王家河特大桥斜拉索挂索施工技术应用

时间：2024-07-28

唐燕华，尹明，王小勇，赵干明

(柳州欧维姆工程有限公司柳州市 545600)

1 项目概况

合同高速公路是陕西省政府确定的首个交通基础设施PPP项目，高速公路建成后将极大改善渭南北交通状况。其中王家河特大桥位于陕西第二大城市铜川市王益区的王家河村附近。该桥梁全长2030m，其中主桥为五塔六跨预应力矮塔斜拉桥。主跨为230m共4跨，主墩采用实心墩，整体是八边形，最大墩高为144m。墩柱、梁、索塔最高188.5m，主梁采用悬臂挂篮施工。

图1 王家河特大桥效果图

斜拉索为中央双索面，双排布置在中央分隔带上，每个主塔布设15对拉索，拉索规格为15.2-43，全桥共150根拉索，其中最长拉索为217m。拉索钢绞线用量约为1130t，采用环氧喷涂无粘结筋，拉索护套管是双螺旋线抗风雨激震PE管。

矮塔斜拉索第六代构造图见图2。

图2 矮塔斜拉索第六代构造图

2 斜拉索安装施工工艺

斜拉索是斜拉桥中对主梁起弹性支承作用的重要索力构件[1]。所以良好的施工工艺是保证斜拉桥施工质量的关键。

挂索工艺流程如图3。

图3 施工工艺流程图

3 按施工顺序准备各个重要的工作面

矮塔斜拉索挂索需要做好准备工作:矮塔穿索机，油泵，放线盘吊装到位，塔外平台，梁下平台搭建,PE管焊接完成。

3.1 机具就位

斜拉索为中央双索面，双排布置在中央分隔带上。两平行的预埋管有1m的距离，所以穿索机就布置在中间处。张拉油泵放置在靠近桥面悬臂端，方便油管连接梁下平台的千斤顶。梁下的千斤顶连接好油管，试机查看千斤顶工作是否正常。放索盘放在桥面上，尽量靠近管口。整盘钢绞线用塔吊装进放索盘。

3.2 平台的搭建

平台搭建主要是塔外平台和梁下平台的搭建。塔外平台在塔的两边利用脚手架从桥面搭建到分丝管高度的平台。梁下平台相对简单，挂蓝移摸后，待钢筋工扎好模板、钢筋，即可搭梁下平台。

3.3 配件安装

把减震器的零件圆筒和防水罩放在管口，穿钢绞线的时候就得把他们穿上。接着是锚具的安装，把锚具的螺母旋出来，然后用钢丝绳栓住锚具，把锚具从桥面预埋管口慢慢下放到梁下预埋管口，锚具螺纹段露出管口一定长度后，再把先前扭出来的螺母用绳子掉到梁下平台，然后由梁下平台的人员再把螺母扭进锚具，拉紧钢丝绳，螺母紧贴锚垫板。扭正锚板孔，确保两端梁下的锚具孔位一一对应，为穿索正确提供保障；然后安装张拉支架和蜂窝板在锚板上面。特别注意的是，锚板上张拉支架的4根杆子一定要安装好，如果一个杆子安装倾斜，其他三个再张拉钢绞线就会容易折断，存在安全隐患。

3.4 HDPE护套管焊接

3.4.1焊接长度控制

L焊=L0-L6-A5-L7-L8-L9/2+L10

式中：L0—两侧塔梁垫板间距(mm)，该数据由设计院提供；

L6—梁端预埋管长度及钢垫板厚度之和(mm)；

A5—梁端防水罩HDPE管限位长度(mm)；

L7—塔端连接装置长度(mm)；

L8—塔端锚固筒长度(mm)；

L9—分丝管长度(mm)；

L10—HDPE外套管进入塔端连接装置长度(mm)。

3.4.2焊接技术参数

HDPE管焊接时，应对段管编号、段管长度、焊接头预热温度、预热压力、加热时间、切换时间、焊接压力、冷却时间和焊接时间等进行记录。

表1 HDPE管的焊接技术参数设置表

3.4.3焊接工艺

HDPE护管作为该斜拉索体系的最外层保护，不仅要保证在施工吊装中具有足够的强度，同时还要有耐久性[2]。所以护管焊接质量很关键。HDPE段管的连接采用专用发热式工具对焊方式。其焊接工艺流程如图4。

图4 HDPE管焊接工艺流程图

HDEP管焊接操作要点：

(1)PE管要按规格大小分类堆放，堆放场地要垫平，堆放高度不宜超过6层，要远离火源。用卷尺选出PE管并做好顺接标记，变形严重的PE管不能使用。

(2)将PE管放上托架在PE焊机处进行对接，调整PE管位置和卡箍使PE管基本顺直，两管外圆高差不大于2mm。

(3)刨削时压力要均衡，刨花成连续圈状，厚度均匀，才能退刀，退刀时压力要适当减小，退刀时要直进直出，不能左右摆动。退刀后进行试对，看管接缝四周是否有缝隙，如有缝隙必须重新刨削。刀片刀口钝用细砂轮进行水磨，要注意刀口的角度。

(4)刨削后调整卡箍使管口接口处外圆高差小于1mm。

(5)对每种规格的PE管正式焊接之前进行试焊，确定焊接参数。

(6)加热时要控制温度和压力恒定，时间控制准确，同时观察熔高要符合要求。

(7)加热完成后取加热板、活塞推进要在5 s内完成，控制好对接压力各时间，观察焊缝翻转高度5～8mm。

(8)在冬天进行PE管焊接时要采取取暖措施，保障焊接温度在20℃左右，冷却时用棉纱头、挡风布对接头进行保暖。冷却接近室外温度时取出PE管，焊好的PE管堆放场地要平整，不能在PE管上堆放杂物，不能踩踏PE管，防止焊好的PE管变形。

(9)严格按HDPE焊机操作规程焊接，作好详细记录，保证焊接质量。

(10)HDPE套管计算长度，必要时考虑上下管口挂索操作空间及整体防护时热胀冷缩的影响长度。

3.5 HDPE套管吊装

吊带系在塔端连接装置处，然后塔吊拉着吊带起吊，往塔外平台靠近，另一端的PE管靠人工抬起。最后PE长管整体吊装到位。

图5 PE管吊装完成

3.6 单根钢绞线穿索工艺过程

放线盘开始放第一根加强索，把索前段剥除PE,切钢绞线，墩头中心丝。加强索前段进入PE管后，在人工作用下，一步一步向塔外平台PE管口爬上去。放索盘旋转放索，加上众人合力推索，加强索很快就从塔外PE管口伸出来，塔外人员拿着加强索穿过第一个分丝管口，众人又合力送索，加强索下穿到塔的另一端PE管口；当抗滑件到位后就可以停止人工送索。此时把加强索的尾段PE剥除，切钢绞线，墩头中心丝。加强索两端在管口穿过防水罩和减震器圆筒后下穿到梁下锚具孔，然后夹片夹住钢绞线。接下来梁端两边同时张拉到设计索力。钢绞线索力计算如下：

P传单=P控单+P1+P2+P3+P4+P5

P传单—实际单根控制初张力；

P控单—监控指令单根控制初张索力；

P1—夹片回缩影响索力；

P2—桥面位移影响索力，位移量由监控提供；

P3—塔柱位移影响索力，位移量由监控提供；

P4—锚具、混凝土压缩影响索力；

P5—垂度差影响。

第二根到最后一根施工工艺是一样的，简要描述一下：放线盘旋转，第二根索慢慢伸长，量好长度，剥钢绞线前段PE,切钢筋线，墩头中心丝。墩完后，钢绞线喂入矮塔穿索机。矮塔穿索机开始送索，从梁端PE管口送到塔端PE管口，然后塔端人员把钢绞线穿过分丝管的第二个孔，钢绞线在穿索机的推力下，通过分丝管口继续下穿，直到塔的另一端管口。管口人员用穿索器连接墩好头的钢绞线，梁下人员拉紧牵引绳，管口人员辅助送索，最后钢绞线在牵引绳的作用下穿过锚具孔。第二根的尾部也要量好长度，剥好PE，墩头，与穿索器连接，同样的方法把钢绞线穿入到锚具对应的孔里。第二根钢绞线这样成功地穿到两端的梁下锚具。然后在钢绞线两端对称张拉，先张拉15%的力，测量钢绞线长度，再逐步张拉到设计力，测量最终长度，两者相减再加上15%的理论伸长值，就是钢绞线的实际伸长量。

张拉完第二根钢绞线后，穿索机才能送第三根索，这样有效防止在穿索过程中打绞。依次循坏穿索，把钢绞线全部挂完。

单根挂索工艺流程见图6。单根钢绞线在穿挂张拉过程中的应力均匀性是平行钢绞线拉索的重要控制指标[3]。按上述工序严格控制能够满足平行钢绞线斜拉索单根钢绞线张拉过程中的索力控制。

图6 单根挂索工艺流程图

3.7 单侧双向抗滑装置施工技术

在无抗滑键和有抗滑键端分别加载到1400kN抗滑力时，抗滑键未产生滑移现象[4]。最重要原因是OVM公司研发的单侧双向抗滑装置，重点介绍下施工中抗滑插片的安装过程：塔外人员主要是依次把每根索穿过分丝管和放抗滑插片。等抗滑件到位后且在张拉之前，每排第一个孔的钢绞线就要安装抗滑插片，不能在张拉后放入。因为钢绞线受力后，索空间小而无法放入抗滑插片块。当所有的索穿完后，抗滑插片就形成一个整圆，整圆被安装在塔外的锚固筒的圆环顶住。这样每根索就能够实现单侧双向抗滑作用。