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矮塔斜拉桥全桥斜拉索调索施工工法

1 前言
“矮塔斜拉桥”也称“部分斜拉桥”，是介于“斜拉桥”与“体外预应力箱梁桥”之间的一种新型结构体系。矮塔斜拉桥和连续梁相比具有结构新颖跨度能力大、施工简单、经济优点；与斜拉桥相比具有施工方便、节省材料、主梁刚度大等优点。使得埃塔斜拉桥具有广阔的发展空间。
佛肇城际铁路桂丹立交特大桥预应力矮塔斜拉斜跨桂丹路与佛山一环互通立交，主桥位于R=1800m的圆曲线上，孔跨为（75+86+168+86+75）m，采用塔梁固结并简支于桥墩之上的连续体系。主梁为预应力混凝土结构，采用单箱双室变高度箱形无翼缘截面，斜拉索锚固于箱体之内。主梁斜拉索采用双塔双索面扇形分布，每个桥塔8对，共16对，梁顶面塔高为26m，最大斜拉索在桥面以上高度为24.355m，其高跨比为24.355:168=1:6.898，桥面宽14.9m，宽跨比为14.9:168=1:11.28,梁上锚固点间距为14.9，塔上转向鞍横桥向间距15.4m。斜拉索采用喷涂钢绞线（中心丝与边丝各钢丝外表均单独形成环氧树脂涂膜，涂层厚度应在0.12mm～0.2mm之间）单层无粘接筋，单根钢绞线规格直径为15.24mm，每根斜拉索有55根钢绞线组成。为了确保质量和施工进度,科学管理,积极采用新技术,经过归纳总结形成本工法。
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图1.1 1/2 全桥立面图
2 工法特点
2.1工序简单，施工进度快。
2.2施工条件得到了改善，劳动强度低，安全性强。
2.3采用单根等值法张拉，可以控制每根斜拉索各股钢绞线的离散误差不大于理论值的±3%。
2.4可以实现一对斜拉索对称、交叉单根张拉，同步整体张拉，确保两根斜拉索间的差值不大于理论值的±1%。
2.5采用JMM-268动测仪进行索力监控，可以确保斜拉索整索索力误差不大于理论值的±2%。
2.6斜拉索采用多重防腐处理，锚固端灌注防腐油脂，延长了斜拉索使用寿命。
3 适用范围
本工法适用于埃塔斜拉桥斜拉索调索施工。
4 施工工艺流程及操作要点
在中跨合拢段施工完成后，纵向、竖向、横向预应力束张拉完成后，进行全桥第一次斜拉索索力复测、桥面线形监控控制点复测，由线形监控单位根据桥面高程目标值进行计算（利用MIDAS软件进行数学建模计算），给出斜拉索调索索力，根据线形监控单位所给索力 2
进行调索，在每对斜拉索调完以后进行索力核控制点高程进行复测，复测结果反给线形监控单位进行计算给出索力，再进行下一对斜拉索施工，重复这个过程直至施工完成。再第二次斜拉索调索完成后，再进行全桥索力及控制点高程复测，再由线形监控根据目标值进行计算，若达不到要求，重新对斜拉索进行微调，达到要求，则进行下道工序施工。
5 施工工艺
5.1、工艺流程
中跨合拢段砼浇筑完成→张拉合拢段预应力钢绞线→全桥斜拉索索力测试→斜拉索二次调索→第一次全桥斜拉索索力复测→斜拉索局部微调（此步骤在第一次索力复测结果上交给线形监控单位及设计计算后确定是否进行）→安装减震器、索箍、防水罩→斜拉索防水防腐→二期荷载（轨道板、桥面系）施工→第二次全桥斜拉索索力及线形复测→斜拉索局部微调（此步骤在第一次索力复测结果上交给线形监控单位及设计计算后确定是否进行）→由线形监控单位出具成桥报告
5.2 主要施工方法
5.2.1全桥斜拉索索力测试
在合拢段预应力钢绞线张拉压浆完成之后，由线形监控单位利用CDJM-DC2动测仪对全桥所有斜拉索进行索力测试，此次所测索力将作为最终的计算依据。
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5.3调索工作
5.3.1 调索顺序
根据设计图纸，中跨合龙后，二期施工前进行调索工作。
调索整体思路：先调整一个索塔的两个斜拉索，然后对称调整另一索塔四根斜拉索；斜拉索上下游左右侧对称张拉，每个调索阶段张拉2根斜拉索。调索过程中，需要4台千斤顶。
具体的调索顺序为：
51#墩-C8’C8→51#墩-C7’C7→52#墩-C8’C8→52#墩-C7’C7→52#墩-C6’C6→52#墩-C5’C5→51#墩-C6’C6→51#墩-C5’C5→51#墩-C4’C4→51#墩C3’C3→52#墩-C4’C4→52#墩-C3’C3→52#墩-C2’C2→52#墩-C1’C1→51#墩-C2’C2→51#墩-C1’C1。
注：x-Cy’Cy表示，x索塔，y号斜拉索，斜拉索编号见图1.1。 调索过程中，监控单位将对关键部位应力进行实时监测，确保主梁和桥塔受力安全；同时监测所调斜拉索前后各二个主梁截面的标高变化，确保成桥状态主梁线形符合设计要求。
注：（具体监测做法见“5.3.6线形监测”）
调索完成后，监控单位对全桥索力和主梁标高进行通测，对索力误差超标的斜拉索进行局部调整，对其进行评价，确保符合设计要求。
5.3.2 模型简介
本模型为理论计算模型，合龙后全桥索力为理论计算索力，整桥刚度为理论刚度。实际调索索力由线形监控单位监控组根据合龙后索 4
力通测结果进行调整。
5.3.3 调索索力计算及对比
采用MIDAS计算拟定调索顺序下各索张拉力，以使索力调整后达到设计要求。
表5.3.3.1-1 斜拉索调索索力张拉值
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采用MIDAS按照拟定的调索顺序进行调索，调索完成后理论索力与设计目标值见最大误差为1.4%。
表5.3.3.1-2 MIDAS理论计算索力与设计目标索力对比
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二期荷载施工完成后，理论索力与设计目标值见最大误差为1.4%。
表5.3.3.1-3 二期荷载完成后计算索力与设计目标索力对比
5.3.4 调索操作工艺 1 单根钢绞线张拉
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每根索的钢绞线均用YDCS160-150千斤顶进行张拉。张拉前需对照千斤顶标定报告仔细核对千斤顶与油压表。然后将作业千斤顶通过油管同ZB2×2-500型电动油泵相连，并空运转三次，排出油管内空气，确认同步。
安装张拉设备顺序为：安装OVM250AT-55张拉撑脚→安装
OVM250AT-55单根张拉撑脚反力板→千斤顶→单孔锚（工具锚）→工具夹片→千斤顶通过高压油管与高压油泵相连→主表与泵油端连接、辅表与出油端连接→检查合格便可开始张拉
OVM250AT-55张拉撑脚及OVM250AT-55单根张拉撑脚反力板的安装：在工作锚板的外侧布设有三个螺栓孔，OVM250AT-55张拉撑脚俩端均有与其相配套的螺纹，将撑脚拧入螺栓孔，其次是OVM250AT-55单根张拉撑脚反力板的安装，反力板。上布设有与工作锚板位臵相同的3个预留孔，将反力板按对应孔位扣于撑脚上，安装配套螺栓，使张拉撑脚与张拉撑脚反力板连接牢固。
工作锚及工作夹片安装：锚垫板上毛刺与混凝土渣需在安装前清除，工作锚应紧贴锚垫板。锚固体系中，工作夹片为2片式，在安装时须与工具夹片区分开，所以工作夹片应利用直径2cm钢管敲紧，并使其外露量一致，端面处于同一平面。在安装完毕后，需量测工作夹片端面至钢绞线末端长度，以之作为测定实际伸长量的最终依据。
限位板及千斤顶安装：限位板安装时须确保限位槽内清洁，保证限位深度，以确保工作夹片能随钢绞线拖出，避免损坏钢绞线或造成不必要的预应力损失。限位板的两面不可装反，孔位须与工作锚一致， 8
与千斤顶之间不得有间隙。
单孔锚（工具锚）及工具夹片安装：工具锚安装在千斤顶后方，将工具锚穿过钢绞线，同时打入工具夹片，打入工具夹片时要注意检查夹片是否平整，工具夹片为3片式，外表面需打蜡以方便退出，内丝须保持清洁，如有磨损应立即更换，以免出现滑丝。
在进行张拉时，采用索力与线形监控（混凝土应力、梁体标高）双控。其中，以索力作为主控指标，混凝土应力、梁体标高作为校核指标。
单根张拉时，要对各张拉要素进行记录，诸如：张拉油压、张拉力、传感器读数、初值油压、测量初值、测量终值等。由于两端对称同时张拉时两边分级升油压，控制在5MPa的同步范围。
2 张拉力的控制方法
梁体标高、索力在挂索过程中是一个渐变过程，因此单根挂索时每根索力也是一变化过程，单根钢绞线索力均匀性控制是平行钢绞线挂索安装的关键，本工程采用等张法控制，操作如下：
1）将压力传感器安装在张拉端上排第2根或第3根钢绞线上，减少PE管对控制索力的影响，控制索力为P传单。
2）后续每根钢绞线的张拉力按压力传感器变化进行控制，索力计算如下：
P传单=P控制+P1+P2+P3+P4(公式5.3.3.1)
P传单：实际单根控制初张力
P控制：监控指令单根控制初张索力
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P1：夹片回缩影响索力（考虑3-5mm）
P2：桥面位移影响索力，位移量由监控提供
P3：索塔位移影响索力，位移量由监控提供。
P4：锚具、混凝土压缩影响索力
3、单根张拉注意事项
1）两端取得联系确认可以张拉后才能进行张拉；
2）两束索的总索力差不大于20t；
3）张拉时操作人员在张拉时要随时敲紧夹片；
4）当张拉到该根钢绞线计算控制应力的100%时，开始手工安装工作夹片，并采用专用工具适当打紧，保证均匀和跟进同步，同时记录此时传感器的显示值以指导下一根钢绞线的张拉；
5）安装夹片时必须保证一致的外露量、平整而且缝隙均匀，高度必须保证达到相应控制量；
6）张拉时油压控制要均衡，在油压达到控制油压时要缓慢进油达到控制油压后保压1分钟，保证油压数值准确。
7）要确认工作夹片安装好后才能卸压。卸压也要均衡进行。卸压完后要检查夹片的锚固质量。
5.3.5 结构安全性验算
1 索塔安全性验算
各张拉工况下，索塔底部应力见表4.3.5.1-1和表4.3.6.1-2，由表可得：调索过程中，索塔全截面受压，最大压应力为-3.72MPa，在规范允许范围内，索塔受力安全。
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表5.3.5.1-1 各张拉工况下1#索塔底部应力（单位：MPa）
表5.3.5.1-2 各张拉工况下2#索塔底部应力（单位：MPa）
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2 主梁安全性验算
各张拉工况下，主梁梁顶最大拉应力为2.70MPa，出现在主跨跨中张拉2-C1’C1索后，考虑到理论的最大拉应力偏大，接近最大容许抗拉强度的0.85倍（2.75 MPa，参见《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005），在调索时在严格按照线形监控方案对各个关键部分监测混凝土的同时，在调至后期几对斜拉索期间，在跨中部位增设100t左右配重，配重布臵参照二期荷载的布臵形式，将主梁梁顶最大拉应力控制在2.0 MPa以下；主梁梁顶最大压应力为-14.45MPa；主梁梁底最小压应力为-0.87MPa，出现在边跨1#块根部截面张拉2-C1’C1索后；主梁梁底最大压应力为-16.75MPa。调索过程中，主梁应力均在规范允许范围内，主梁受力安全。
二期恒载施工完毕后，主跨跨中主梁应力得到很大改善。
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图4.3.5.1-1 张拉2-C1’C1索后（调索完成后），主梁梁顶应力（单位：MPa）
图4.3.5.1-2 张拉2-C1’C1索后（调索完成后），主梁梁底应力（单位：MPa）
3 结论
通过理论计算，按照拟定的顺序和张拉力进行调索，调索完成后索力符合设计要求，调索过程中索塔及主梁受力安全，所以，本调索顺序及张拉力是可行的。
5.3.6 线形监测
调索过程中，严格按规范要求对关键部位（监控部位：主梁边跨跨中、次边跨跨中附近及次边跨根部、主跨四分点附近及主梁根部分别布臵了应力测点，测点布臵见图4.3.6.1-1；桥塔标准段底部布臵应力测点，测点布臵见图4.3.6.1-2）应力进行实时监测，当发现混凝土应力超过设计容许应力时，及时通知斜拉索调索单位停止调索，分析原因后再调整索力，确保主梁和桥塔受力安全；同时监测所调斜
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拉索前后各二个主梁截面（每个截面两个点，共计20个）的标高变化，确保成桥状态主梁线形符合设计要求。
图4.3.6.1-1 主梁、边跨、次边跨监测断面应力计布臵图(单位：
cm)
图4.3.6.1-2 桥塔底部测点布臵图(单位：cm)
5.3.7 减震器、索箍、防水罩等安装
1 紧索成型
1）在安装减震器、索箍的位臵填充1m长得PE钢绞线作假索组成设计索形，用胶带缠绕；
2）缠上防护橡胶；
3）用紧索器按正将整索紧固成设计截面；
2 减震器安装
梁端位臵：
1）在减震器校正钢圈上安装半环挡板；
2）将减震块塞入校正钢圈内，用螺杆对好半环挡板孔位临时固定；
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3）整体推入预埋管内离管口10-15cm；
4）拧紧螺杆压紧减震圈。按内缩外张原理，使内外分别于索体和调整护管壁紧紧想贴；
5）用钢板将减震器校正钢圈与预埋管焊接固定
塔端位臵：
1)将两半式减震块塞入抗滑装臵外口内对好螺栓孔；
2)穿入螺栓，用套筒扳手拧紧螺栓压紧减震块；
3 索箍安装
1)在减震器外口缠上防护橡胶；
2)根据设计截面装上索箍，拧紧螺杆；
4 防水罩安装
1)防水罩采用不锈钢12Cr18Ni9材料制成，防锈性能良好；
2)将防水罩顺索体放下，罩宅预埋管口，通过齿口支承在预埋管上；
3)检查PE管下端端口是否平齐；
4)放下PE管，PE管下端支承防水罩的止口上；
5 塔端钢套管连接装臵安装
1)将PE管放下，拉起套管；
2)连接管上的法兰盘与锚固筒进行连接；
3)钢套管与法兰盘连接；
5.3.8斜拉索防水防腐
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斜拉索是斜拉桥的生命线，索体、锚头防腐需要高度重视，按国家有关标准和OVM250平行钢绞线拉索体系技术标准进行，采用密封浆体材料加强索体锚固性，同时将索体与外界进行隔离，防止雨水、水汽对索体侵蚀，有效防止索体侵蚀，延长索体使用时间。
张拉及调索结束后，在锚头夹片位臵涂满防腐专用油脂，使夹片后外露钢绞线全部被油脂所覆盖。 6 材料与设备
表6.1 材料与设备
7 劳动力组织
表7.1 劳动力组织
8 质量控制
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8.1技术要求
8.1.1在单根张拉过程中，两侧应同时均衡分级进行加载，力求两端伸长值的不均匀值应控制在设计允许范围之内。
8.1.2夹片平整度控制，同一付夹片两片之间的高差控制在3mm以内，不同付之间的高差控制在3mm以内。
8.1.3张拉操作时，油压值差值应小于0.5MPa。
8.1.4单根索间的索力差小于控制索力的1%。
8.1.5不同索间的索力差小于控制索力的2%。
8.1.6实测张拉伸长值与理论伸长值的误差应在±6%以内。
8.2单根张拉过程中的注意事项
8.2.1两端取得联系确认可以张拉后才能进行张拉。
8.2.2张拉时操作人员在张拉时要随时敲紧夹片。
8.2.3当张拉到该根钢绞线计算控制应力的100%时，开始手工安装工作夹片，并采用专用工具适当打紧，保证均匀和跟进同步，同时记录此时传感器的显示值以指导下一根钢绞线张拉。
8.2.4安装夹片时必须保证一致的外露量一致、平整而且缝隙均匀，高度必须保证达到相应控制值。
8.2.5张拉时油压控制要均衡，在油压达到控制油压时要缓慢进油，达到控制油压后要保压1分钟，保证油压数值的准确。
8.2.6要确认工作夹片安装好后才能卸压。卸压也要均衡进行。卸压完后要检查夹片的锚固质量。
9 安全保证措施
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9.1坚持“安全第一，预防为主”的方针，加强安全生产教育，提高安全意识。
9.2健全安全岗位责任制，做到奖罚分明，逐级签订安全生产责任书，明确分工，责任到人，把安全落实到实处。
9.3严格执行各工种《安全技术操作规程》，定期对职工进行考核。
9.4千斤顶操作时前方不许站人，要求端部平整对中。
9.5油泵操作时需缓慢、均速加压和卸压，严禁超压和快速加压。
9.6施工平台搭设要牢固，严防坠物。
9.7锚具起吊、安装时要求起落平稳，注意对锚具的保护。
9.8挂索时确保牵引连接可靠，注意信号配合，索下不许站人。
9.9灌灌油脂时要求接头可靠，保持规定压力但严禁超压，环氧有毒注意劳动保护。
9.10严禁非专业人员擅自操作机械。
9.11 高空作业时不得随意向地面抛掷物品。
9.12脚手架、安全网的搭设要符合安全要求，并要定期检查，维修和保养。
9.13起重机械作业时起重臂下严禁站人。
9.14注意现场设备、材料的防雨和防风，场地不留安全隐患。 10 效益分析
采用本工法施工，投入的设备、人员较少，工序简单，劳动强度低；占用场地小；张拉工艺先进，采用高科技仪器监测索力，能保证 18
索力在允许的误差内；对比传统对称调索少用4套张拉机械设备，调索所需施工人员减少一半。
11 工程实例
11.1佛肇城际桂丹立交特大桥埃塔斜拉桥
结构为一联(75+86+168+86+75)m预应力混凝土双塔双索面斜拉桥，桥长490m，采用塔梁固结、梁墩分设的结构形式。斜拉索采用扇形双索面、钢铰线索，每个索塔共8对斜拉索（共16对），每根拉索由55根φ15.24mm镀锌钢铰线组成，斜拉索布臵在桥面两侧，塔根附近无索区梁长约28m，有索区长约45m，跨中无索区长约22m，塔上竖向索距0.57m，梁上索距6m。待中跨合拢段施工完成、梁体纵向、竖向、横向预应力张拉完成后，采用本工法施工（即斜拉索调索）。本桥已施工完成。。
11.2广州陈村特大桥。
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