对悬索桥施工方法的探讨

对悬索桥施工方法的探讨

摘 要本文针对张家口市建设桥的施工进行了研究,对悬索桥的施工方法和工艺进行了较为系统的研究,对类似工程起到了良好的借鉴作用。

关键词锚锭;悬索桥;缆索

1工程实例

重建于2009年的张家口建设桥为平行双索面三跨自锚式悬索桥,主桥为钢结构。桥梁全长150m,其中主跨跨径90m,两边边跨径为30m,桥宽36m。桥梁上部结构采用纵向漂浮,横向固定的支承体系。索塔为门式钢筋混凝土框架结构,桥面以上高24.003m,全高33m。主缆由多股平行钢丝成品索组成,中跨和边跨主缆成桥线形为二次抛物线。工程总投资8700万元,为张家口市向国庆献礼项目。

2施工方法

悬索桥是以受拉缆索为主要承重构件的桥梁结构。它由缆索(主缆)、桥塔(包括基础)、锚碇、吊杆、加劲梁、鞍座及桥面结构等几部分组成(见图1)。当设计的桥梁跨度在600m及以上时,悬索桥总是优先考虑的桥型。其主要原因是以高强钢丝作为主要承拉结构的悬索桥具有跨越能力大、受力合理、最能发挥材料强度等特点,同时还以整体造型流畅美观和施工安全快捷等优势而备受推崇。悬索桥的施工主要包括锚碇、塔、主缆和加劲梁的制作和安装。

图1 悬索桥主要构造

2.1锚锭施工

锚碇是主缆锚固装置的总称,由混凝土锚块(含钢筋)(图2)及支架、锚杆、鞍座(散索鞍)等组成。主缆由空中成束的形式进入锚碇,要经过一系列转向、展开、锚固的构件。锚碇是悬索桥的主要承重构件,要抵抗来自主缆的拉力,并传递给地基。锚碇分为重力式锚碇和隧道式锚碇两种结构形式。重力式锚碇依靠其巨大的重力来抵抗主缆拉力,重力式锚块混凝土的浇筑,应按大体积混凝土浇筑。施工中要根据施工单位的能力和温度控制的可行方案对锚块进行平面分仓和竖向分层。施工时按照一定的施工计划分期分层进行浇筑和养护。注意水热化影响,防止锚块产生裂缝。锚块与基础应形成整体。隧道式锚碇的锚体嵌入岩体内,借助基岩抵抗主缆拉力,只适合在基岩坚实完整的地区,其他情况下多采用重力式锚碇。隧道式锚块应注意隧道中排水和防水措施。

图2 锚块(a)重力式;(b)隧道式

2.2塔的施工

塔从材料上来分有钢筋混凝土塔和钢塔。钢筋混凝土塔的施工与斜拉桥塔身基本相同,下面主要介绍钢塔的施工。钢塔在国外的悬索桥中采用的较多,代表性的施工方法有浮吊、塔吊和爬升式吊机三种。1)浮吊法。将索塔整体一次起吊的大体积架设方法。该法可缩短工期,但对应于浮吊起重能力、起吊高度有限,使用时以80m以下高度的索塔为宜。2)塔吊法。在索塔旁安装与索塔完全的塔吊进行索塔架设。由于索塔上不安装施工用的机械设备,因而施工方便,施工精度易于控制,但塔吊及其基础费用较高。3)爬升式吊机法。先在已架设部分的塔柱上安装导轨,使用可沿导轨爬升的吊机吊装的架设方法。这种方法爬升式吊机支持在索塔塔柱上,索塔铅垂度的控制需要较高的技术,但吊机本身较轻,又可用于其他桥梁的施工,现已成为大跨度悬索桥索塔施工的主要方法。

2.3主缆架设

锚碇、索塔工程完成,主索鞍和散索鞍安装就位,牵引系统建立后,就可以进行主缆架设工作了。主缆的架设方法主要有空中送丝法(AS法)和预制索股法(PWS法)。

1)空中送丝法。空中送丝法架设主缆,是多数悬索桥采用的方法。在桥两岸的塔和锚碇等都已安装就绪后,沿主缆设计位置,在两岸锚碇之间布置一无端牵引绳,亦即将牵引绳的端头连接起来,形成从这一岸到那岸的长绳圈。将送丝轮扣牢在这牵引绳上某处,且将缠满钢丝的卷筒放在一岸的锚碇旁,从卷筒中抽出钢丝头,暂时固定在某靴跟(可编号为A)处,称这一钢丝头为“死头”。继续将钢丝向外抽,由死头、送丝轮和卷筒将正在输送的丝形成一个钢丝套圈,用动力机驱动牵引绳,于是送丝轮就带着钢丝送向对岸。在钢丝套圈送到对岸时,就用人工将套圈从送丝轮上取下,套到其对应的靴跟(可编号为A′)上。随着牵引绳的驱动,送丝轮又被带回这岸,取下套圈套在靴跟A上,然后又送向对岸。这样进行上百次,当其套在两岸对应靴跟(例如A及A′)的丝数达到一丝股钢丝的设计数目时,就将钢丝“活头”剪断,并将该“活头”同上述暂时固定的“死头”用钢丝连接器连起来。这样,一根丝股的空中编制就完成了。空中送丝法的主缆每—丝股内的钢丝根数约为300～600根,再将这种丝股配置成六角形或矩形并挤紧而成为圆形。它的施工必须设置脚手架(猫道)、配备送丝设备,还需有稳定送丝的配套措施。为使主缆各钢丝均匀受力,必须对钢丝长度和丝股长度分别进行调整.还应及时进行紧缆和缠丝。

2)预制股束法。预制股束法架设主缆的过程同空中送丝法一样,但在猫道之上要设置导向滚轮以支持绳股。在猫道上设置若干个猫道门架安装门架导轮组,牵引索通过这些导轮组,牵引索上固接有拽拉器,通过主(副)牵引卷样机的收(放)索或放(收)索,使牵引索带动拽拉器穿过导轮组作往复运动。索股前端与拽拉器相连,使得索股前端约30m长悬在空中运行,而索股后段则支承在导向滚轮上运行。此方式也可用于空中送丝法。

2.4加劲梁架设

加劲梁架设的主要工具是缆载起重机。架设顺序可以从主跨跨中开始,向桥塔方向逐段吊装;也可以从桥塔开始,向主跨跨中及边跨岸边前进。但无论采用哪种方法,均须考虑主缆变形对加劲梁线形的影响。故有条件时,应在施工前进行加径梁施工架设的模型试验,或架设过程模拟计算。根据试验和计算资料,验证或修正架设工序。一般在架设中,为使加劲梁的线形能适应主缆变形,架上的各加劲梁节段之间不应马上作刚性连接,可在上弦先做铰结连接、而下弦暂不连接。待某一区段或全桥加劲梁吊装完毕,再做永久性连接。加劲梁从跨中向两侧主塔推进的施工步骤,一般分为下面4个阶段:1)加劲梁从主跨开始架设,当加劲梁节段的重量逐段加于主缆时,梁的线形不断变化,所以,梁段间的连接仅作施工临时连接,以避免梁段的过分变形。2)边跨加劲梁开始架设,以减小塔顶水平位移。3)主塔处加劲梁段合龙。4)加劲梁所有接头封合。此架设方法的优点是:靠近塔柱的梁段,是主缆在最终线形时就位的。这样,靠近塔柱的吊索索夹的最后夹紧,可推迟到塔顶处主缆仅留有很小永久角变阶段。所以能减小主缆内的次应力。加劲梁从主塔向跨中架设方法的施工步骤正好与上述相反。这种架设方法有利于施工操作和管理。这是因为此方法中施工操作和管理人员可以很方便地从塔墩到桥面,而且可很方便地在主跨和边跨之间往返。而在前述方法中,工作人员必须通过狭窄的空中猫道才能到达主跨内已被架好的加劲梁段上。

3工程总结

本文针对张家口市建设桥的施工过程进行了研究,尤其是对这种大跨度的悬索桥的施工方法和工艺进行了较为系统的分析,对类似工程起到了良好的借鉴作用。

参考文献

[1]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2]邵旭东.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2007.