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摘要：本文介绍虎门二桥坭洲水道桥索夹与吊索安装施工技术工艺。索夹安装介绍索夹位置的放样、索夹的搬运及索夹螺栓的轴力管理等内容；吊索安装介绍吊索的出厂包装、吊索在工地展开及安装过程中应注意的一些问题。
关键词：坭洲水道桥；索夹；吊索；安装；施工技术
1工程概况
虎门二桥坭洲水道桥采用548+1688m 双跨钢箱梁悬索桥，跨越坭洲水道（狮子洋），桥位处河面宽度约2300m。坭洲水道桥为不对称双跨吊悬索桥结构，其中西边跨和中跨主缆设计有吊索和索夹，东边跨主缆仅有索夹。全桥共有索夹426套，吊索698条，索夹最大单件重6.5t；最长吊索达184m，最大重量约8.3t。
图1：坭洲水道桥总体布置图
2索夹安装
2.1索夹测量放样
索夹安装前先要实测中跨和边跨的跨径，根据实测的结果，将跨径误差在放样时平均分摊在每两个索夹之间。索夹定位通过放样主缆顶线处的吊索中心位置来控制，采用测距法进行。空缆和成桥状态的吊索中心位置的对应关系由设计方提供后实施。
放样在温度稳定的夜间进行，利用全站仪在主缆天顶线上放样出主缆中心线与吊索中心线交点在空缆状态下垂直投影到天顶线点，利用该点用直尺和水平尺在主缆两测标出索夹边缘位置，并在索夹两端做好保护标记。索夹位置必须控制在设计允许误差10mm范围内。
天顶线交点到索夹两端的距离，不同位置的索夹数值不同，且同型号的索夹其数值也有差别，如图2所示：
图2：索夹放样数据计算状态示意图
A、B为索夹销轴中心线与主线轴线交叉点到索夹两端的距离（同一索夹A、B为常数）；
α为空缆状态下索夹位置的水平倾角；
R为空缆半径；
索夹放样时，首先放出天顶线，而天顶线随温度的变化而变化，故索夹放样应选择夜间气温相对稳定的时段进行。通过对主缆的温度进行昼夜观测，找出温度变化相对稳定的时段，放样时间就选择在这一时段。
当主缆线形定型后，白天沿主缆的曲线把索夹的粗略位置在主缆上作临时标记。夜间，在空缆状态下把临时标记作为参考进行索夹正确位置的放样。由于高空作业，工作场面狭小，拟采用全站仪的红外线测距法。另外，索夹中心里程是根据特定的结构状态计算出来的，在实际操作时，结构的实际状态与计算采用的状态存在一定误差，因此在放样时，必须进行修正。
2.1索夹安装
索夹安装主要工序有：索夹运输、索夹构件安装、螺栓轴力导入等。
1）索夹运输
索夹在地面采用汽车吊和平板车运输至塔底施工平台，再利用塔吊将索夹转运输至塔顶施工平台，主缆上方运输采用缆索吊天车。
图3：缆索吊天车构造
缆索吊天车主要由钢结构支架和滑轮组成，天车高度约1m，纵向长度约2.3m，滑轮轴线宽度为3.8m（门架承重绳间距），单个天车重量约616kg。
主缆紧缆完成后索夹安装前，重新调整门架承重绳线形，以保证在索夹运输期间不碰到成形主缆。缆索吊天车利用塔区塔吊安装在门架承重绳上（正式缆施工前完成），连接塔顶卷扬机作为缆车动力系统，即完成缆索天车安装。
2）索夹构件安装
索夹安装顺序需按照钢箱梁吊装顺序进行，总体上中跨由跨中向塔侧安装，边跨侧由锚碇向塔方向安装。不同位置的索夹采用不同的安装方法：在考虑塔柱塔吊能覆盖到的范围内，直接采用塔吊安装效率最高，在其他位置利用缆索吊天车安装。索夹安装时要仔细检查索夹编号，与设计位置对应，如索夹遇到紧缆所采用的钢带，在安装前应解除钢带。
索夹安装前，成型主缆一般横径会大于竖径，而索夹结构为上下对合形式，直接安装可能会比较困难。为确保索夹能正确对合，减小横径和竖径不统一的影响，需采用工装夹具对主缆两个侧面施加一定的预压力，使得主缆在两个方向的直径趋近一致。索夹安装工装夹具如图3所示：
图4： 索夹安装工装夹具
现场施工时，在索夹安装位置外侧约20cm左右安装两个工装夹具。夹具左右对合后，通过千斤顶（或手拉葫芦提供）施加压力，使主缆横径小于索夹横径988（西边跨999）mm。然后利用缆索吊或者塔吊将索夹运输至安装位置处的猫道面层上，先吊装上半部分，再吊装下半部分，穿好螺栓，人工预紧后，精确调整索夹位置进行索夹对合，对合过程中要特别注意防止主缆索股钢丝进入索夹对合缝内，应使索夹两个对合缝宽度均匀，确认无误后再利用专用螺杆千斤顶张拉。
3）索夹螺栓紧固
因索夹螺杆紧固是分次完成的，存在预紧力过程损失问题，所以应针对不同类型索夹的螺栓数量具体确定螺栓张拉顺序。其总体原则为：中间向两边，对称进行。
根据索夹螺栓的排数（每排2根螺栓）分类，分别有2排、3排、4排、5排、6排、7排、8排、14排、16排共10中类型。具体张拉顺序如下：
①螺栓为2排的索夹一次同时张拉；
②螺栓为3排的索夹先张拉两端排，再张拉中间排；
③螺栓为4排的索夹张拉顺序为：第1、3排→第2、4排；
④螺栓为5排的索夹的张拉顺序为：第3排→第2、4排→第1、5排；
⑤螺栓为6排的索夹的张拉顺序为：第2、4排→第3、5排→第1、6排；
⑥螺栓为7排的索夹的张拉顺序为：第4排→第3、5排→第2、6排→第1、7排；
⑦螺栓为8排的索夹的张拉顺序为：第3、5排→第4、6排→第2、6排→第2、7排→第1、8排；
⑧螺栓为14排的索夹的张拉顺序为：第6、8排→第7、9排→第5、10排→第4、11排→第3、12排→第2、13排→第1、14排；
⑧螺栓为16排的索夹的张拉顺序为：第7、9排→第8、10排→第6、11排→第5、12排→第4、13排→第3、14排→第2、15排→第1、16排；
本桥索夹螺杆有两种规格，安装夹紧力分别为：螺纹尺寸为MJ45×3，紧固力为705kN；螺纹尺寸为MJ56×3，紧固力为1124kN。
索夹安装到位，及时用螺栓液压拉伸器对螺杆导入轴力。螺栓液压拉伸器具有精度高、张拉速度快，同步性好，使用方便、适用性强等优点。
图5： 螺栓液压拉伸器
张拉索夹螺杆时，采用分级循环紧固的方法，消除后张螺杆引起的先张螺杆力的损失。索夹安装时，进行第一次螺栓轴力导入；第二次为钢箱梁吊装完成时；第三次为主缆防护时；第四次为桥面铺装时；第五次为桥面铺装及附属设施完成后螺栓终紧。同一索夹处，2台及4台螺栓拉伸器同时张拉索夹螺杆时，控制各拉伸器的轴力导入同步。
在每次主缆加载后，以及极端天气前后，均对索夹连接螺栓进行复查，发现轴力下降超过30%时，及时张拉螺栓，使轴力达到设计规定值，确保施工安全。
4）特殊索夹安装
本项目特殊索夹主要有两类。
①锥形索夹：主缆与索塔、锚室前墙连接部位采用锥形索夹，锥形索夹直径随着里程改变，沿主缆方向有1：100坡度；
②靠近主索鞍的无吊索索夹，由于进入索鞍后的主缆直径变大，导致索夹安装困难。
针对这两类特殊索夹安装，一般是考虑在紧缆阶段就提前安装，利用紧缆机正式紧缆时强大的压力，使主缆直径减小至索夹可容纳的范围。避免了在紧缆施工完成后安装索夹，因主缆回弹直径增大，导致索夹无法对合。
3吊索安装
3.1吊索运输
中跨吊索长度范围为3.567m~184.179m，吊索长度从中跨跨中处向东、西主塔处逐步增加。边跨吊索长度范围为12.35m~183.525m，吊索长度从过渡墩处向西塔处逐步增加。
吊索运输就位综合考虑吊索长度以及尽量减小对航道的影响，分为两种类型：
第一类运输就位：陆上运输→施工现场→猫道→缆索吊天车→安装位置。
第一类运输方式针对中跨跨中一定范围的短吊索，短吊索使用缆索吊天车运输具备便利性和可操作性，同时又可避免对其下主航道通航的影响。
第二类运输就位：水上运输→吊点下方→卷扬机绳垂直提升吊索→安装位置。
第二类运输方式针对中跨跨中范围短吊索之外的长吊索以及西边跨所有吊索。长吊索采用缆索吊天车运输不便，且中跨长吊索的起吊点大部分不位于主航道上，对航道的影响相对较小；在西边跨，所有吊索的起吊点下均为水域，且无船只通行。
1）第一类吊索运输
①用载重汽车把吊索从制索厂搬运到塔根部。
②在塔底将吊索从索盘中抽出，使两锚头都外露，并重新逐根捆绑好。
③用塔吊把吊索吊至靠近主塔中跨侧的猫道上。
④将吊索下锚头（与钢箱梁连接）与前移运天车上手拉葫芦相连，并将反拉卷扬机与前移运天车相连。
⑤控制反拉卷扬机，使下锚头端缓慢下滑，当吊索全部拉直后，反拉卷扬机制动，将吊索上锚头（与索夹连接）与后移运天车相连，并将后移运天车与反拉卷扬机相连，使前后移运天车在移动过程中始终保持相同距离。当吊索因为长度较大，中间垂度较大时，在缆索吊天车承重绳上设置临时吊环（吊环与吊索固定，与缆索吊天车承重绳之间可滑动，吊环个数根据吊索长度确定），使吊索不因为垂度过大与主缆和猫道接触。
⑥同时启动左右反拉卷扬机，使吊索依靠自身重力下滑至架设位置，当重力不能使吊索下滑时，用人工牵引。
⑦在牵引过程中，派专人进行监护，防止吊索落在猫道面层和主缆上，以免擦伤吊索。
吊索在猫道上运输示意图如下所示：
图7： 吊索从驳船起吊运输示意图
3.2吊索安装
①吊索安装顺序为：中跨从跨中向两侧塔顶方向进行安装，边跨从锚碇向塔顶方向。安装前安装部位吊索正下方猫道面网开孔；
②对于第一类运输就位的吊索，前缆索吊天车到达吊索安装位置时，解除吊索下锚头与前缆索吊天车之间的连接，再将吊索下锚头穿下猫道面网开孔处，同时在开孔处边缘设一个滚轮方便吊索缓缓下坠，后缆索吊天车继续下滑，直至到达安装位置，利用手拉葫芦和小型机具，将吊索上锚头的连接耳板与索夹销孔对中，插入销轴连接，然后解除吊索与缆索吊天车之间的连接，吊索即安装完成；
③对于第二类运输就位的吊索，利用手拉葫芦和卷扬机，将吊索上锚头的连接耳板与索夹销孔对中，插入销轴连接，然后解除吊索与卷扬机之间的连接，吊索即安装完成；
④限位吊索安装：本项目每条主缆在西边跨和过渡墩之间设置3条限位吊索。限位吊索的运输和安装方式与普通吊索一致，不同之处是在限位吊索下端穿过过渡墩预留孔后，需进行张拉，具体张拉时机和张拉力待监控指令出具后实施。
3.3减振架及阻尼器安装
根据设计要求，对于悬吊长度超过20m 的吊索设置减振架，每增加60m增设一道减振架。具体位置可以通过在吊索安装前在吊索上将减振架位置作出明显标记的方式进行定位。待钢箱梁吊装完毕后进，通过塔顶12T 卷扬机下放吊篮作为人员操作平台，安装吊索减振架。
根据设计要求，对于悬吊长度超过80m 的吊索，需在吊索端部设置阻尼器。阻尼器安装需在钢箱梁和防撞栏安装完成后方能安装，届时可在桥面直接施工，安装条件较好。
3.4索夹及吊索安装质量要求
①螺栓紧固设备应事先标定，按设计和有关技术规范要求分阶段检查螺杆中的拉力，并予补紧。
②螺杆孔、上下索夹缝隙及其端部接合处和主缆缠丝处必须用合格的密封材料填实，确保螺杆被密封材料环绕并与主缆钢丝隔开。密封前螺杆孔里须清除水份，保持干燥。
③锚头锁定装置须牢固。
④工地涂装用防护材料必须符合设计和有关技术规范要求，涂装前索夹和锚头表面应按设计要求进行处理，达到要求后方可进行涂装防护施工。
⑤索夹密封良好。
⑥索夹螺栓端头长度均匀，螺牙保护完好。
⑦吊索顺直无扭转现象。
⑧吊索及索夹的防护完好，无划伤、擦痕、断裂、裂纹等缺陷。
⑨索夹及吊索安装质量控制指标：
表：1 索夹和吊索安装实测项目
4结束语
坭洲水道桥索夹与吊索的安装，采取了一些新工艺，而且都非常成功，推广分享出去，在以后的悬索桥中得以更好的运用和借鉴。
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50—2011.
[2]《公路交通安全设施施工技术规程》JTG F71-2006.
[3]《公路工程施工安全技术规范》JTG F90-2015.
[4]《工程测量规范》GB 50026-2016.
[5]《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004.
[6]《虎门二桥工程创优质量标准标准》、《虎门二桥专用施工技术规范》、《虎门二桥项目管理手册》.
论文作者:徐希揆
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第22期
论文发表时间:2019/5/24
标签：吊索论文; 螺栓论文; 天车论文; 缆索论文; 位置论文; 卷扬机论文; 螺杆论文; 《建筑细部》2018年第22期论文;