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矮塔斜拉桥斜拉索施工工法

一、前言
“矮塔斜拉桥”也称“部分斜拉桥”，介于“斜拉桥”与“体外预应力箱梁桥”之间，起源于日本，在国外发展很快，在国内来说是新桥型。兰州某黄河大桥是国内第二座矮塔部分斜拉桥，某第四工程公司采用等值张拉工艺施工斜拉索，并首次采用了分丝管和抗滑锚新技术，保证了斜拉索的安装精度和施工质量。开发研究的“双塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥施工技术”通过了甘肃省科技厅科技成果鉴定，鉴定意见认为：桥塔索鞍采用分丝管以及抗滑锚施工新技术，为斜拉索使用期的养护和正常换索提供了方便，填补了国内外空白。成果达到国内领先水平。在汾柳高速公路某高架桥3号桥施工中应用该项技术也获得了成功，取得了良好的经济效益和社会效益。综合以上各工程实践形成本工法。
二、工法特点
1.工序简单，施工进度快。
2.施工条件得到了改善，劳动强度低，安全性强。
3.索塔内鞍座采用分丝管，可以实现单根换索。
4.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%。
5.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%。
6.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%。
7.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。
三、适用范围
本工法适用于部分斜拉桥斜拉索安装施工。
四、施工工艺
（一）斜拉索的结构组成
斜拉索由锚固段+过渡段+自由段+塔柱内段+自由段+过渡段+锚固段组成（见图1）。
1.锚固段+过渡段组成——锚板、夹片、螺母、支撑筒、锚垫板、预埋钢导管、减震器、防松装置。
2.自由段组成——带PE护套的钢绞线、索夹、HDPE套管。
3.塔柱内段组成——分丝管、塔内锚垫板、抗滑锚。
循环44次
防 护
灌注防腐油脂
附件安装
整体张拉
防松装置安装
紧索、减振器安装
单根挂索张拉
整圆式HDPE套管吊装
调整护管、内管安装
锚具安装定位
下料及运输、HDPE管焊接
图2 斜拉索施工工艺流程图
（二）工艺流程
斜拉索施工工艺流程见图2。
（三）操作要点
⒈下料
⑴下料长度
按下列公式列表计算出无应力状态下的自由长度，校核无误后供下料人员执行。
下料长度计算公式为：
L=L0+2L1+2A1+L2+L3+5cm
式中：
L0——边、中跨锚固端锚垫板面之间的中心线长度（包括塔上的弧长）；
A1——锚固端锚具外露长度；
L1——锚固端张拉时工作长度；
L2——HDPE管及不锈钢管限制的垂度影响长度；
L3——塔梁施工误差的影响长度。
拉索两端PE护套剥除长度：
L剥=L1 +A2+△L-L4+5cm
式中：
A2——为锚具结构长度；
ΔL——为该索张拉伸长量；
L4——为HDPE护套进入锚具内的长度；
⑵下料
在铺垫好的下料场地进行下料，沿线量好所需的下料长度，校核后用红色油漆作好标记。然后将绞线盘放置到放线基架上，人工将钢绞线拉至标志点确定无误后切断。
⑶剥皮
钢绞线下料完成后，须将钢绞线两端的PE护套按计算好的长度剥除掉。剥皮时应注意刀具或锯片不能伤及钢绞线。
⑷镦头
钢绞线清洗完成后，将钢绞线两端打散后在端头约10cm长度范围内切掉外圈6丝，保留中心丝，然后将钢绞线复原。用镦头器将两端的中心丝镦成半圆形镦头，以供挂索牵引用。
⒉HDPE套管焊接
HDPE管的连接采用HDPE焊机对焊连接。HDPE管焊接前，将管材放置于夹紧装置内并将之夹紧，在压力作用下用平行机动旋刀削平两个管材的被焊端面，并保证这两个端面相互接触时满足规范要求。在焊接过程中，特别注意的是焊接压力必须保持至焊缝完全冷却硬化后才能解除。
⒊搭设施工平台
塔外平台：用钢管脚手架或碗口支架在索塔四周搭设所需的施工平台。
梁下平台：主梁采用悬臂浇筑法施工，可直接利用施工用的挂篮进行斜拉索安装、调索等工作。但要在箱梁的顶板上预留孔，以便成桥后进行灌注防腐油脂。
⒋锚固端锚具安装
梁下锚固端锚具安装前应检查锚孔，使之保持清洁无污物。由于锚具是由多个零部件组成，出厂前已做调整，运到工地后不得随意拧动密封装置及定位螺栓。锚具安装就位时要求：
⑴安装前锚具的锚孔均应事先编上对应孔号，注意注浆孔在下，排气孔在上；
⑵中、边跨锚具组装件的锚板中心线必须严格保持在同一垂直平面内；
⑶锚板的中心线与承压板（锚垫板）的中心线应力求保持一致，两者偏差不得超过5mm；
⑷中、边跨锚板的相应锚孔也必须相互对齐，以确保各绞线的平行性。
⒌HDPE套管吊装
套管安装前，应先将套管按给定的长度把两端锯好并刨平，然后将之运至中央分隔带。安装时，在套管内穿上一根临时辅助索并将辅助索的一端穿入锚具，同时在套管端头附近一定位置上装上专用管夹，然后用卷扬机将套管一端吊至塔上分丝管管口附近；此时将辅助索分别先后穿过索鞍、塔另一端的套管、锚具，同样方法将套管起吊至塔上管口附近，最后在锚具两端同时用YDCS160-150千斤顶预紧后，索塔两端套管就固定地落在辅助索上（见图3）。
⒍单根挂索
⑴挂索顺序
由于该拉索钢绞线在塔上分丝管内是分层排列的(如图4)，为便于施工，该拉索的挂索顺序为自上排到下排单根挂索、张拉。
⑵单根挂索工艺
示意图见图5，工艺流程见图6。
⑶施工要点
钢绞线准备
穿边跨锚具牵引索
安装边跨穿束器
穿边跨下端锚具
挂索结束
卷扬机钢丝绳穿过套管和索鞍
穿中跨锚具牵引索
穿中、边跨锚具牵引钢丝
安装中跨穿束器
穿中跨下端锚具
牵引边跨端钢绞线穿过套管及索鞍
循
环30次
图6 单根挂索工艺流程图
挂索前，梁下锚具的锚孔内穿上Φ5的牵引钢丝，随后用该牵引丝牵引出带穿束器的牵引钢丝绳至桥面管口。桥面工作人员将盘上钢绞线的一端与从HDPE套管和分丝管内穿下来的牵引钢丝绳相连接,确认牢固后，开动卷扬机直到将该束钢绞线从另一HDPE套管引出并达到规定工作长度，撤出牵引钢丝绳，将绞线与锚头处牵引钢丝绳连接牢固后，将该端绞线向锚具内推送，直至该端绞线穿出锚孔达到规定工作长度,撤出牵引钢丝绳，装上临时工作夹片,用专用打紧器打紧锚固。使用同样的方法将钢绞线的另一端穿过该端的锚具，装上临时工作夹片，用专用打紧器打紧锚固。
⒎单根张拉
示意图见图7。
⑴索力均匀性控制
为使每根索中各钢绞线索力均匀，采用等值张拉法进行张拉，即每根绞线的拉力以控制压力表读数为准，传感器读数进行监测。挂索前，将监测传感器安装在底排的一根钢绞线上，安装顺序为：支座垫板——传感器——单孔工作锚。随后张拉时每根绞线的拉力是按当时传感器的显示值进行控制的。
⑵单根钢绞线张拉
每根斜拉索各钢绞线均逐根挂索并随即用YDCS160-150型千斤顶进行张拉。加载至10%张拉力时测初始伸长值；用压力表读数控制最后一级张拉力，使之跟传感器显示值相对应时，测终止伸长值。装上工作夹片，适度打紧，卸压至2Mpa时测回缩值后锚固。在挂索结束后，即拆出传感器，并按传感器拆除时的读数再进行补张拉。在单根张拉完每一根钢绞线后，应严格控制工作夹片的跟进平整度。在单根张拉过程中，中、边跨应同时均衡进行加载，力求两端伸长值的不均匀值应控制在设计允许范围之内。
⒏安装防松装置
安装防松装置前，应先用手提砂轮机切除锚头两端的多余钢绞线，并预留一定的长度。要求钢绞线端头平整、光滑。装上防松装置，拧紧锁紧螺母，以便有效地防止夹片松动。
⒐整体张拉
见图9。
⑴张拉机具
采用穿心式YDCS5500-100型千斤顶进行整体张拉。
⑵张拉系统安装
整体张拉系统主要包括千斤顶、撑脚、连接套、张拉杆和张拉螺母。
张拉系统部件质量大，安装时借助手拉葫芦将连接套、张拉杆、撑脚、千斤顶、张拉螺母依次安装。安装时应保证系统整体的对中性满足整体张拉要求。
⑶张拉力
①初始张拉力的确定
在整体张拉过程中，
当锚具螺母松动脱离锚垫板时以此作为其伸长值的测量起始点，即此时油表读数对应的张拉力作为整体张拉的初始拉力。
②确定整体张拉的初始动力后，以此为起点分级加载张拉至设计要求的（超）张拉值，测量各级伸长值。并通知监控单位测试索力，确认索力在允许误差内，旋紧螺母，千斤顶回油，锚固。
③在张拉过程中，中、边跨要求做到同步对称，相互呼应，级差应控制在设计允许范围之内。
⒑紧索、减振器及抗滑锚安装（按工艺流程顺序是否不该排在10）
紧索时，在管口索夹旁相应的位置装上一套紧索器将索收紧，使之成型至设计断面。将组装好的减振器推入主梁预埋钢导管内，直至减振器端面与钢导管管口持平，再收紧螺栓，按内缩外涨原理，使其内外分别与索体和钢导管管壁紧紧相贴。用锲紧千斤顶将锲块顶入抗滑锚的锲槽内。
⒒ 锚头保护
锚头保护罩内灌注防腐油脂，可使绞线防腐，又可为以后换索提供方便。
（以上各部分要突出操作要点，即如何做），
五、主要机具设备（见表1）
六、劳动组织（见表2）
七、质量控制
（一）质量标准
1.每根斜拉索各股钢绞线的离散误差不大于理论值的±3%。
2.一对斜拉索间的差值不大于理论值的±1%。
3.斜拉索整索索力误差不大于理论值的±2%。
（二）控制措施

表1 机具设备

序号
规格及名称
单位
数量
用途
1
YDCS5500-100千斤顶
套
4
整体张拉
2
YLDS160-150千斤顶
套
4
单根张拉
3
LD10墩头器
台
2
钢绞线墩头以便穿索
4
HDPE焊机
台
1
HDPE套管焊接
5
环氧注浆泵
套
2
灌注防腐油脂
6
无线对讲机
台
10
对称、同步张拉对话
7
传感器
套
8
测试单根钢绞线索力
8
JMM-268动测仪
套
2
测试整索索力
9
切割机
台
4
切割钢绞线
10
电焊机
台
2
焊接锚具等
11
2t卷扬机
台
4
牵引钢绞线
12
2t葫芦
台
8
HDPE套管吊装

表2 劳动组织

序号
工种
人数
主要工作内容
1
技术员
4
负责斜拉索定位、索力测试等技术工作
2
安全员
1
负责斜拉索安装安全工作
3
质检员
2
负责斜拉索施工的全部质量检查
4
起重工
4
负责开动卷扬机
5
焊工
2
负责锚具定位等其它焊接工作
6
专业操作工人
10
负责操作千斤顶、HDPE套管焊机等
7
普通工人
15
负责下料、挂索、张拉等工作

八、安全保证措施
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。
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。
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。
4.千斤顶操作时前方不许站人，要求端部平整对中。
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。
6.施工平台搭设要牢固，严防坠物。
7.锚具起吊、安装时要求起落平稳，注意对锚具的保护。
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.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。
10.HDPE套管安装时确保牵引连接可靠，注意信号配合，严防坠物。
11.严禁非专业人员擅自操作机械。
12.高空作业时不得随意向地面抛掷物品。
13.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。
14.起重机械作业时起重臂下严禁站人。
15.注意现场设备、材料的防雨和防风，场地不留安全隐患。
九、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，在已经做好的桥面上即可下料、剥皮等；张拉工艺先进，采用高科技仪器监测索力，能保证索力在允许的误差内；斜拉索安装速度较快，一对斜拉索挂索、张拉只需要约10小时。
十、工程实例
1. 兰州市某黄河大桥
结构为一联(81.2+136+81.2)m预应力混凝土双塔单索面部分斜拉桥，桥长300m，采用塔梁固结、梁墩分设的结构形式。斜拉索采用扇形单索面、钢铰线索，每根拉索由31根φ15.24mm镀锌钢铰线组成，斜拉索布置在中央分隔带上，塔根附近无索区梁长约46m，有索区长约36m，跨中无索区长约18m，塔上竖向索距0.7m，梁上索距4.0m。施工到有斜拉索的梁段时，张拉纵向预应力钢筋后再安装斜拉索，采用本工法施工，斜拉索一次张拉到位，不进行后期索力的调整。索力测试表明拉索索力的变化及张拉力符合设计要求。该桥已与2003年底通车运营。
2. 山西省汾柳高速公路某高架桥

　　书中横卧着整个过去的灵魂——卡莱尔

　　人的影响短暂而微弱，书的影响则广泛而深远——普希金

　　人离开了书，如同离开空气一样不能生活——科洛廖夫

　　书不仅是生活，而且是现在、过去和未来文化生活的源泉 ——库法耶夫

　　书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者———史美尔斯

　　书籍便是这种改造灵魂的工具。人类所需要的，是富有启发性的养料。而阅读，则正是这种养料———雨果