斜拉索施工方案

斜拉索施工工程概况九江长江公路大桥斜拉索为空间双塔双索面扇形结构，南塔两侧各布置28对斜拉索，北塔两侧各布置26对斜拉索，具体如REF斜拉索总体\h图2.11所示。图STYLEREF2\s2.1SEQ图\*ARABIC\s21斜拉索总体制图全桥共设216根斜拉索,采用镀锌低松弛高强度平行钢丝束，双层PE（内层黑色、外层-----）防护。斜拉索分为PES7-109、PES7-121、PES7-139、PES7-151、PES7-187、PES7-199、PES7-211，PES7-223、PES7-241、PES7-253、PES7-265共12种规格，如REF斜拉索规格型号表\h表2.11所示。表STYLEREF2\s2.1SEQ表\*ARABIC\s21斜拉索规格型号及数量表序号斜拉索规格斜拉索编号直径（mm）根数2PES7-109943PES7-1211144PES7-1399225PES7-1511126PES7-1633167PES7-187732PES7-199924PES7-211120PES7-223318PES7-241138PES7-253312PES7-26554合计216斜拉索最小长度（NZ1）127.201m，重5.050t。最大长度（NZ28）442.287m，重36.135t，成桥恒载索力最大值5196.2KN。全桥斜拉索钢丝总重为3483.832t。采用PESM7冷铸锚固体系，斜拉索两端均采用张拉端锚具，均要求在塔端进行张拉。斜拉索在主梁端砼采用砼锚固块锚固,钢箱梁段采用钢锚箱锚固,SB28～SB1、SZ1～SZ3索梁端直接锚固在混凝土结构上，SZ4～SZ28、NZ26～NZ1、NB1～NB26索锚固在钢锚箱上。平行钢丝束截面为缺角六边形排列，经左旋轻度扭绞而成。斜拉索构造如REF斜拉索构造一\h图2.12～REF斜拉索构造二\h图2.13所示。图STYLEREF2\s2.1SEQ图\*ARABIC\s23斜拉索构造示意图斜拉索施工综述施工方案选择斜拉索施工主要包括运输、上桥、展索、挂设、张拉、索力检测、调整及减振装置安装等工序，采用桥面放索工艺。索盘水运至现场后，采用塔吊或梁面吊索桁车吊装至钢箱梁顶面的放索机上，运至梁端，采用5t卷扬机、25t汽车吊、塔吊、塔顶吊机配合展索。挂索可分为“先下后上”或“先上后下”两种方法。“先下后上”要求塔内布设大吨位起重设备，但受塔内空间限制，布置大吨位起重设备非常困难，另外高空作业量大，出现问题不易处理，安全性差，工效低。“先上后下”挂索方法，利用塔吊配以卷扬机将上锚头牵入塔内锚孔，旋紧螺帽，梁面上利用卷扬机、滑车组、千斤顶等将下锚头牵入设计位置锚固。根据斜拉索的长度、重量、张拉力的大小以及张拉施工空间等实际情况，本桥斜拉索均采用先塔端挂索、后梁端挂索，塔上张拉的方案。根据索力大小，选用650t张拉千斤顶。斜拉索索力调整均在塔内进行，按设计与监控单位要求施工。施工工艺流程由于斜拉索梁端索力不同，挂索方案也有所差别：NZ1～NZ5、NB1～NB5索进入塔端索管，安装撑脚、千斤顶、张拉杆，梁端通过卷扬机牵引索夹，将斜拉索牵入梁锚箱锚固。NZ6～NZ28、NB6～NB26索均采用1.7m长张拉杆，牵引斜拉索锚头进入塔端锚垫板旋紧螺母后，然后在梁端锚箱垫板处安装撑脚、千斤顶，接长5m张拉杆，卷扬机拖曳索夹至索管附近、通过汽车吊调整斜拉索轴线与索管轴线一致，将张拉杆及锚头拉入索管内，直至张拉杆端头穿出千斤顶，安装拉杆螺母，解除卷扬机与斜拉索的索夹连接后，通过千斤顶将斜拉索锚头牵引出垫板设计位置，旋紧锚头螺母，完成梁端挂索。施工工艺流程如REF对萨达\h图2.21～REF斜拉索施工流程二\h图2.22所示。图STYLEREF2\s2.2SEQ图\*ARABIC\s21NZ1～NZ5、NB1～NB5斜拉索施工工艺流程图STYLEREF2\s2.2SEQ图\*ARABIC\s22NZ6～NZ28、NB6～NB26斜拉索施工工艺流程斜拉索施工方案施工准备成品索的检验斜拉索出厂前按设计及相关规范要求对斜拉索有关性能进行检验。斜拉索到达现场后，查验并索取每根成品索的质量保证书（含本批交货的数量、质量及各种检验结果）。索套管的处理斜拉索锚头外径与索套管的内径相差很小，挂索时极易产生位置偏差，从而造成锚头外丝扣和斜拉索PE保护套的损伤，因此斜拉索挂设前应对塔、梁端的索套管进行全面的检查，对索套管内的焊渣、毛刺等进行打平磨光。钢梁锚固端风嘴的局部处理为满足长索梁端牵引、张拉施工要求，钢箱梁部分风嘴需待斜拉索安装完成后，再拼装焊接。SZ5～SZ28、NZ1～NZ26斜拉索对应的箱梁前端6m长风嘴（即拉索锚固区）先不安装。A22斜拉索对应的合龙段AH2梁段前端2.25m与A23梁风嘴先不安装，中跨合龙段JH风嘴先不安装。NZ3斜拉索对应的NZ4梁段东侧风嘴先不安装（吊索桁车安装位置）。所有未安装的风嘴均待该节段斜拉索施工完成后安装。梁端滑轮组固定装置SZ5～SZ28、NZ1～NZ26斜拉索按照先塔顶、后梁端顺序进行挂设，梁端采用卷扬机与滑轮组拖曳，配合千斤顶及张拉杆牵引斜拉索锚头通过锚垫板锚固。为了固定定滑轮，在锚垫板正上方设置吊耳，在对应的M3、M2、M1型锚箱处均需设置，在钢箱梁加工厂与钢箱梁同步制作完成，单个吊耳按60t牵引力控制计算，钢板材质取Q345D，厚度24mm。吊耳总体布置如REF钢梁锚固端吊耳\h图2.31所示。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s21固定定滑轮吊耳总体布置图斜拉索挂索计算斜拉索安装前应根据索长、索重、斜度等因素计算其安装过程中锚头距索管口不同距离时的牵引力，以综合选择安装方案和设备。斜拉索挂索索力按下式计算：式中：—斜拉索锚头距离锚垫板端部中心距离；—斜拉索锚板中心几何间距；—斜拉索长度；—斜拉索垂度修正值，其中，—斜拉索单位长度重量；—斜拉索水平投影长度；—斜拉索挂索牵引力；—斜拉索伸长量修正值，其中：A—斜拉索横截面积；—斜拉索弹性模量。在斜拉索挂索各阶段牵引力的作用下，计算的ΔL（m）值如REF索力计算表\h表2.31所示。表中数据表示斜拉索锚头端部距离锚垫板顶的距离(m)，牵引力单位：KN。主要施工设备配置吊索、展索设备每个索塔吊索、展索设备主要包括：1台QTZ315A塔吊、1台梁面吊索桁车、1台放索机、塔顶2台10t卷扬机、1台5t卷扬机；桥面布置两台10t牵引卷扬机、一台5t放索卷扬机以及放索小车与转向滑轮等。塔吊斜拉索施工阶段，可以利用QTZ315A塔吊，最大吊重16t，其23m工作幅度内可吊装12.6t。NZ1～NZ3、SZ1～SZ3索采用塔吊吊装上桥。吊装前需要根据斜拉索索盘的实际包装情况设置相应的吊具。卷扬机塔顶挂索提升卷扬机塔顶卷扬机主要用于斜拉索塔上挂索施工，根据牵引力需要，选用2台10t快速卷扬机和1台5t卷扬机。10t卷扬机用于重量超过10t长索的起重吊装，由于塔顶距离钢箱梁顶面约202m高，NZ26索长442.287m，重36.2t，故将索提升至塔顶索管口长度占总长的46%，提升力需36.2×0.46=16.6t。钢丝绳需走2线，卷筒容绳量要求不小于500m。5t卷扬机钢丝绳在塔顶人洞经转向滑轮转向后下放，经过待安装斜拉索的索管口穿出塔外至桥面，用于斜拉索塔端锚头的牵引导向。索塔封顶混凝土浇筑前注意施工平台预埋件的埋设。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s22塔顶吊装系统布置图梁上卷扬机梁上卷扬机主要包括2台用于斜拉索梁端挂索的10t卷扬机，1台5t放索卷扬机，其中放索卷扬机布置于索塔下方附近，钢丝绳通过转向滑轮引导至需要挂索的索管口附近。挂索卷扬机随着钢箱梁及斜拉索的施工进度逐步前移。梁面吊索桁车NZ3斜拉索施工完成后拼装梁面吊索桁车，采用梁面吊索桁车将4～28#索整体提升上桥面。桁车布置于梁面东侧NZ2与NZ3斜拉索之间，布置位置如REF吊索桁车布置\h图2.33所示，对应的NZ4梁段风嘴后安装。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s23吊索桁车结构布置示意图桁吊顺桥向跨度6.0m，横桥向跨度19.5m，高12m，悬出梁侧7m。桁吊主承重梁、直立柱及前斜立柱均采用HW400×400型钢，其它斜腿采用HN400×200型钢。起吊横梁采用4根HN400×200的工字钢，平联及斜撑采用[20a槽钢。起吊卷扬机选用JM8卷扬机，采用40t滑车组，走5线。在主承重梁顶设置轨道及4台15t单轨平车（自带刹车系统），通过平车带动卷扬机行走实现索盘的平移。吊索桁车总体结构如REF吊索桁车结构\h图2.34所示。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s24吊索桁车结构布置图图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s25吊索桁车施工图放索盘放索盘为桥面放索装置，本桥采用卧式放索机，由斜拉索生产厂家提供。具体结构形式如REF放索盘结构\h图2.36所示。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s26卧式放索盘结构图放索小车为方便斜拉索在桥面的移动及展开，避免斜拉索与桥面的直接接触，防止斜拉索PE防护层损伤，斜拉索在桥面移动时采用放索小车，放索小车结构如REF放索小车结构\h图2.37所示。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s27放索小车结构图图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s28放索小车施工图锚头小车为防止斜拉索锚头损伤，斜拉索在桥面移动时设置锚头小车，结构如REF锚头小车\h图2.39所示。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s29锚头小车结构图索夹索夹是斜拉索塔、梁端挂设的着力点，为挂索设施与斜拉索的连接工具，表面设置吊耳。索夹采用厚壁钢管与钢板焊接而成，在钢管同斜拉索接触处加垫5mm厚氯丁橡胶板，可以有效避免在施工过程中，斜拉索PE防护层受损伤。根据斜拉索型号，塔端起吊索夹与梁端拖曳索夹各设计三种规格尺寸。索夹结构如REF塔端索夹\h图2.310～REF梁端索夹\h图2.311所示。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s210塔端索夹结构构造图图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s211梁端索夹结构构造图汽车吊1#斜拉索安装完成并进行第一次张拉后，将一台25t汽车吊起吊上桥，用于斜拉索梁端安装时的角度调整和后安装风嘴的桥面转运、吊装等。斜拉索张拉设备斜拉索牵引一般分为硬牵引张拉杆及软牵引钢绞线两种，现对两种牵引比较如下：牵引方式硬牵引软牵引特点构造简单、操作方方便、可换性性强、成本低低、施工节奏奏快；张拉杆杆可承受大吨吨位拉力，牵牵引设备和张张拉设备可通通用构造复杂、操作工工序多、牵引引速度慢、循循环施工周期期长、相对成成本高；软牵牵引钢绞线易易出现受力不不均现象，施施工风险较大大适用范围适应范围较小，最最大牵引水平平距离一般不不超过5m，在短中中索牵引张拉拉中应用广泛泛适用范围大，安全全性能较好，最最大牵引水平平距离一般超超过10m，在长长、重索施工工中应用广泛泛推荐方式本桥最长索4422.287mm，重36.1135t，根据斜拉拉索挂索计算算结果可知，当当梁端牵引力力为500KN时，斜拉拉索锚头距离离锚垫板端部部中心距离均均小于4m；当梁端端牵引力为6600KN时，斜拉拉索锚头距离离锚垫板端部部中心距离均均小于3m，故推荐使使用5m长硬牵引引张拉杆即可可满足施工需需要。硬牵引张拉系统由穿心千斤顶、油泵、压力传感器、张拉杆及螺母、变径连接头及撑脚等组成，硬牵引及张拉系统组成形式如REF硬牵引示意\h图2.312所示。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s212硬牵引张拉系统组成示意图张拉千斤顶及压力传感器张拉千斤顶根据斜拉索的张拉控制力进行选择，为减小施工过程中的误差、确保千斤顶的使用安全，将斜拉索的张拉控制力控制在千斤顶额定张拉力的50%-85%范围内。本桥斜拉索设计成桥恒载索力为486-520t，故每塔配置柳州欧维姆YCW650B千斤顶4台（用于塔端张拉）和YCW350B千斤顶4台（用于梁端牵引）。千斤顶机械参数如REF千斤顶参数\h表2.32所示。表STYLEREF2\s2.3SEQ表\*ARABIC\s22斜拉索施工千斤顶参数规格公称张拉力（KN）穿心孔径（mm）张拉行程（mm）主机质量（kg）主机外径（mm）主机长度（mm）650t6484200200643490564350t3497175200263410434采用与千斤顶配套的油泵。选择650t压力传感器与张拉千斤顶配套使用，实时控制其张拉力,该款压力传感器为智能温度型，传感器内部记忆了传感器编号、标定值等参数，可直接快速显示和记录测量力值，并根据测量温度进行校正量力值。其技术性能REF压力传感器\h表2.33所示：表STYLEREF2\s2.3SEQ表\*ARABIC\s23压力传感器技术性能表型号名称性能指标备注JMZX-33550AT承载力6500KN六弦灵敏度1KN外径312mm内径222mm高度130mm变径连接头变径连接头用于张拉丝杆与斜拉索锚杯之间的连接。根据锚头及张拉丝杆规格，变径螺母共设计12种规格，采用40Cr合金钢制造，粗车后热处理调质，硬度达到HB257-298。热处理后的半成品需经过超声波检验，并且符合GB/T4162-2008中的B级要求，表面按照JB/T8468-1996的Ⅱ级要求逐件磁粉探伤，发黑处理，每个螺母端头打上规格型号。变径螺母与对应的斜拉索型号如REF变径螺母\h表2.34所示，REF变径螺母图\h图2.313中列出了BLM7-91变径连接头的结构构造。表STYLEREF2\s2.3SEQ表\*ARABIC\s24变径螺母对应的斜拉索型号统计型号材质数量对应锚具BLM7-109940Cr8PESM7-1009BLM7-12118PESM7-1221BLM7-13998PESM7-1339BLM7-15118PESM7-1551BLM7-16338PESM7-1663BLM7-18778PESM7-1887BLM7-19998PESM7-1999BLM7-21118PESM7-2111BLM7-22338PESM7-2223BLM7-24118PESM7-2441BLM7-25338PESM7-2553BLM7-26558PESM7-2665图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s213BLM7-91结构构造图及实物图千斤顶撑脚设计张拉撑脚是斜拉索牵引及张拉时千斤顶的支撑装置，主要根据使用千斤顶的外形尺寸、斜拉索锚垫板尺寸、张拉端施工空间综合考虑后予以确定。塔端设计1种规格撑脚，设计承压800t；梁端设计2种规格撑脚，设计承压350t。1～28#索、塔端撑脚撑脚尺寸确定（以最长NZ26斜拉索PES7-265配套的锚具及变径螺母控制）：锚杯螺母厚度：180mm变径螺母伸出锚杯长度：237mm张拉杆最大牵引距离：375mm撑脚最小高度为：180+237+375=792mm，取800mm。撑脚内径：取螺母外径（400mm）加80mm即480mm。撑脚外径：取580mm，小于钢锚箱垫板平面尺寸612mm×612mm，满足施工要求。撑脚结构构造图如下：图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s21513～22#斜拉索施工塔端千斤顶撑脚结构图图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s216撑脚实物图斜拉索梁端撑脚索梁锚箱为M1型，垫板平面尺寸471mm×670mm，垫板中心至箱梁腹板间距248mm。撑脚尺寸确定（以NZ26索PES7-265配套的锚具及变径螺母控制）：锚杯螺母厚度：180mm变径螺母伸出锚杯长度：237mm锚杯长度555mm，螺母设计位置距锚杯前端L-L/3-B=555-555/3-180=190mm撑脚高度为：180+237+190=607mm，取650mm。撑脚内径：取螺母外径（400mm）加60mm即460mm。撑脚外径：取560mm。靠近箱梁腹板侧沿撑脚高度削掉50mm，以便安装。张拉杆及螺母张拉杆用于牵引及张拉斜拉索，杆间采用接头连接，其加工材质采用40Cr合金钢，锻打后需经过超声波检验，并达到GB/T4162-2008《锻轧钢棒超声检验方法》规定B级标准。斜拉索塔端施工张拉杆取1700mm。结构如下图所示：图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s218张拉杆2构造图张拉杆螺母外径340mm，高145mm，内螺纹为梯形螺纹，规格为Tr145x12。螺母采用40Cr合金钢制造，锻打后需经过超声波检验，并达到GB/T4162-2008《锻造钢棒超声波检验方法》规定B级标准。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s219张拉杆螺母1结构图斜拉索梁端施工张拉杆及螺母梁端采用350t千斤顶牵引，张拉杆长度取5000mm，直径120mm。如下图所示：图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s220张拉杆3构造图图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s221张拉杆螺母2结构图牵引连接头牵引连接头为塔端挂索时5t卷扬机钢丝绳与斜拉索锚杯之间的牵引连接构件，采用40Cr制作，要求与张拉杆连接头加工工艺及性能一致。每塔每种规格连接头需加工两个。表STYLEREF2\s2.3SEQ表\*ARABIC\s25牵引连接头规格数量表型号材质数量对应锚具LJT7-109940Cr4PESM7-1009LJT7-12114PESM7-1221LJT7-13994PESM7-1339LJT7-15114PESM7-1551LJT7-116634PESM7-1663LJT7-18774PESM7-1887LJT7-19994PESM7-1999LJT7-21114PESM7-2111LJT7-22334PESM7-2223LJT7-24114PESM7-2441LJT7-25334PESM7-2553LJT7-26554PESM7-2665图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s222牵引连接头实物图梁端挂索平台梁端挂索平台设置于钢箱梁侧下方，以箱梁顶面轨道作为其行走与支撑装置。挂索平台总长11m，高5.5m，顺桥向宽度2.5m，横桥向宽度4.6m。平台利用梁面铺设的纵向轨道进行桥面纵移，过程中采用2台5t手拉葫芦牵引。平台总体布置如下图所示。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s223梁端挂索平台总体结构图斜拉索施工斜拉索运输及上桥出厂前，每根斜拉索应有合格标牌并注明拉索编号、规格型号、长度、质量、制造厂名称、工程名称及生产日期等。斜拉索采用水运。斜拉索一般都采用钢盘打盘包装运输，其盘绕内径≥20倍拉索直径且≥1.8m，最大外形尺寸应满足相应的运输条件，锚具应有保护措施，包装好的拉索存放时加遮盖，在运输及装卸过程中应防止损伤锚具和PE保护层。斜拉索塔端挂设斜拉索上桥后，位于塔顶正中心的5t卷扬机放松钢丝绳通过人洞进入塔内空腔，经过索管穿出塔外后落在桥面上，通过牵引连接头与锚杯连接，安装索夹，塔吊或塔顶卷扬机起吊索夹上升，5t卷扬机钢丝绳同步牵引锚头至相应的索管内，旋紧锚杯螺母锚固后解除5t卷扬机钢丝绳与锚头的连接以及塔吊或10t卷扬机钢丝绳与索夹的连接，完成塔端斜拉索的挂设。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s224斜拉索塔端挂索施工图斜拉索梁端展索SB1～SB3、NZ1～NB3斜拉索梁端展索斜拉索长度较小，重量较小，塔端挂设完成后，直接采用25t汽车吊即可完成剩余部分斜拉索展索，不必使用放索小车等设施。SB4～SB28、NZ4～NB26斜拉索长度稍长，采用梁面上布置的5t卷扬机辅以小车放索。小车布置间距以斜拉索表面不接触钢箱梁顶板，不损伤拉索表面PE防护层为原则，随着卷扬机的牵引位移的增加随时放置小车。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s225桥面展索示意图斜拉索梁端挂设塔端斜拉索挂设完成后，利用25t汽车吊完成桥面展索及梁端斜拉索挂设平台的安装。利用10t卷扬机牵引拉索至索管内直至锚头伸出锚垫板，旋紧螺母即完成梁端挂索。施工工艺流程如下图所示：图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s226斜拉索梁端挂设施工工艺流程图图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s227斜拉索梁端挂设示意图斜拉索张拉斜拉索均在塔端进行张拉及索力调整。根据设计要求，斜拉索分两次张拉，现以A1（J1）索为例介绍如下：第一步：索塔区梁段施工支架拼装完成后，利用浮吊吊装T0梁段，通过滑移，精确就位后，与下横梁临时固结。随后继续吊装梁段，与T0梁段通过高强螺栓将纵向“U”型加劲肋临时连接、焊接接头后，安装斜拉索并按施工监控组提供的索力进行第一次张拉。图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s228NZ1、SB1斜拉索张拉示意图第二步：张拉到位后利用塔吊起吊架桥机散件，在梁上拼装完成，第二次张拉A1（J1）斜拉索。SB2～SB5、NZ2～NB5斜拉索也分两次张拉：架桥机吊装钢箱梁梁节段上桥，栓栓焊连接后，安安装并第一次次张拉对应斜斜拉索。架桥机前移至待吊吊下一梁段位位置就位后，第第二次张拉斜斜拉索。斜拉索张拉要求对对称施工：索索塔顺桥向两两侧的拉索和和桥横向对称称的拉索必须须对称同步张张拉；同步张张拉的不同步步索力的相差差值不得超出出设计规定；；两侧不对称称的或设计拉拉力不同的拉拉索，应按设设计规定的索索力分级同步步张拉，各千千斤顶同步之之差不得大于于油表读数的的最小分格，索索力终值误差差小于±5％。张拉程序序如下：图STYLEREF2\s2.3SEQ图\*ARABIC\s229斜拉拉索张拉程序序张拉注意事项：所有张拉千斤顶张张拉前按规定定进行标定，并并配备相应的的测力传感器器。所有张拉拉机具由专人人使用和维护护，张拉机具具长期不使用用时，在使用用前进行全面面校验。当千千斤顶的使用用达到6个月的时间间或使用期间间出现异常情情况时，均重重新进行一次次校