懸索橋施工技術(shù)
2017-04-10
一、懸索橋簡介
懸索橋（suspension bridge）是指以承受拉力的纜索作為主要承重構(gòu)件的橋梁，由主纜索、索塔、錨碇、吊索（吊桿）、橋面結(jié)構(gòu)等部分組成。主纜索通過索鞍懸掛于索塔并錨固于兩岸（或橋兩端）作為主要承重構(gòu)件，一般由多股鋼絲擠壓成，每股鋼絲由多根鋼絲組成；主纜索幾何形狀由力的平衡條件決定，一般接近于拋物線。索塔主要承受主纜索的壓力，一般采用混凝土澆筑而成，也有部分橋梁采用鋼結(jié)構(gòu)的索塔；在索塔的頂部設(shè)置有索鞍，用于支撐主纜索。錨碇是主纜索錨固裝置的總稱，由砼錨塊（含鋼筋）及支架、錨桿、鞍座（散索鞍）等組成。主纜索經(jīng)過轉(zhuǎn)向、展開、錨固等構(gòu)件進入錨碇。吊索是從主纜索垂下的纜索，用于將橋面吊住。吊索通過索夾與主纜索相連，將橋面結(jié)構(gòu)的重力傳遞到主纜索上；在橋面和吊索之間通常設(shè)置有加勁梁，并同纜索形成組合體系，以減小活載所引起的撓度變形。懸索橋按纜索體系可分為單跨、雙跨、三跨以及多跨；按照主纜索的錨固方式可分為地錨式、自錨式。
二、懸索橋施工技術(shù)簡介
1．錨碇施工。錨碇主要由錨塊、錨桿、鞍座等組成。錨塊的主要功能是容納錨碇的錨固系統(tǒng)、傳遞大纜拉力到巖體，形式可分為重力式和隧道式；若錨碇處有堅實巖層靠近地表，修建隧道錨有可能比較經(jīng)濟；但隧道錨有傳力機理不明確的缺點。適合建造隧道錨的錨址地質(zhì)條件應(yīng)具有以下特點。（1）錨址區(qū)的地質(zhì)條件應(yīng)是區(qū)域穩(wěn)定的。錨址區(qū)不應(yīng)有滑坡、崩塌、傾倒體及層間滑動等區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害存在，不應(yīng)有深大斷裂帶通過。（2）錨址區(qū)的巖體應(yīng)具有較強的整體性。錨址區(qū)的巖體不應(yīng)存在較多的裂隙、層理等地質(zhì)構(gòu)造，這些構(gòu)造降低了巖體的整體性，對控制隧道錨的變位極為不利。（3）錨址區(qū)的巖體應(yīng)具有較高的強度。由于隧道錨的承載能力與巖體的強度密切相關(guān)，故要求錨址區(qū)的巖體應(yīng)具有較高的強度以達(dá)到隧道錨的承載要求。如果錨塊采用重力式錨，情況一若錨址區(qū)有堅實基巖層靠近地表，應(yīng)讓錨塊嵌入基巖，使位于錨塊前的基巖憑借承壓來抵抗主纜索的拉力，例如廣東汕頭海灣大橋，就是利用兩岸山體巖層來抵抗主纜拉力；若錨址區(qū)堅實基巖位于橋面之下深度不過30～50m，可修建直接坐落在基巖上的錨塊；若堅實基巖層埋識更深，而設(shè)計意圖是使荷載完全傳至該持力層，則必須設(shè)置沉井、沉箱、大直徑樁（含斜樁）等探基礎(chǔ)，這樣的錨碇造價是比較昂貴的。錨桿的主要作用是作為開挖的初期支護、加強錨體、巖體間的連接、提高錨洞周圍開挖擾動帶的強度，同時利用錨桿孔完成對錨體圍巖的灌漿。其設(shè)置應(yīng)根據(jù)錨洞圍巖整體結(jié)構(gòu)連續(xù)性狀況及錨洞圍巖普遍存在的松弛圈厚度范圍，并結(jié)合力學(xué)分析的結(jié)果綜合確定。鞍座直接承受由主纜索作用于散鞍的壓力，并傳遞到基巖層上。
2．索塔施工。索塔塔身一般采用翻模法分段澆筑，在主塔連結(jié)板的部位要注意預(yù)留鋼筋及模板支撐預(yù)埋件。索塔塔身的施工控制主要是垂直度監(jiān)控，每段混凝土施工完畢后，在第二天早晨8：00至9：00間溫度相對穩(wěn)定時，利用全站儀對塔身垂直度進行監(jiān)控，以便調(diào)整塔身混凝土施工，應(yīng)避免在溫度變化劇烈時段進行測試，同時隨時觀測混凝土質(zhì)量，及時對混凝土配比進行調(diào)整。索塔塔身澆筑完成后檢查頂面標(biāo)高，符合設(shè)計要求后清理表面準(zhǔn)備安裝索鞍；索鞍既可以整體吊裝，也可以分塊吊運后再組裝；索鞍安裝應(yīng)嚴(yán)格控制索鞍橫向軸線偏差、標(biāo)高偏差。并要求鞍體底面與底座密貼，四周縫隙用黃油填實。
3．主纜索施工。主纜索是懸索橋的主要受力構(gòu)件，一般由多股鋼索擠壓而成，為確保主纜索受力均勻，主纜索每股鋼索必須與基準(zhǔn)索保持平行，并且主纜索在架設(shè)過程中必須妥善保護，不得損壞主纜索鋼絲。主纜索施工時需要架設(shè)循環(huán)索作為主纜索索股牽引的動力，架設(shè)貓道作為主纜施工的操作平臺，一般主要施工工序為：（1）建立牽引系統(tǒng)、架設(shè)貓道；（2）主纜索股牽引；（3）單端冷鑄錨頭的制作；（4）整形；（5）線形調(diào)整；（6）主纜定型；（7）安裝索夾、吊索。主纜索架設(shè)方法分為空中送絲法（As法）及預(yù)制索股法（Pws法）。無論采用那種架設(shè)方法，均需要設(shè)置一根基準(zhǔn)絲（或基準(zhǔn)股），用于調(diào)整其他絲股的垂直度。為主纜索的整形、線性調(diào)整及定型做好基礎(chǔ)；國內(nèi)廣東汕頭海灣大橋、虎門大橋、西陵大橋、江陰長江大橋都是采用預(yù)制索股法進行架設(shè)的。主纜索初步整形應(yīng)選在氣溫穩(wěn)定的夜間進行。整形時首先在主跨1/2，3/4，邊跨1/2處確定鋼絲束排列有無差異、鋼絲是否平行。若有則及時調(diào)整。然后用鋼帶打包捆扎，捆扎間距開始較大，然后用二分法加密直到2.5m～5m一道。主纜索初步整形后需要利用緊纜機擠緊，擠緊首先從兩主塔向中跨跨中擠緊，然后再從主塔分別向兩邊跨擠緊，擠緊間距為1m。擠緊后在擠緊壓塊前后備用鋼帶捆扎一道，間距約0.5m。主纜索擠緊后主纜斷面，空隙率均應(yīng)滿足設(shè)計要求。主纜索在完成大部分恒載作用之后進行主纜纏絲及主纜防腐工作。
4．加勁梁施工。懸索橋加勁梁多用鋼桁架，其架設(shè)方式也像鋼桁架橋那樣。在每一梁段拼好以后，立即將其與對應(yīng)的吊索相連，使其自重由吊索傳給主纜。懸索橋加勁梁架設(shè)時一般采用纜載起重機、纜索起重機、大型浮吊進行架設(shè)。纜載起重機由主梁、端梁及各種運行、提升機構(gòu)組成。起重機在主纜上運行及工作，故主梁的跨度即為兩主纜的中心距，并且起重機運行機構(gòu)必須能跨越索夾障礙的功能。在索塔附近架梁時，由于主纜索存在較大傾斜，起重機應(yīng)設(shè)置與索夾相對固定抱緊的機構(gòu)，以承受起吊時產(chǎn)生的下滑力；纜索起重機主要由起重小車、承重索、牽引索等組成；起重機架梁前需要在兩側(cè)索塔上架設(shè)起重機所需要的承重索及牽引索。承重索承受起重小車及加勁梁的重力，由牽引索承受吊梁時的下滑力并牽引起重機走行。三種架設(shè)方法相比，大型浮吊由于受環(huán)境因素、通航條件等條件限制架設(shè)時使用比較少。纜索起重機架設(shè)前需要架設(shè)大量承重索及牽引索，使得架設(shè)成本大幅提升。纜載起重機由于直接支撐在主纜索上，既節(jié)約成本，架梁也方便，因此廣泛用于懸索橋加勁梁的架設(shè)，但架梁是應(yīng)注意主纜索的保護。加勁梁的架設(shè)時可采用由索塔向跨中架設(shè)，也可以采用由跨中向索塔方向架設(shè)；從索塔側(cè)開始吊裝的優(yōu)點是施工比較方便，缺點是橋塔兩側(cè)的索夾首先夾緊，此時主纜形狀與最終幾何線形差別最大，因而主纜中的次應(yīng)力較大；而從跨中向索塔方向架設(shè)優(yōu)點是：在架設(shè)索塔附近的加勁梁段時，主纜線形已非常接近其最終幾何形狀，此時將橋塔附近的索夾夾緊，主纜的永久性角變位最小，缺點是如果邊跨較長，為避免塔頂產(chǎn)生過大的縱向位移，應(yīng)從兩岸向橋塔方向同時吊裝邊跨梁段。例如廣東汕頭海灣大橋就是采用由索塔向跨中架設(shè)的方案，而虎門大橋吊裝次序就是先吊跨中段，再從跨中對稱向兩橋塔前進，直至合攏。當(dāng)加勁梁的重力作用到主纜索上時，主纜索的形狀將改變，所以在吊裝過程中上緣一般都頂緊而下緣張開，直至全部吊裝完畢下緣才閉合。一般的做法是：在架設(shè)的開始階段，使各梁段在上緣鉸接，而使下緣張開，待加勁梁架設(shè)使得主纜索線形比較接近最終線形時，再將這一部分梁段下緣強制閉合。
懸索橋因其受力性能好，跨越能力強，輕型美觀，施工方便成為大跨度橋梁首選橋型。從90年代初，國內(nèi)開始發(fā)展現(xiàn)代化長大懸索橋，如汕頭海灣大橋，廣東虎門大橋，廈門海滄大橋等，在橋梁建設(shè)的同時也為我國懸索橋施工技術(shù)提供寶貴的技術(shù)經(jīng)驗，也為我國懸索橋施工技術(shù)進一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]鐵道部大橋工程具橋梁科學(xué)研究所編．懸索橋．北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1996
[2]廣東汕頭海灣大橋公司等編．廣東汕頭海灣大橋工程總結(jié)．北京：科學(xué)出版社，1998
[3]潘振胄．大跨徑懸索橋主纜架設(shè)技術(shù)．中外公路．2001
