黃偉

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 工程概況

上海長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)榛炷了撓淞弘p索面五跨連續(xù)斜拉橋，其跨徑布置為92+258+730+258+92=1430 m，采用全漂浮結(jié)構(gòu)體系。主橋索塔上布置空間雙索面扇形斜拉索，每個(gè)索面23對(duì)（全橋另有4對(duì)0號(hào)索）低松馳平行鋼絲斜拉索，全橋共192根。斜拉索在梁上的標(biāo)準(zhǔn)錨固間距為15 m，在塔上的錨固間距為2.3 m。

斜拉索所用鋼絲為7 mm的鍍鋅高強(qiáng)度、低松弛鋼絲，抗拉強(qiáng)度為1670 MPa，斜拉索外熱擠雙層聚乙烯（PE）護(hù)套，內(nèi)層為黑色PE護(hù)套，兩端裝配冷鑄錨。上海長(zhǎng)江大橋斜拉索有13種規(guī)格，分別為：PES7-151、PES7-163、PES7-187、PES7-211、PES7-223、PES7-241、PES7-253、PES7-283、PES7-313、PES7-337、PES7-349、PES7-379、PES7-409，總質(zhì)量4377 t，其中最長(zhǎng)斜拉索382.408 m，質(zhì)量56 t。斜拉索張拉噸位在200～800 t之間。斜拉索規(guī)格見表1。

表1 上海長(zhǎng)江大橋長(zhǎng)索統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)斜拉索的長(zhǎng)度及質(zhì)量，將17-23號(hào)索定義為長(zhǎng)索，其長(zhǎng)度超過300 m，質(zhì)量超過35 t，型號(hào)超越了國(guó)內(nèi)大多數(shù)已建大跨度斜拉橋中最大型號(hào)索。

2 長(zhǎng)重索施工方案比選

2.1 總體施工方案

根據(jù)長(zhǎng)索牽引、張拉方位不同，長(zhǎng)索施工可分為梁端牽引張拉、塔端牽引張拉、梁端牽引塔端張拉（塔端牽引梁端張拉）3種施工方案（見表2）。

表2 3種施工方案對(duì)比

2.2 牽引方案

根據(jù)牽引方式不同，長(zhǎng)索牽引方式一般可分為軟牽引、硬牽引、軟硬結(jié)合牽引3種施工方式，以下將3種施工方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用條件進(jìn)行對(duì)比分析（見表3）。

表3 牽引方式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

軟牽引：采用鋼絞線與錨杯連接，用牽引設(shè)備將斜拉索錨杯牽引至錨墊板并錨上錨環(huán)。

硬牽引：采用張拉桿與錨杯連接，用牽引設(shè)備將斜拉索錨杯牽引至錨墊板并錨上錨環(huán)。

軟硬結(jié)合牽引：先用張拉桿與錨杯連接，然后用鋼絞線與張拉桿連接，用牽引設(shè)備將斜拉索錨杯牽引至錨墊板并錨上錨環(huán)。

2.3 方案選用

由以上方案分析可知：選用塔端牽引、張拉方式進(jìn)行斜拉索施工，可以減少人員設(shè)備投入，采用軟硬結(jié)合牽引方式可滿足超長(zhǎng)、超重斜拉索施工要求。

3 長(zhǎng)重索吊裝

3.1 長(zhǎng)索上橋設(shè)備分析

上海長(zhǎng)江大橋斜拉索中最長(zhǎng)索型號(hào)為PES7-409，索重56 t，采用鋼盤卷裝，鋼盤質(zhì)量8 t，斜拉索毛重及索盤質(zhì)量之和約64 t，需選用起重能力70 t以上起重設(shè)備。

斜拉索上橋面常用起重設(shè)備有3種：浮吊、塔吊、門機(jī)吊。

3.1.1 方案比較

浮吊、塔吊、門機(jī)吊方案比較見表4。

表4 斜拉索整體上橋面各種吊裝方式比較

3.1.2 現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)

1）承臺(tái)下游已經(jīng)布置900 t·m塔吊1臺(tái)，不宜再布置動(dòng)臂式塔機(jī)；

2）主梁采用分體式鋼箱梁，中間兩主梁間距為10.0 m，采用中間橫系梁連接，中間橫系梁寬3.75 m，間距為15 m，索盤（寬3.8 m）從橋面上游側(cè)到達(dá)下游側(cè)需將中間橫系梁拓寬。

3）現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境惡劣，斜拉索上橋面設(shè)備抗風(fēng)等級(jí)要求較高。

3.1.3 方案選用

綜合各方面因素，斜拉索上橋面設(shè)備采用門機(jī)吊。

3.2 門機(jī)吊結(jié)構(gòu)及布置

3.2.1 門機(jī)吊布置位置

上海長(zhǎng)江大橋鋼箱梁采用分離式雙主梁結(jié)構(gòu)形式，兩主梁間距為10 m，中間采用中間橫梁連接，橫梁寬度3.75 m，間距15 m。門機(jī)吊布置在南塔B1、B2梁段橋軸線處；北塔布置在Z1、Z2梁段橋軸線處。門機(jī)吊起吊區(qū)域在B1、B2（Z1、Z2）系 梁之間。門機(jī)吊布置見圖1，圖2。

圖1 橋面門機(jī)吊平面布置圖（單位：mm）

圖2 門機(jī)吊布置照片

3.2.2 門機(jī)吊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

門機(jī)吊門架采用貝雷架，門機(jī)吊凈跨度24 m，高度約13 m，底座寬度7.5 m，門機(jī)吊靠近塔柱一側(cè)布置單行軌道。

門機(jī)吊高度為13 m：門機(jī)吊高度≥平板車高度（0.8 m）+放索架高度（2.8 m）+索盤半徑（2.2 m）+吊具高度（3.5 m）+組合滑輪組高度（2.5 m）=11.8 m，則高度滿足要求。

門機(jī)吊凈跨度為24 m：門機(jī)吊跨度≥兩主梁間距（10 m）+2倍放索架寬度（5 m）+2倍行車空間（1 m）=22 m，則凈跨度滿足要求。索盤直徑取4 m，寬度取3.8 m。

固定式門機(jī)吊底座寬度為7.5 m，門機(jī)吊底座坐落在鋼箱梁橫隔板上（橫隔板間距3.75 m），符合鋼箱梁受力要求。

3.2.3 門機(jī)吊性能參數(shù)

設(shè)計(jì)最大起重量80 t；凈跨度24 m；起重高度：軌道以上13 m，軌道以下64 m；起重速度3 m/min；小車行走速度4～5 m/min；整機(jī)行走速度6 m/min；設(shè)計(jì)工作風(fēng)速6級(jí)；工作級(jí)別A3級(jí)。

4 長(zhǎng)重索塔端牽引、張拉施工技術(shù)

4.1 長(zhǎng)重索施工階段牽引力分析

長(zhǎng)索施工階段牽引力統(tǒng)計(jì)見表5。由表中數(shù)據(jù)可知：索梁端錨杯錨固在理論位置后，塔端錨杯牽引至錨箱錨墊板并錨上一個(gè)螺母高度絲牙后，此時(shí)牽引力在370～597 t之間。

表5 斜拉索牽引力統(tǒng)計(jì)表 t

若斜拉索采用鋼絞線牽引，單根鋼絞線平均受力按照15.6 t計(jì)算（0.6倍破斷拉力），則鋼絞線需要39根，目前國(guó)內(nèi)橋梁中從可施工性考慮，軟牽引鋼絞線最大做到25孔（錨具孔分布直徑210 mm）。因此直接采用鋼絞線牽引存在較大施工風(fēng)險(xiǎn)。

若采用軟硬結(jié)合牽引方式，將塔端錨杯離錨墊板上口距離為60 cm時(shí)，使鋼絞線受力轉(zhuǎn)化為張拉桿受力，則鋼絞線在134～242 t之間，單根鋼絞線平均受力按照13 t計(jì)算（0.5倍破斷拉力），只需要19根，可以滿足塔內(nèi)正常操作。

4.2 長(zhǎng)重索塔端軟硬結(jié)合牽引施工工藝

4.2.1 長(zhǎng)重索軟硬結(jié)合牽引結(jié)構(gòu)設(shè)置

軟硬結(jié)合牽引方式見圖3，圖中采用張拉桿將索懸鏈加長(zhǎng)，減小軟牽引鋼絞線受力。張拉桿長(zhǎng)度滿足塔端張拉時(shí)張拉設(shè)備正常使用要求（見圖4），圖中23號(hào)錨環(huán)理論出錨墊板485 mm，圖中實(shí)際考慮630 mm，滿足空間要求。

圖3 軟硬結(jié)合牽引示意圖

圖4 23號(hào)張拉空間圖

4.2.2 長(zhǎng)重索軟硬結(jié)合牽引工藝流程

先用鋼鉸線牽引—牽引拉桿螺母露出錨墊板—插入分離式墊板，將螺母錨固于錨墊板上—更換張拉設(shè)備—錨杯張拉至接近錨墊板—取出墊板，懸平錨杯螺母—張拉設(shè)備更換—斜拉索進(jìn)行一張，二張（如圖5）。

圖5 長(zhǎng)重索軟硬結(jié)合牽引工藝

斜拉索硬牽引階段，中跨與邊跨不能同步進(jìn)行，需先將中跨硬牽引張拉到位，后將邊跨硬牽引張拉到位（見圖6）。斜拉索張拉階段進(jìn)行同步控制。

圖6 斜拉索硬牽引

5 長(zhǎng)重索防扭施工技術(shù)

以下根據(jù)上海長(zhǎng)江大橋斜拉索的長(zhǎng)度長(zhǎng)、質(zhì)量重、直徑大的特點(diǎn)以及索扭轉(zhuǎn)的方向來論述防扭技術(shù)。

5.1 斜拉索扭轉(zhuǎn)力計(jì)算

以最大型號(hào)索為例（PES7-409），斜拉索因本身鋼絲扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的扭矩為19.283 kN·m，計(jì)算見表6，按照同樣方法計(jì)算PES7-241索扭轉(zhuǎn)力矩為8.84 kN·m。扭轉(zhuǎn)力大小與鋼絲層數(shù)有關(guān)，鋼絲層數(shù)多，扭轉(zhuǎn)力大，即索型號(hào)大扭轉(zhuǎn)力大，同時(shí)因索型號(hào)大，索上繞盤時(shí)產(chǎn)生的加扭圈數(shù)也多。另外，鋼絲外圈的纏絲以及PE層護(hù)套能克服部分扭矩，斜拉索只有在張拉力較大時(shí)鋼絲開始出現(xiàn)反扭。

表6 PES7-409索扭矩計(jì)算

索在退扭以及加扭圈數(shù)較小情況下，對(duì)索本身扭轉(zhuǎn)力矩影響不大。見表7。

表7 索本身扭轉(zhuǎn)力矩

5.2 斜拉索防扭轉(zhuǎn)力措施

1）斜拉索在橋面展索、空中掛索階段，盡量將索繞盤時(shí)產(chǎn)生的加扭力釋放，減少索的加扭圈數(shù)。

2）斜拉索牽引階段，采用軟硬結(jié)合牽引方式，盡量減少鋼絞線受力，防止索反扭時(shí)導(dǎo)致鋼絞線扭轉(zhuǎn)。

3）斜拉索硬牽引、張拉階段采用限制索扭轉(zhuǎn)。斜拉索扭轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)張拉桿以及張拉桿螺母同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，千斤頂油缸與拉桿螺母之間的摩擦力太小，不能限制索扭轉(zhuǎn)，需采用防扭轉(zhuǎn)裝置限制索扭轉(zhuǎn)，見圖7。圖中采用張拉桿螺母與承壓板之間的摩擦力克服索扭轉(zhuǎn)，承壓板將扭轉(zhuǎn)力傳遞給千斤頂。以409索為例，拉桿直徑為170 mm，張拉力N=9129.3 kN，摩擦力f=Nμ=9129.3×0.04=365.72 kN，摩擦力產(chǎn)生的扭力矩=365.72×0.085=31.04 kN·m，大于 19.2834 kN·m。

圖7 防扭轉(zhuǎn)裝置

6 結(jié)語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通樞紐愈加繁忙，以前所建的斜拉索橋很難滿足以后交通運(yùn)輸?shù)男枰?，隨之出現(xiàn)的將是大跨徑、超寬橋面以及凈空高的大型斜拉索橋。其中必須首先解決好超長(zhǎng)超重索在施工中的問題，通過上海長(zhǎng)江大橋的施工得出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

1）長(zhǎng)重索在上橋面吊裝過程中的問題，根據(jù)橋面空間、斜拉索的重量、安全、便于施工以及節(jié)省成本等方面選擇起重設(shè)備，保證斜拉索順利上橋面。

2）選擇牽引、張拉方法，根據(jù)梁內(nèi)與塔內(nèi)鋼錨箱空間來決定所采用的張拉方法，另外，根據(jù)索力的大小來選擇張拉方式。

3）長(zhǎng)重索防扭問題，首先在展索的過程中將索纏繞的索力釋放掉，然后在千斤頂上裝防扭裝置防止斜拉索在牽引和張拉過程中由于力過大出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。

[1]JTJ 041—2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]張俊義.橋梁施工常用數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來秦.材料力學(xué)[M].3版.北京：高等教育出版社，1995.