15某钢筋混凝土自锚式悬索桥施工.docx
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15某钢筋混凝土自锚式悬索桥施工
某钢筋混凝土自锚式悬索桥施工
游锦明王学群李安民高本涛
（中铁大桥局集团五公司）
摘要:
介绍了钢筋混凝土自锚式悬索桥的施工特点，缆索安装方法。
重点描述了基准索安装和线形调整的方法，体系转换的主要程序和技术措施
关键词:
自锚式悬索桥缆索安装体系转换
一、工程概况
北关大桥位于浙江省江山市北关路向东延伸跨越江山港处。
主桥采用跨径为40＋118＋40＝198m的自锚式悬索桥。
桥宽24m，主缆线形呈抛物线形，主跨矢跨比1/7，矢高为16.857m，边跨矢高为1.748m，主缆横向间距为16m，主缆选用预制平行钢丝索股（PPWS）编排而成，两端用冷铸锚锚固体系锚固于加劲梁端横梁内。
吊杆纵向基本间距5.0m，在跨中索塔处间距为6.5m。
吊杆采用由
mm高强镀锌钢丝组成的成品索，标准强度为1670Mpa，双层PE保护层，冷铸锚锚固体系，全桥共72根。
吊杆上端与索夹采用叉耳板销接，下端锚固于加劲梁横梁内，从梁底张拉。
图1
主梁为现浇混凝土格子梁体系，共四道纵梁，每个塔主两侧各设一根纵梁，纵梁为实体断面，高200cm，宽100cm；中横梁为T形断面，高180cm，腹板厚40cm，内设横向预应力束，预应力采用
mm，共四束，横向两列布置。
在吊杆通过处及横梁外挑段厚度分别为70cm、50cm。
横梁纵向基本间距为5m，于吊杆一一对应，全桥共计36道。
主桥两端设强大端横梁用于锚固主缆并作为压重。
端横梁高4.3m，长7.95m，为钢筋混凝土实体结构。
主塔为“门”式钢筋混凝土框架结构，桥面以上高23m，全高35.77m，塔顶设空心钢结构装饰段，索鞍以下塔柱为矩形混凝土实心断面，塔柱尺寸从塔顶250
150cm渐变至桥面处250
200cm。
塔上共设两道横梁，上横梁设于索鞍底50cm处，为圆弧变高度矩形断面，厚120cm，高度从跨中180cm渐变至根部320cm。
下横梁为250
150cm箱形断面，两端伸出牛腿用于支撑主梁。
二、自锚式悬索桥的施工特点
自锚式悬索桥的主缆直接锚固在主梁端部的锚碇上，主缆的水平分力通过主梁来平衡，节省了巨大的传统地锚，也节省了主梁的预应力体系，同时从构造上也减小了主梁的断面要求，减小了主梁恒载。
先采用支架法进行主梁混凝土施工，然后以已经完成的主梁作为主缆施工平台，架设主缆。
由于主缆安装前，已经存在主梁施工平台，缆索架设一般采用吊装方法进行，避免了猫道系统的安装，主缆索股、吊杆、索夹等安装工效快，能较大的减少了悬索系统施工工期。
三、施工方案
1、在主缆施工前，先按桩基→承台→墩身→下横梁→塔柱→上横梁顺序完成主桥墩和边墩混凝土结构。
同时，在主桥桥跨内同步进行主梁现浇栈桥支架的基础和临时桥墩施工，并铺设贝雷梁栈桥和模拟压重。
栈桥布置为：
（边墩）+15m+15m+（主墩）+16.5m+4x15m+18m+16.5m+（主墩）+2x15m+（边墩）。
2、在栈桥支架平台上，先分三段现浇纵梁（共4道），再利用已经完成的纵梁安装中横梁移动模架平台浇注全桥40道中横梁，然后在纵梁和中横梁间形成的格子梁上安装移动模架平台浇注桥面板。
同时在两边墩上浇筑端横梁，并按顺序先后连接主纵梁和桥面板，完成全部主梁混凝土结构施工。
图2
3、根据施工监控核算，计算确定主缆无应力索长、吊杆长、索夹尺寸和位置、索鞍构造等进行加工和铸造。
4、在桥面上布置展索和牵索场地，安装索鞍和主缆索吊装架，吊装基准索股和基准索线形调整。
根据基准索为参照，吊装其他单元索股。
图3
5、在缆索工作区内铺设满堂支架平台，预紧缆和终紧缆后，利用桥上吊机安装索夹和吊杆。
采取交替前进张拉法分阶段张拉吊杆，以主缆和主梁线形以及吊杆张拉力控制。
并分阶段顶推索鞍复位，平衡边中跨主缆索力和控制主塔纵向位移。
6、二期荷载加载后测定主缆和主梁最终线形，进行悬索系统各部分的防护。
四、主缆安装
1、北关大桥空缆状态下的线形方程
a.中跨主缆的理论交点实际是不存在的，包裹在主索鞍处的索段为一弧线，计算过程中取主缆在主索鞍两切点间索段为研究对象，同时考虑索鞍预偏量
的影响，取
＝57.669＋0.172＝57.841m，
＝930.960KN，则：
b.边跨取其散索鞍到主塔鞍座切点间索段为研究对象，考虑主梁弹性压缩量为
以及索鞍的预偏量
的影响，取
36.7584-0.172＋0.0115＝36.598m，主缆两支点的高差
m，
＝930.960KN，则：
2、北关大桥成桥状态下的线形方程（以索鞍理论交点为原点）
a.中跨成桥状态下的线形方程：
b.边跨成桥状态下的线形方程：
3、主缆索长确定
主缆的无应力索长采用循环搜索法，利用非线性有限元程序进行计算，江山北关大桥的无应力计算长度为218.860m。
4、吊杆索长确定
由于主缆无应力长度计算得准确可以保证成桥状态主缆的线形与设计线形非常接近，所以吊杆的长度可根据设计线形、吊杆力、索夹的尺寸和角度等数据直接计算。
吊杆下料长度（单位：
m）表1
吊杆编号
1#
2#
3#
4#
5#
6#
吊杆长度
4.202
4.398
6.630
9.107
11.828
14.793
吊杆编号
7#
8#
9#
10#
11#
12#
吊杆长度
18.001
17.956
15.520
13.324
11.378
9.673
吊杆编号
13#
14#
15#
16#
17#
18#
吊杆长度
8.211
6.993
6.018
5.288
4.801
4.557
5、基准索架设和线形调整
通过展索场和布置在塔柱外侧桥面上的过索辊道将基准索股展开、整形，同时为消除索股在成圈运输中产生的变形和残余应力，对单元索股进行预拉，由2台5t卷扬机及5门滑车组组成缆索预拉场，预拉力30t，使索股达到无鼓丝、无扭转，断面形状呈正六边形。
采用专用吊装夹具起吊基准索股，并通过两端锚头上设置的反向牵引装置消除起吊过程中索股的不平衡偏载，索股达到主索鞍上空后横移，将索股上标记点与主索鞍中心标记对齐，索股落鞍，然后用手动葫芦牵引锚头进入锚箱，将索股上标记点与散索鞍中心标记对齐，拧紧螺母。
图4
基准索线形调整是缆索架设的关键，决定着主缆的最终线形。
基准索索股长度和标记采用标准温度20℃，要求基准索股调整尽可能选择在日平均温差比较小的时间进行。
基准索架设前先测定了各主塔塔顶高程、坐标、位移量，主索鞍和散索鞍中心的高程、坐标、偏移量，计算的预偏量。
测定基准索架设当时气温为20℃，阴天，根据空缆线形方程计算出当时条件下主缆各控制点的相应垂度。
基准索线形调整采用三角测量法，严格控制主缆在跨中的标高，误差为主跨：
－5mm～＋10mm，边跨：
－8mm～13mm，参考温度20℃，如果温度不是20℃，则根据当前温度调整控制标高。
对基准索股进行测量，选取主跨、边跨的跨中为观测点，1/4跨作参考。
调整索股时，先调整主跨，再调整边跨。
调整中跨时根据测点里程偏差确定调整方向，一端固定一端移动规定距离。
调整边跨时则收、放锚固端螺母来调整。
架设和调整索股过程中索鞍不许滑动，调整结束后主缆在索鞍内不许滑动。
一般中跨移动量和垂度变化的关系约为1：
1至1：
1.5之间，边跨移动量和垂度变化的关系约为1：
5至1：
7之间，调动时应小移动量逐步分步进行，特别是边跨受自身刚度影响容易发生微调突变情况。
基准索线形调整表2
上游中跨
时间
调整步骤
气候
温度
测点5
调动影响比例
方向
调整值
理论
实测
差值
11月11日
调整前
阴天
20℃
101.775
101.744
-0.031
11月11日
东索鞍
-0.01
阴天
19.5℃
101.775
101.761
-0.014
1.7
11月12日
阴天
18℃
101.775
101.773
-0.002
上游东边跨
时间
调整步骤
气候
温度
测点8
调动影响比例
方向
调整值
理论
实测
差值
11月13日
调整前
阴天
17℃
105.595
105.639
0.044
11月13日
东锚箱
-0.008
阴天
19℃
105.595
105.542
-0.053
12.1
11月13日
东锚箱
0.004
阴天
19℃
105.595
105.552
-0.043
2.5
11月13日
东锚箱
0.002
阴天
19℃
105.595
105.566
-0.029
7.0
11月13日
东锚箱
0.002
阴天
20℃
105.595
105.58
-0.015
7.0
上游西边跨
时间
调整步骤
气候
温度
测点2
调动影响比例
方向
调整值
理论
实测
差值
11月13日
调整前
阴天
20℃
105.595
105.356
-0.239
11月13日
西锚箱
-0.02
阴天
20℃
105.595
105.450
-0.145
4.7
11月13日
东锚箱
-0.015
阴天
20℃
105.595
105.535
-0.060
5.7
11月13日
东锚箱
-0.004
阴天
20℃
105.595
105.57
-0.025
8.7
11月13日
东锚箱
-0.002
阴天
20℃
105.595
105.584
-0.011
7.0
下游中跨
时间
调整步骤
气候
温度
测点2’
调动影响比例
方向
调整值
理论
实测
差值
11月14日
调整前
小雨
16℃
101.775
101.785
0.010
不调整
下游东边跨
时间
调整步骤
气候
温度
测点8'
调动影响比例
方向
调整值
理论
实测
差值
11月14日
调整前
小雨
16℃
105.595
105.46
-0.135
11月14日
东锚箱
-0.01
小雨
16℃
105.595
105.508
-0.087
4.8
11月14日
东锚箱
-0.01
小雨
16℃
105.595
105.580
-0.015
7.2
11月14日
东锚箱
-0.002
小雨
16℃
105.595
105.611
0.016
15.5
下游西边跨
时间
调整步骤
气候
温度
测点2'
调动影响比例
方向
调整值
理论
实测
差值
11月15日
调整前
小雨
14℃
105.595
105.508
-0.087
11月15日
东锚箱
-0.015
小雨
14℃
105.595
105.618
0.023
7.3
11月15日
东锚箱
0.002
小雨
13.5℃
105.595
105.596
0.001
11.0
主缆索联测
时间
测点
气候
气温
理论
实测
差值
备注
11月13日
上游
2
阴天
20℃
105.595
105.584
-0.011
11月13日
上游
5
阴天
20℃
101.775
101.770
-0.005
11月13日
上游
8
阴天
20℃
105.595
105.583
-0.012
11月14日
上游
5
小雨
16℃
101.780
101.775
-0.005
11月14日
上游
8
小雨
16℃
105.602
105.591
-0.011
11月15日
上游
2
阴天
14℃
105.606
105.593
-0.013
确认结果合格
11月15日
上游
5
阴天
14℃
101.782
101.779
-0.003
11月15日
上游
8
阴天
14℃
105.606
105.595
-0.011
11月15日
下游
2'
阴天
14℃
105.606
105.596
-0.010
11月15日
下游
5'
阴天
14℃
101.782
101.795
0.013
11月15日
下游
8'
阴天
14℃
105.606
105.606
0.000
6、主缆安装
基准索股架设完成后，可进行其它单元索股的安装，方法与基准索股一致，以基准索股为参考，后安装的单元索股与前面安装的单元索股密贴而不受力，保持若即若离状态，因跨度小，可以采用眼睛沿线观测。
主缆索架设完成后，进行预紧缆、紧缆。
紧缆的技术要求：
一般位置空隙率20％±2％，索夹处18％±2％，不圆度小于设计直径的5%。
紧缆完成后，进行索夹和吊杆安装。
索夹定位测量在曲线上的放样存在有一定的误差,为消除误差积累，对放样点进行里程和标高测量，进行修正和调整。
五、体系转换
自锚式悬索桥主缆水平力是依靠主梁自身来平衡，竖向荷载通过吊杆传递到主缆，再通过主缆传递到主塔，最后传递到地基上的。
采用先梁后缆的施工顺序，钢筋混凝土主梁恒载由施工支架直接支承，通过吊杆的张拉将主梁恒载逐步转移到主缆上，使主梁脱离支架、端锚梁脱离底模，使支座正式受力。
悬索体系是一个多次超静定的柔性结构，一根吊杆张力的变化都会影响到其他吊杆张力的变化，为防止个别吊杆出现拉应力过大，导致混凝土梁上翼缘产生裂纹，吊杆张拉采用多循环的交替前进张拉法，循环张拉次数不小于3次。
根据桥梁的对称性，一次张拉8根吊杆（2组），使远离索塔的一组吊杆达到目标张拉值，靠近索塔的另一组吊杆达到目标值的60～80％，然后将达到目标的千斤顶向前移动一个相邻位置，再张拉一组新吊杆，同时将未达到目标的吊杆张拉到目标值，循环交替张拉。
吊杆张拉过程中，为防止主塔两侧不平衡力造成主塔发生过大侧向偏移（≤5cm），导致主塔根部出现裂纹，要求主塔两侧吊杆交替进行张拉。
北关大桥吊杆张拉分三个循环进行，第一轮张拉目的是将全部吊杆锚固到主梁上，目标张拉力约为设计张拉力的10%～30%，主梁保持支架支承状态。
根据主缆位移的弱相干性特征，在第一轮张拉吊杆的过程中，张拉点主缆的位移对其它点的主缆位移影响很小，以主缆的位移量来控制第一轮的吊杆张拉。
第二轮张拉目的是控制主梁混凝土拉应力状态，控制吊杆应力变化幅度，目标张拉力约为设计张拉力的60%～70%，主梁与支架之间保持若即若离状态，以主缆的位移量为主、吊杆力为辅的双控方法，控制第二轮的吊杆张拉。
第三轮张拉目的是使主梁恒载全部传递到主缆上，目标张拉力为设计张拉力，主梁完全脱离支架，以吊杆张拉力为主的控制方法，主缆位移为辅的双控方法，控制第三轮的吊杆张拉。
图5
14#
18#
14#
7#
7#
11#
11#
2#
1#
4#
5#
8#
8#
在每一轮吊杆张拉过程中，都会造成主塔两侧主缆索力的不平衡，随着主缆索力的增加，主索鞍产生阻力也越来越大，使得主塔塔身向中跨出现一定的倾斜度，因此，必须随时监控主塔塔顶的位移量，及时进行索鞍顶推复位，以消除主塔两侧主缆的不平衡力。
吊杆张拉一览表表3
吊杆第一轮张拉
步骤
吊杆
位移量（m）
标高（m）
吊杆力（KN）
步骤
吊杆
位移量（m）
标高（m）
吊杆力（KN）
第1步
18#
-0.376
101.571
8.65
第9步
5#
0.000
107.960
17.16
17#
-0.329
101.838
16.40
6#
0.001
110.977
23.67
第2步
17#
-0.366
101.801
10.54
第10步
6#
0.000
110.976
15.29
16#
-0.311
102.296
22.61
7#
-0.013
114.231
24.15
第3步
16#
-0.346
102.261
13.71
第11步
14#
-0.280
103.874
90.34
15#
-0.285
102.983
33.28
13#
-0.213
105.053
259.03
第4步
15#
-0.317
102.951
20.29
第12步
13#
-0.237
105.028
211.34
14#
-0.252
103.901
52.69
12#
-0.168
106.440
534.80
第5步
1#
-0.017
98.343
7.40
第13步
12#
-0.193
106.415
302.37
2#
-0.004
100.394
10.04
11#
-0.123
108.061
633.15
第6步
2#
-0.004
100.393
4.53
第14步
11#
-0.145
108.038
344.10
3#
0.001
102.676
15.56
10#
-0.085
109.913
605.00
第7步
3#
0.001
102.676
8.44
第15步
10#
-0.102
109.895
367.66
4#
0.001
105.195
23.12
9#
-0.050
112.001
493.99
第8步
4#
0.001
105.195
14.48
第16步
9#
-0.062
111.990
355.05
5#
0.002
108.029
26.63
8#
-0.029
114.323
369.07
第17步
顶推索鞍
0.06m
塔柱偏移mm（前/后）
6/2
12/-1
5/-1
7/1
吊杆第二轮张拉
步骤
吊杆
位移量（m）
标高（m）
吊杆力（KN）
步骤
吊杆
位移量（m）
标高（m）
吊杆力（KN）
第1步
18#
-0.663
101.285
571.84
第9步
5#
0.013
107.973
551.87
17#
-0.579
101.588
706.5
6#
0.009
110.985
583.56
第2步
17#
-0.645
101.522
611.47
第10步
6#
0.008
110.984
551.14
16#
-0.55
102.057
752.6
7#
-0.008
114.237
591.72
第3步
16#
-0.613
101.994
654.01
第11步
14#
-0.509
103.644
762.86
15#
-0.508
102.76
782.74
13#
-0.377
104.889
708.7
第4步
15#
-0.566
102.702
679.1
第12步
13#
-0.444
104.822
777.75
14#
-0.457
103.697
809.45
12#
-0.314
106.294
715.36
第5步
1#
-0.02
98.34
545.14
第13步
12#
-0.37
106.238
770.17
2#
-0.009
100.388
563.82
11#
-0.248
107.935
715.56
第6步
2#
-0.009
100.388
546.01
第14步
11#
-0.294
107.89
766.8
3#
0.001
102.676
551.15
10#
-0.182
109.815
699.84
第7步
3#
0.001
102.675
549.11
第15步
10#
-0.216
109.781
743.35
4#
0.01
105.204
550.31
9#
-0.118
111.934
675.44
第8步
4#
0.01
105.204
550.31
第16步
9#
-0.141
111.911
721.89
5#
0.013
107.974
570.5
8#
-0.059
114.293
624.5
第17步
顶推索鞍
0.046m
塔柱偏移mm（前/后）
40/-1
38/1
25/-5
23/2
吊杆第三轮张拉
步骤
吊杆
位移量（m）
标高（m）
吊杆力（KN）
步骤
吊杆
位移量（m）
标高（m）
吊杆力（KN）
第1步
18#
-1.061
100.886
1272.2
第10步
4#
0.002
105.197
1027.6
17#
-0.913
101.254
1220.7
5#
0.01
107.97
1077.4
第2步
17#
-1.036
101.13
1331.4
第11步
5#
0.007
107.967
1031.9
16#
-0.871
101.735
1285
6#
0.007
110.983
1053.5
第3步
16#
-0.989
101.618
1385.4
第12步
6#
0.003
110.979
1018.9
15#
-0.811
102.457
1338.9
7#
-0.01
114.234
1047.9
第4步
15#
-0.915
102.353
1410.1
第13步
13#
-0.705
104.56
1352.6
14#
-0.731
103.423
1339
12#
-0.524
106.084
1241.4
第5步
14#
-0.815
103.339
1392.2
第14步
12#
-0.587
106.021
1305.2
13#
-0.63
104.636
1302.8
11#
-0.414
107.77
1175.1
顶推索鞍
0.065
塔柱偏移mm（前/后）
34/-14
31/-12
26/-12
29/-13
第7步
1#
-0.023
98.337
1027.2
第15步
11#
-0.467
107.717
1247.6
2#
-0.013
100.385
1050.5
10#
-0.306
109.691
1099.2
第8步
2#
-0.016
100.382
1020.3
第16步
10#
-0.347
109.65
1185.7
3#
-0.003
102.671
1069.2
9#
-0.201
111.851
1013.7
第9步
3#
-0.006
102.668
1023
第17步
9#
-0.229
111.822
1050.5
4#
0.005
105.199
1079.8
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