懸索橋施工技術
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件的橋梁，由主纜索、索塔、錨碇、吊索（吊桿）、橋面結構等部分組成。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構的索塔；在索塔的頂部設置有索鞍，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。主纜索經過轉向、展開、錨固等構件進入錨碇。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，將橋面結構的重力傳遞到主纜索上；在橋面和吊索之間通常設置有加勁梁，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條件應具有以下特點。（1）錨址區(qū)的地質條件應是區(qū)域穩(wěn)定的。錨址區(qū)不應有滑坡、崩塌、傾倒體及層間滑動等區(qū)域性地質災害存在，不應有深大斷裂帶通過。（2）錨址區(qū)的巖體應具有較強的整體性。錨址區(qū)的巖體不應存在較多的裂隙、層理等地質構造，這些構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，故要求錨址區(qū)的巖體應具有較高的強度以達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，而設計意圖是使荷載完全傳至該持力層，則必須設置沉井、沉箱、大直徑樁（含斜樁）等探基礎，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。其設置應根據(jù)錨洞圍巖整體結構連續(xù)性狀況及錨洞圍巖普遍存在的松弛圈厚度范圍，并結合力學分析的結果綜合確定。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，在主塔連結板的部位要注意預留鋼筋及模板支撐預埋件。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，以便調整塔身混凝土施工，應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量，及時對混凝土配比進行調整。索塔塔身澆筑完成后檢查頂面標高，符合設計要求后清理表面準備安裝索鞍；索鞍既可以整體吊裝，也可以分塊吊運后再組裝；索鞍安裝應嚴格控制索鞍橫向軸線偏差、標高偏差。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索保持平行，并且主纜索在架設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循環(huán)索作為主纜索索股牽引的動力，架設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）線形調整；（6）主纜定型；（7）安裝索夾、吊索。主纜索架設方法分為空中送絲法（As法）及預制索股法（Pws法）。無論采用那種架設方法，均需要設置一根基準絲（或基準股），用于調整其他絲股的垂直度。為主纜索的整形、線性調整及定型做好基礎；國內廣東汕頭海灣大橋、虎門大橋、西陵大橋、江陰長江大橋都是采用預制索股法進行架設的。主纜索初步整形應選在氣溫穩(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，空隙率均應滿足設計要求。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，立即將其與對應的吊索相連，使其自重由吊索傳給主纜。懸索橋加勁梁架設時一般采用纜載起重機、纜索起重機、大型浮吊進行架設。纜載起重機由主梁、端梁及各種運行、提升機構組成。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，起重機應設置與索夾相對固定抱緊的機構，以承受起吊時產生的下滑力；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索塔上架設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時使用比較少。纜索起重機架設前需要架設大量承重索及牽引索，使得架設成本大幅提升。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，但架梁是應注意主纜索的保護。加勁梁的架設時可采用由索塔向跨中架設，也可以采用由跨中向索塔方向架設；從索塔側開始吊裝的優(yōu)點是施工比較方便，缺點是橋塔兩側的索夾首先夾緊，此時主纜形狀與最終幾何線形差別最大，因而主纜中的次應力較大；而從跨中向索塔方向架設優(yōu)點是：在架設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，為避免塔頂產生過大的縱向位移，應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，在橋梁建設的同時也為我國懸索橋施工技術提供寶貴的技術經驗，也為我國懸索橋施工技術進一步發(fā)展奠定基礎。
參 考 文 獻
[1]鐵道部大橋工程具橋梁科學研究所編．懸索橋．北京：科學技術文獻出版社，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．北京：科學出版社，1998
[3]潘振胄．大跨徑懸索橋主纜架設技術．中外公路．2001
