊、運輸及安裝較容易，掛索時牽引力小，張拉空間相對要求較小，因此鋼絞線拉索的大型設備投入少。3．拉索的防護性能平行鋼絲拉索索體部分與兩端錨固部分均在工廠整體進行加工，施工時間短，整體防護性好，其防護性能明顯優(yōu)于鋼絞線拉索。鋼絞線拉索的防護層數(shù)較多，且鋼絞線拉索的防護施工時間長，防護施工的環(huán)境條件較差，防護的整體性也較差。鋼絞線拉索的錨頭與錨下過渡段結(jié)合部位是防護薄弱環(huán)節(jié)。鋼套管內(nèi)壓注漿液在拉索的振動與變幅荷載作用下易碎裂、滲水，引起拉索銹蝕，也應引起重視并妥善解決。4．拉索的張掛鋼絞線索能化整為零，吊裝重量較鋼線索輕，但施工工藝復雜，許多工廠化作業(yè)需在現(xiàn)場完成，質(zhì)量不易控制，而且工期要長。

11平行鋼絲拉索與鋼絞線拉索的比較5．拉索的受力性能平行鋼絲拉索的材料強度較低，Rb≥1570MPa，但受力均勻性較好；鋼絞線拉索的材料強度較高，Rb≥1860MPa，當為鍍鋅鋼絲時，Rb≥1760MPa，但受力均勻性稍差。在應力上限為0.45Rb，疲勞次數(shù)為2×106次的相同條件下，兩類拉索的疲勞應力幅均可達到200MPa。平行鋼絲拉索抗撓曲性能稍弱于鋼絞線拉索。在相同設計荷載條件下，平行鋼絲拉索的外徑較小，直徑比鋼絞線拉索小30％~40％，受力面積顯著減少。6．拉索的更換兩種形式的拉索在拆卸過程中方法是一致的，只在安裝時有所不同。平行鋼絲拉索的更換為整索卸載、退錨、更換，是安裝過程的逆過程，施工安全可靠，與鋼絞線拉索相比，相對要簡便得多。鋼絞線拉索安裝過程為單根束牽引張拉，由若干根單股鋼絞線束組裝形成。在組裝成索后用水泥漿將若干根單股束澆灌形成整體，或在錨頭處用環(huán)氧砂漿將單股束粘結(jié)成整體。換索時，若按安裝時的逆過程施工，對于壓注了水泥漿的整索首先要將其分解為互相獨立的若干根單股束，在高空斜向空間索上施工，無疑是很困難的；當然，無粘結(jié)柔性鋼絞線拉索不存在這個困難。若采取整束卸載、退錨，則拉索錨具外露鋼絞線應有足夠的長度，保證拉索卸載時的回縮量。因千斤頂油缸的長度有限，要分多次進行才能完成。其次，拉索營運幾十年后，鋼絞線、夾片、錨環(huán)三者之間易產(chǎn)生金屬互融現(xiàn)象，要使幾十副夾片均能同步退出、頂進是有困難的。近年來，已對鋼絞線拉索的錨具作了改進，在夾片錨環(huán)處表面車螺牙，用鐓頭錨張拉桿與錨環(huán)擰合連接。與平行鋼絲拉索換索方法相同，但鋼套管孔徑要大，削弱了結(jié)構的受力性能。7．拉索的造價比較對于索長短于300m、索重輕于15000ks的拉索來說，兩種型號拉索的總體費用相差不大。對于超過上述長度與重量的拉索來說，受加工場地、運輸、吊裝的影響，平行鋼絲拉索的總體費用要超過鋼絞線拉索。綜上所述，兩種拉索各有優(yōu)缺點。20世紀七、八十年代，國際上普遍采用平行鋼絲拉索。從90年代開始，鋼絞線拉索的應用發(fā)展迅速，特別是歐美一些國家，受平行鋼絲拉索加工制作及進口平行鋼絲拉索的限制而大量應用鋼絞線拉索。平行鋼絞線拉索的防護措施與錨固體系在不斷更新，我國在20世紀90年代后期也得到了一定發(fā)展。12平行鋼絲斜拉索的安裝

放索及索的移動

1．放索為便于運輸及運輸過程中索的保護，斜拉索起運前通常采用類似電纜盤的鋼結(jié)構盤將拉索卷盤，然后運輸。對于短索，也有采取自身成盤，捆扎后運輸?shù)那闆r。根據(jù)拉索的不同卷盤方式，現(xiàn)場放索時，常用的有立式轉(zhuǎn)盤放索、水平轉(zhuǎn)盤放索兩種方式。(1)立式轉(zhuǎn)盤放索。鋼結(jié)構索盤放索時設置一個立式支架，在索盤軸孔內(nèi)穿上圓軸，徐徐轉(zhuǎn)動索盤將索放出。(2)水平轉(zhuǎn)盤放索。對于自身成盤的索，則設置一水平轉(zhuǎn)盤，將索盤放在轉(zhuǎn)盤上，邊轉(zhuǎn)動邊將索放出。在放索過程中，由于索盤自身的彈性和牽引產(chǎn)生的偏心力，會使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生加速度，導致散盤，危及施工人員的安全，所以，一般情況下要對轉(zhuǎn)盤設剎車裝置，或者以鋼絲繩作尾索，用卷揚機控制放索。2．索在橋面上的移動在放索和掛索過程中，要對斜拉索進行拖移，由于索自身彎曲，或者與橋面直接接觸，在移動中就可能損壞拉索的防護層或損傷索股。為避免這些情況的發(fā)生，一般采取下述方法對索在移動時進行保護。(1)如果索盤是水上由駁船運來，對于短索一般直接將索盤吊到橋面上，利用放索支架放索，對于長索一般直接在船上設置放索支架放索。采用前者時要在梁上放置吊裝設備，采用后者則需在梁端設置轉(zhuǎn)向裝置以利于索的移動。對于現(xiàn)澆梁，轉(zhuǎn)向裝置設在施工掛籃上，若是拼裝結(jié)構則設在主梁上，要求轉(zhuǎn)向裝置的半徑不小于索盤半徑，與梁體保持一定間隔。(2)滾筒法。在橋面設置一條滾筒帶，當索放出后，沿滾筒運動。制作滾筒時，要根據(jù)斜拉索的布置及剛?cè)岢潭?，選擇適宜的滾軸半徑，以免滾軸彎折，摩阻增加。平滾之間要保持合理的間距，防止拉索與橋面接觸。滾筒可與橋面固結(jié)，也可與斜拉索套筒固結(jié)，具體方法依施工現(xiàn)場情況而定。

(3)移動平車法。當斜拉索上橋后，每隔一段距離墊一個平車，由平車載索移動。梁體頂面凹凸不平時會導致平車運動不便，所以平車的輪子不宜太小。與滾筒法一樣，平車也要保持合理的間距，避免拉索與橋面接觸。(4)導索法。在索塔上部安裝一根斜向工作懸索，當斜拉索上橋后，前端連接牽引索，每隔一段距離放置一個吊點，使拉索沿著導索運動，這種方法能省去大型牽索設備，可安裝成卷的斜拉索。(5)墊層法。對于一些索徑小、自重輕的斜拉索，可在梁面放索線上鋪設麻袋、草包、地毯等柔軟的墊層，就地拖移。13平行鋼絲斜拉索的安裝斜拉索的塔部安裝一般情況下，可根據(jù)斜拉索張拉方式確定拉索的安裝順序，拉索張拉端位于塔部時可先安裝梁部拉索錨固端，后安裝塔部拉索錨固端；反之，先安裝塔部，后安裝梁部。塔端拉索錨固端安裝的方法一般有吊點法、吊機安裝法、腳手架法、鋼管法等。塔部拉索張拉段安裝的方法一般有分步牽引法、桁架床法等。對于兩端皆為張拉端的斜拉索，可選擇其中適宜的方法。腳手架法、鋼管法和桁架床法都要在懸掛斜拉索的位置搭設支架，安裝復雜、速度慢，只適應低塔稀索?，F(xiàn)代斜拉橋多為大跨、高塔、密索體系，以吊點法、吊機安裝法及分步牽引法為主。安裝斜拉索前應計算出克服索自重所需的拖曳力，以便選擇卷揚機、吊機及滑輪組配置方式。塔部安裝張拉端時，先要計算出各施工階段的索力，然后選擇適當?shù)臓恳ぞ吆桶惭b方法進行拉索安裝。由理論分析可知，當矢跨比小于0．15時，可以用拋物線代替懸鏈線來計算曲線長度。14平行鋼絲斜拉索的張拉15斜拉索的臨時減震16平行鋼絲斜拉索施工平行鋼絲斜拉索的施工過程請看一段演示動畫17鋼鉸線拉索現(xiàn)場施工

斜拉索索體結(jié)構（斜拉索錨具總圖掃描）18鋼鉸線拉索現(xiàn)場施工張拉端錨具張拉千斤頂19鋼鉸三線拉三索現(xiàn)三場施三工逐根三鋼絞三線掛三索外套HP三E護管三安裝20鋼鉸三線拉三索現(xiàn)三場施三工前支三點式三掛籃三固定三端斜三拉索三索力三轉(zhuǎn)換21鋼鉸三線拉三索現(xiàn)三場施三工斜拉三索調(diào)三索,梁段三標高三調(diào)整22鋼鉸三線拉三索現(xiàn)三場施三工斜拉三索施三工準三備1、斜三拉索三產(chǎn)品三生產(chǎn)2、斜三拉索三鋼絞三線備三料3、斜三拉索三施工三平臺斜拉三索施三工工三藝1、斜三拉索三施工三工藝三流程2、錨三具安三裝工三藝3、PE管焊三接安三裝工三藝4、轉(zhuǎn)三換裝三置安三裝工三藝5、單三根掛三索工三藝6、單三根張三拉工三藝7、夾三片防三松工三藝措三施8、減三振工三藝措三施9、整三體張三拉工三藝10、索三力轉(zhuǎn)三換工三藝11、調(diào)三索工三藝1斜拉三索施三工工三藝流三程圖工廠三備料三、下三料、三運輸料盤三運輸工作三平臺三設計三、搭三設起重三設備三安裝鋼絞三線卸三盤、三排列上、三下錨三具檢三查、三安裝張拉三設備三安裝牽引三設施三安裝PE圓管三安裝單根三掛索單根三張拉緊索三、索三箍、三減振三器\防松三裝置三安裝整體三張拉索力三轉(zhuǎn)換循環(huán)三調(diào)索索體三外防三護錨具三防護N次2.錨具三安裝三工藝三圖3.三HD三PE圓管三安裝三圖示26HD三PE護管三吊裝三示意三圖4、索三力轉(zhuǎn)三換裝三置裝三配圖三示5.三1、單三根掛三索工三藝流三程鋼絞線索盤放線架置于塔柱與下端錨固定點之間穿上端及下端錨具牽引索張拉端通過循環(huán)索牽引到塔外平臺與上端牽引索聯(lián)接下端鋼絞線與固定端牽引索聯(lián)接將鋼絞線牽引出下端錨具一定長度，安裝夾片錨固上端塔內(nèi)牽引索繼續(xù)牽引鋼絞線穿出張拉端錨具到滿足工作長度安裝臨時夾片、錨固、拆下牽引索，下放，牽引另一根預緊張拉5.三2、單三根掛三索示三意圖30斜拉三索掛三索示三意圖6、單三根張三拉示三意圖32鋼絞三線拉三索單三根張三拉示三意圖7、夾三片防三松工三藝措三施圖三示8、斜三拉索三減振三工藝三措施三圖示9、整三體張三拉示三意圖36鋼絞三線拉三索整三體張三拉示三意圖10、索三力轉(zhuǎn)三換工三藝圖三示11、斜三拉索三調(diào)索在梁三段拼三裝過三程中三或成三橋后三，如三需調(diào)三整橋三面標三高，三則需三進行三整體三調(diào)索11三.1三.調(diào)索三工況三：由三監(jiān)控三指令三通知三而定三。11三.2三.調(diào)索三次數(shù)三：由三監(jiān)控三指令三通知三而定三。11三.3三.調(diào)索三順序三：由三監(jiān)控三指令三通知三而定三。11三.4三.調(diào)索三控制三索力三：由三監(jiān)控三指令三通知三而定三。11三.5三.調(diào)索三方式三：一三般在三上端三利用三整體三張拉三設備三進行三，如三調(diào)整量太三大，三可考三慮采三用單三根鋼三絞線三調(diào)索三方式三。11三.6三.調(diào)索三工藝三：整三體調(diào)三索工三藝、三過程三、控三制方三法與三整體三張拉工藝三一致三。1、索體三防腐索體三材料三采用三帶PE環(huán)氧三涂層三鋼絞三線，PE層與三鋼絞三線間三涂專三用油三脂，三如果三在下三料、三掛索三使用三過程三中發(fā)三現(xiàn)PE有破三損之三處，三立即三用焊三槍修三補，三謹防三鋼絞三線銹三蝕。索體三外用HD三PE圓管三防護三，成三橋調(diào)三索結(jié)三束，三并將三減振三器固三定后三，固三定已三預先三套在三管外三的防三水罩三，與三兩端三預埋三管聯(lián)三接，三可有三效防三止水三份進三入PE管內(nèi)三，并三隔絕三了紫三外線三照射三，進三而起三到保三護索三體的三作用三。斜拉三索防三護1、索三體防三護2、斜三拉索三錨具三內(nèi)注三漿3、斜三拉索三錨具三外防三護下端三防水三罩示三意圖2、斜三拉索三錨具三內(nèi)注三漿錨頭三內(nèi)鋼三絞線三由于三掛索三、張三拉需三要，三兩端PE需剝?nèi)齽兂武撊g線三必須三進行三有效三防護三，方三法是三在錨三具內(nèi)三灌注三防腐三油脂三或水三泥漿三（待三設計三確定三）。三注油三或注三漿設三備采三用OV三M活塞三式注三漿泵三，待三整體三張拉三后，三用該三泵把三油脂三壓進三錨具三內(nèi)。三（如三注油三不會三影響三今后三調(diào)索三，如三注漿三則需三在成三橋調(diào)三索后三進行三。）漿體三材料三由設三計認三可后三，按三設計三的配三合比三在攪三拌機三內(nèi)充三分攪三拌，三利用三灌漿三泵通三過錨三具注三漿孔三進行三注漿三，當三錨具三排氣三孔出三漿，三則證三明漿三已灌三滿，三即停三止注三漿，三封好三灌漿三孔和三排氣三孔。3、斜三拉索三錨具三外防三護錨頭三端面三、夾三片、三外露三鋼絞三線的三防腐①一方三面為三了整三體防三腐，三一方三面為三了方三便螺三母旋三動，三在錨三具安三裝時三預先三在支三承筒三外螺三牙上三涂上三防腐三油脂三。②整體三張拉三后，三支承三筒外三露部三分、三錨板三、夾三片等三都涂三上防三腐油三脂，三而且三支承三筒外三露部三分錨三板用三封箱三帶纏三繞密