空間預(yù)應(yīng)力索桁架步行橋施工技術(shù)

1、施工技術(shù)C ONSTRUCTI ON TECH NO LOGY 2003年7月第32卷第7期空間預(yù)應(yīng)力索桁架步行橋施工技術(shù)歐陽平(中鐵十一局集團有限公司,湖北襄樊441003摘要208m 跨通天橋工程地處海峽,設(shè)計采用了空間預(yù)應(yīng)力索桁架新型結(jié)構(gòu),本文介紹其結(jié)構(gòu)與施工技術(shù)。關(guān)鍵詞橋梁工程;預(yù)應(yīng)力;空間預(yù)應(yīng)力索桁架;步行橋;環(huán)氧噴涂鋼絞線;索夾中圖分類號T U7581166文獻標識碼A 文章編號100228498(20030720030203Study of Construction Technology of Spatial Prestressed C able W alking BridgeO

2、UY AN G Ping(No .11Chinese Railway Bureau Group Co .,Ltd .,Xiangfan ,Hubei 441003,China Abstract :T ongtian Bridge project ,whose span is 208m ,located in a channel.Engineers adopted a new structure ,the spatial pres 2tressed cable truss ,in the design of this bridge.In this article ,the author intr

3、oduces its structure and construction technologies.K ey w ords :bridge engineering ;prestress ;spatial prestressed cable truss ;walking bridge ;epoxy spray steel strand ;cord clip 收稿日期2003202221作者簡介歐陽平(1964,男,江西吉安人,中鐵十一局集團有限公司高級工程師,湖北襄樊市長虹路338號441003,電話:137*通天橋工程位于浙江省九龍山旅游度假區(qū),包括主橋和引橋兩部分。由于橋址位于海峽風口,風

4、力大,潮水急,海底深達30m ,故采用空間預(yù)應(yīng)力索桁架結(jié)構(gòu),主跨長208m ,1跨跨越海峽。橋面采用拉板網(wǎng)結(jié)構(gòu),風阻小。該步行橋結(jié)構(gòu)形式新穎、自重較輕、抗風性能好、跨越能力強,具有良好的景觀效應(yīng)(見圖1。工程于2000年12月28日開工,2002年8月6日竣工。A 主纜;B 橋面纜;C 欄桿纜;D 抗風纜;E 北背纜;F 南背纜;G 主纜與橋面框架間系索;H 主纜與抗風纜間系索;I 抗風纜與橋面框架間系索;L 兩主纜間系索;O 撐桿頂節(jié)點間系索;M 索塔;K 橋面框架;N 撐桿與抗風錨碇間系索圖1通天橋示意1結(jié)構(gòu)構(gòu)造及特點該橋由承重索、背索、橋面索及抗風索等組成。其中主塔由塔基、撐桿組成,南北

5、各設(shè)2根撐桿,于南北塔基上橫橋向呈“V ”形布置,東西塔頂節(jié)點通過塔頂系索O 相連,并通過索塔與抗風錨碇間系索N 錨固于抗風錨碇上。南北索塔頂通過承重主纜A 和背纜E 、F 連接。承重主纜為包PE 的環(huán)氧噴涂鋼絞線,呈矩陣分散排列。承重纜和背纜與塔頂為銷接方式。邊跨背纜由包PE 鋼絞線排列成六角形斷面。橋面纜Bn 、Bs 由包PE 的環(huán)氧噴涂鋼絞線并排而成,南北分2段,于跨中位置25號橋面框架處通過擠壓錨連接。承重纜與橋面纜在跨中聯(lián)結(jié),跨間由系索G 相連,系索上端掛在承重纜索夾上,下端吊有橋面半框架,橋面纜用U 形螺栓倒扣在半框架橫梁上。橋面纜兩端用帶壓板夾片錨錨固于索塔墩體背面。半框架兩側(cè)立

6、柱作為欄桿立柱,上設(shè)扶手索C 及欄桿鋼絲繩。橋面兩側(cè)設(shè)抗風纜D ,由包PE 的環(huán)氧噴涂鋼絞線組成?？癸L纜在跨中固結(jié)于橋面半框架下角,在跨間通過上、下系索H 、I 分別與承重纜及橋面半框架下角相連?？癸L纜兩端均用夾片錨錨固于抗風錨碇上?？臻g預(yù)應(yīng)力索桁架橋結(jié)構(gòu)具有以下特點:使用環(huán)氧噴涂與高密度聚乙烯護套的高強度鋼絞線作為索材料,解決海洋結(jié)構(gòu)的防腐問題;施加拉力后的空間索桁架,使結(jié)構(gòu)的豎向和側(cè)向剛度均有很大提高;承重索、背索、抗風索均為單根鋼絞線分散排列合成的索,由索夾固定;橋面采用透風的拉板網(wǎng)結(jié)構(gòu),大大提高了結(jié)構(gòu)抗風穩(wěn)定性;索桁架所形成的6張曲形空間索面外觀輕盈美觀,橋3上、橋下暢通無阻。2施工工

7、藝流程撐桿管段加工現(xiàn)場焊接拼裝南北塔搭設(shè)貝雷塔架搭塔架斜坡引道撐桿整體吊裝就位利用貝雷塔架架設(shè)貓道在貓道上制作主纜主纜吊裝架空運輸索道架設(shè)安裝橋面鋼框架鋪橋面纜轉(zhuǎn)型貓道制作安裝抗風纜橋面拉板網(wǎng)安裝欄桿索安裝調(diào)索裝飾及防護清理場地。3關(guān)鍵施工技術(shù)311外傾撐桿整體安裝技術(shù)承重主塔由塔基、撐桿組成,塔基為鑄鋼件,撐桿為鋼管混凝土結(jié)構(gòu),桿身長27m,南北各2根。主塔撐桿采用“搖柱式”,下端為撐桿頭與撐桿座組成的球形鉸接式單柱結(jié)構(gòu),以適應(yīng)橋梁由于溫度、荷載變化導(dǎo)致索長、索力及空間節(jié)點位置變化。由于底部有腳鉸,撐桿承受的荷載彎矩大幅度下降,31111加工制作撐桿座、撐桿頭及頂節(jié)點等為鑄鋼件,在工廠加工制

8、作后與鋼管一起運到現(xiàn)場,每一撐桿共分3段制作,吊放于作業(yè)平臺上加法蘭連接后施焊。31112吊裝準備撐桿現(xiàn)場焊接檢測合格后即可吊裝。吊裝前,先在南北塔基上搭設(shè)貓道的貝雷塔架,作為撐桿吊裝過程的臨時固定設(shè)施。根據(jù)鋼管本身的承載力和剛度作吊點計算和驗算,并使撐桿頭稍下傾,便于撐桿頭先放入撐桿座球鉸內(nèi)。清理橋址現(xiàn)場雜物,以便吊船定位、拋錨、吊裝作業(yè)。31113撐桿吊裝單根撐桿長27m,采用在平臺上拼接成整體、單根撐桿整體吊裝后壓漿充填的方案。吊裝采用浮吊,先將撐桿頭放入撐桿座球鉸內(nèi),然后將整根撐桿調(diào)整至基本豎直,在撐桿下部球鉸外側(cè)臨時用鋼絲繩和環(huán)形箍將撐桿底部固定,上部與貝雷架間采用滑輪組固定,滑輪組

9、可收放使撐桿上段豎直或傾倒,其它3個方向用<20mm抗風纜錨固(迎水面拉至對岸承臺預(yù)留孔。兩撐桿成“”形直立于塔體貝雷架兩側(cè)并與貝雷架連接牢固,在安裝貓道和橋面主纜期間撐桿保持不動。31114撐桿就位主纜在貓道上編制、吊裝后,通過放松撐桿與貝雷架間滑輪組使撐桿上段向外傾倒,逐步將撐桿由“”形轉(zhuǎn)換成“”形,同時收放撐桿纜風繩,撐桿底腳環(huán)形箍也同時放松,將撐桿上段向兩側(cè)張開。在撐桿外傾過程中,主纜兩端逐步遠離,順序完成8根主纜間系索L的安裝。之后安裝撐桿間系索O、背纜及撐桿與抗風錨碇間系索N,調(diào)節(jié)撐桿基本至設(shè)計位置。各系索及纜風繩可保持撐桿在上部結(jié)構(gòu)安裝及調(diào)索階段的穩(wěn)定性。31115撐桿壓漿

10、主橋初步成型后,利用預(yù)留孔對撐桿進行壓漿。壓漿前,撐桿加勁肋兩端與貝雷架用2道剛性桿連接,以解決撐桿壓漿時的變形。312預(yù)應(yīng)力索施工技術(shù)31211主索施工本工程參照懸索橋施工中的“預(yù)制平行束股法”進行主纜施工。在南北塔間架設(shè)1組貓道,作為主纜制作的場地和成型的模具,主纜在貓道上編制成型后整體吊裝與撐桿頂節(jié)點連接。(1鋼絞線下料主纜兩端均為擠壓錨,擠壓施工后長度不可調(diào)整,因此長度控制尤為關(guān)鍵。實際下料時,按照“下料長度=修正后的無應(yīng)力長度+施工長度”來進行控制。根據(jù)安裝工藝,需設(shè)置1根基準索股來控制主索索夾及連接頭安裝位置和主索索長。在編束過程中,每根鋼絞線均需調(diào)整成與基準索股相同的跨度和垂度,

11、則其所受拉力、線型及總長應(yīng)與基準索股一樣。下料后,選1根鋼絞線作基準索股,在外包PE上根據(jù)監(jiān)控提供的索夾間距,由中間向兩端準確標記出索夾的位置。(2主纜編束主纜制作時必須采取措施保證索夾及連接頭與主索各鋼絞線之間的相對位置和角度,以確保全橋安裝調(diào)索后主索線形及構(gòu)件受力情況符合設(shè)計要求。先將鋼絞線人工搬運至貓道上整齊排列,按自下而上、由中間向兩端、對稱的順序安裝索夾。安裝時,索夾夾槽內(nèi)用環(huán)氧樹脂座漿,鋼絞線呈矩陣排列,鋼絞線與夾板分層安裝并用螺栓夾緊。主纜是全橋受力的生命線,主纜內(nèi)28根鋼絞線受力要均勻,這是其施工過程中的控制原則。編束前,應(yīng)先放基準索股來確定各鋼絞線的無應(yīng)力長度;為保證鋼絞線在

12、安裝過程中不纏扭,可根據(jù)鋼絞線設(shè)計的排列順序制作限位架,使同一根鋼絞線在每個索夾中的位置一致,各鋼絞線受力情況一致,以確保各節(jié)段間索長一致。索夾安裝時,利用木制楔形塊來實現(xiàn)相鄰索夾間的相對轉(zhuǎn)角。各鋼絞線從1號索夾按照“就近排列”的原則穿過連接頭底板,1號索夾與連接頭間鋼絞線要順直,不得扭絞、交叉;同時要準確控制擠壓錨具安裝位置,使主纜內(nèi)該段鋼絞線長度一致,從而使各鋼絞線受力均勻。擠壓施工時擠壓力不得小于260kN,確保擠壓套與鋼絞線之間的握裹力。(3主纜吊裝吊裝過程中撐桿尚處于不穩(wěn)定狀態(tài),吊裝前要對撐桿用臨時背索、聯(lián)系索等進行加固。牽引主纜的鋼絲繩及滑輪組按照容許應(yīng)力法進行驗算,采用<3

13、6mm鋼絲繩牽引。撐桿及纜風系統(tǒng)驗算以剛度保證和穩(wěn)定性為主,鋼絲繩及滑輪組驗算以強度保證為主。主索在貓道上編制成束、連接頭拼裝擠壓、做索夾防護后,兩端利用卷揚機牽引連接頭至頂節(jié)點并與其銷接。主纜吊裝采用單端先起吊,另一端用鋼絲繩與貝雷架臨時連接的方法進行。起吊前解除主纜同貓道的一切聯(lián)系,利用安裝在撐桿頂部的導(dǎo)向滑輪及卷揚機緩慢提升至頂節(jié)132003N o.7歐陽平:空間預(yù)應(yīng)力索桁架步行橋施工技術(shù)點,待連接頭與頂節(jié)點就位后,插入銷軸固定。31212橋面索施工該橋不設(shè)加勁梁,橋面系由橋面框架、橋面索、橋面拉板網(wǎng)等組成。橋面框架間距412m ,位于橋面纜下方,由U 形螺栓與橋面纜連接固定,拉板網(wǎng)直接

14、鋪在橋面索上。橋面框架的安裝順序為先跨中后兩端。為安裝跨中處橋面框架,利用安置在南北塔基上的貓道貝雷架作塔架,架設(shè)1組往復(fù)式運輸索道,索道牽引系統(tǒng)布置在橋梁中線位置。安裝時將跨中各框架于北塔處吊起、通過架空運輸索道將其水平運至設(shè)計位置,調(diào)整其高度并與承重主纜相連接。由于2根主索間距大于橋面框架長度,跨中框架與主纜連接前需在跨中利用倒鏈將兩主纜拉近,利用索夾螺栓將其與框架連接。對一般框架,在貓道上人工搬運至設(shè)計位置,并與吊掛在主纜上的各吊桿銷接。橋面索分南北2段。下料時,根據(jù)監(jiān)控提供長度,設(shè)置3根定位索,在各定位索上作好分段標記。從貓道上將各鋼絞線搬運至安裝位置,順序排放在橋面框架上并用U 形螺

15、栓將各索與橋面框架緊固定位,3根定位索分別安放在框架中部及兩端,U 形螺栓擰緊;其余各索U 形螺栓稍松以便橋面索張拉。在跨中25號橋面框架兩端將各橋面索擠壓錨固, 南北塔處各索穿過塔墩體混凝土預(yù)留孔后用夾片錨錨固于墩體背面。張拉時,先張拉3根定位索并帶動橋面框架就位,再張拉其余各索,將U 形螺栓與橋面框架擰緊。31213抗風索的制作及安裝抗風纜制作工藝與主纜基本相同,但抗風纜是呈上拱,原貓道為下垂,不能滿足抗風索安裝的線形要求。因此橋面纜安裝完成后,利用橋面框架及橋面索鋪裝木板作為抗風纜制作轉(zhuǎn)型貓道,貓道寬4m 。其拱度基本符合抗風索在無應(yīng)力狀態(tài)下的線形,可保證抗風纜最終成型。在轉(zhuǎn)型貓道上、橋

16、面框架立柱外側(cè)制作抗風纜,索夾防護后,由安置在南北兩岸的卷揚機分別牽引抗風纜兩端至各抗風錨碇上,并用夾片錨錨固在抗風錨碇錨塊混凝土上,在牽引抗風索就位的過程中,同時安裝抗風纜與鋼框架、抗風纜與主纜間的系索?？癸L索于抗風錨碇前端以連接器進行連接,安裝抗風纜后,先用錨碇后端夾片錨調(diào)索,再澆筑后澆混凝土,待混凝土達到設(shè)計強度后,將錨固段索張拉至018倍標準強度(見圖2。圖2抗風纜錨固構(gòu)造示意(單位:cm 313上部結(jié)構(gòu)調(diào)索上部索結(jié)構(gòu)的形狀與受力密切相關(guān),除要保證索力準確外還應(yīng)盡量保證節(jié)點坐標準確,為此,在上部空間預(yù)應(yīng)力索桁架結(jié)構(gòu)安裝及調(diào)索時采用索長和索力雙控制?？紤]空間結(jié)構(gòu)各索相互影響、撐桿的不確定

17、性及施工誤差等因素,施工過程以索力控制為主,索長控制為輔,索長控制通過節(jié)點空間坐標來反映。在滿足設(shè)計要求索力的情況下,各節(jié)點的空間位置可適當調(diào)整。調(diào)索工作分初步調(diào)整和最終調(diào)整2個階段。初步調(diào)整目的是使各索均參與受力,節(jié)點基本到位;最終調(diào)整目的是達到設(shè)計索力和空間線形。按照各索索力的影響系數(shù)關(guān)系,確定調(diào)索的順序為:背纜E 、F 索撐桿位置撐桿與抗風錨碇間系索N 橋面索B 抗風纜D 索欄桿索C 。調(diào)索時利用壓力傳感器和張拉千斤頂進行讀數(shù)控制。調(diào)索方法:從1束纜索中受力最大的1根鋼絞線開始調(diào)整,調(diào)整到適當?shù)乃髁r,利用單孔錨具將傳感器錨固,再利用張拉千斤頂進行第2根鋼絞線的調(diào)整,使第2根鋼絞線的索力調(diào)整到與錨固在第1根鋼絞線的傳感器上顯示的索力相同為止;按此方法進行其余各鋼絞線索力調(diào)整,直至整