悬索桥施工技术
2017-04-10
一、悬索桥简介
悬索桥（suspension bridge）是指以承受拉力的缆索作为主要承重构件的桥梁，由主缆索、索塔、锚碇、吊索（吊杆）、桥面结构等部分组成。主缆索通过索鞍悬挂于索塔并锚固于两岸（或桥两端）作为主要承重构件，一般由多股钢丝挤压成，每股钢丝由多根钢丝组成；主缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近于抛物线。索塔主要承受主缆索的压力，一般采用混凝土浇筑而成，也有部分桥梁采用钢结构的索塔；在索塔的顶部设置有索鞍，用于支撑主缆索。锚碇是主缆索锚固装置的总称，由砼锚块（含钢筋）及支架、锚杆、鞍座（散索鞍）等组成。主缆索经过转向、展开、锚固等构件进入锚碇。吊索是从主缆索垂下的缆索，用于将桥面吊住。吊索通过索夹与主缆索相连，将桥面结构的重力传递到主缆索上；在桥面和吊索之间通常设置有加劲梁，并同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形。悬索桥按缆索体系可分为单跨、双跨、三跨以及多跨；按照主缆索的锚固方式可分为地锚式、自锚式。
二、悬索桥施工技术简介
1．锚碇施工。锚碇主要由锚块、锚杆、鞍座等组成。锚块的主要功能是容纳锚碇的锚固系统、传递大缆拉力到岩体，形式可分为重力式和隧道式；若锚碇处有坚实岩层靠近地表，修建隧道锚有可能比较经济；但隧道锚有传力机理不明确的缺点。适合建造隧道锚的锚址地质条件应具有以下特点。（1）锚址区的地质条件应是区域稳定的。锚址区不应有滑坡、崩塌、倾倒体及层间滑动等区域性地质灾害存在，不应有深大断裂带通过。（2）锚址区的岩体应具有较强的整体性。锚址区的岩体不应存在较多的裂隙、层理等地质构造，这些构造降低了岩体的整体性，对控制隧道锚的变位极为不利。（3）锚址区的岩体应具有较高的强度。由于隧道锚的承载能力与岩体的强度密切相关，故要求锚址区的岩体应具有较高的强度以达到隧道锚的承载要求。如果锚块采用重力式锚，情况一若锚址区有坚实基岩层靠近地表，应让锚块嵌入基岩，使位于锚块前的基岩凭借承压来抵抗主缆索的拉力，例如广东汕头海湾大桥，就是利用两岸山体岩层来抵抗主缆拉力；若锚址区坚实基岩位于桥面之下深度不过30～50m，可修建直接坐落在基岩上的锚块；若坚实基岩层埋识更深，而设计意图是使荷载完全传至该持力层，则必须设置沉井、沉箱、大直径桩（含斜桩）等探基础，这样的锚碇造价是比较昂贵的。锚杆的主要作用是作为开挖的初期支护、加强锚体、岩体间的连接、提高锚洞周围开挖扰动带的强度，同时利用锚杆孔完成对锚体围岩的灌浆。其设置应根据锚洞围岩整体结构连续性状况及锚洞围岩普遍存在的松弛圈厚度范围，并结合力学分析的结果综合确定。鞍座直接承受由主缆索作用于散鞍的压力，并传递到基岩层上。
2．索塔施工。索塔塔身一般采用翻模法分段浇筑，在主塔连结板的部位要注意预留钢筋及模板支撑预埋件。索塔塔身的施工控制主要是垂直度监控，每段混凝土施工完毕后，在第二天早晨8：00至9：00间温度相对稳定时，利用全站仪对塔身垂直度进行监控，以便调整塔身混凝土施工，应避免在温度变化剧烈时段进行测试，同时随时观测混凝土质量，及时对混凝土配比进行调整。索塔塔身浇筑完成后检查顶面标高，符合设计要求后清理表面准备安装索鞍；索鞍既可以整体吊装，也可以分块吊运后再组装；索鞍安装应严格控制索鞍横向轴线偏差、标高偏差。并要求鞍体底面与底座密贴，四周缝隙用黄油填实。
3．主缆索施工。主缆索是悬索桥的主要受力构件，一般由多股钢索挤压而成，为确保主缆索受力均匀，主缆索每股钢索必须与基准索保持平行，并且主缆索在架设过程中必须妥善保护，不得损坏主缆索钢丝。主缆索施工时需要架设循环索作为主缆索索股牵引的动力，架设猫道作为主缆施工的操作平台，一般主要施工工序为：（1）建立牵引系统、架设猫道；（2）主缆索股牵引；（3）单端冷铸锚头的制作；（4）整形；（5）线形调整；（6）主缆定型；（7）安装索夹、吊索。主缆索架设方法分为空中送丝法（As法）及预制索股法（Pws法）。无论采用那种架设方法，均需要设置一根基准丝（或基准股），用于调整其他丝股的垂直度。为主缆索的整形、线性调整及定型做好基础；国内广东汕头海湾大桥、虎门大桥、西陵大桥、江阴长江大桥都是采用预制索股法进行架设的。主缆索初步整形应选在气温稳定的夜间进行。整形时首先在主跨1/2，3/4，边跨1/2处确定钢丝束排列有无差异、钢丝是否平行。若有则及时调整。然后用钢带打包捆扎，捆扎间距开始较大，然后用二分法加密直到2.5m～5m一道。主缆索初步整形后需要利用紧缆机挤紧，挤紧首先从两主塔向中跨跨中挤紧，然后再从主塔分别向两边跨挤紧，挤紧间距为1m。挤紧后在挤紧压块前后备用钢带捆扎一道，间距约0.5m。主缆索挤紧后主缆断面，空隙率均应满足设计要求。主缆索在完成大部分恒载作用之后进行主缆缠丝及主缆防腐工作。
4．加劲梁施工。悬索桥加劲梁多用钢桁架，其架设方式也像钢桁架桥那样。在每一梁段拼好以后，立即将其与对应的吊索相连，使其自重由吊索传给主缆。悬索桥加劲梁架设时一般采用缆载起重机、缆索起重机、大型浮吊进行架设。缆载起重机由主梁、端梁及各种运行、提升机构组成。起重机在主缆上运行及工作，故主梁的跨度即为两主缆的中心距，并且起重机运行机构必须能跨越索夹障碍的功能。在索塔附近架梁时，由于主缆索存在较大倾斜，起重机应设置与索夹相对固定抱紧的机构，以承受起吊时产生的下滑力；缆索起重机主要由起重小车、承重索、牵引索等组成；起重机架梁前需要在两侧索塔上架设起重机所需要的承重索及牵引索。承重索承受起重小车及加劲梁的重力，由牵引索承受吊梁时的下滑力并牵引起重机走行。三种架设方法相比，大型浮吊由于受环境因素、通航条件等条件限制架设时使用比较少。缆索起重机架设前需要架设大量承重索及牵引索，使得架设成本大幅提升。缆载起重机由于直接支撑在主缆索上，既节约成本，架梁也方便，因此广泛用于悬索桥加劲梁的架设，但架梁是应注意主缆索的保护。加劲梁的架设时可采用由索塔向跨中架设，也可以采用由跨中向索塔方向架设；从索塔侧开始吊装的优点是施工比较方便，缺点是桥塔两侧的索夹首先夹紧，此时主缆形状与最终几何线形差别最大，因而主缆中的次应力较大；而从跨中向索塔方向架设优点是：在架设索塔附近的加劲梁段时，主缆线形已非常接近其最终几何形状，此时将桥塔附近的索夹夹紧，主缆的永久性角变位最小，缺点是如果边跨较长，为避免塔顶产生过大的纵向位移，应从两岸向桥塔方向同时吊装边跨梁段。例如广东汕头海湾大桥就是采用由索塔向跨中架设的方案，而虎门大桥吊装次序就是先吊跨中段，再从跨中对称向两桥塔前进，直至合拢。当加劲梁的重力作用到主缆索上时，主缆索的形状将改变，所以在吊装过程中上缘一般都顶紧而下缘张开，直至全部吊装完毕下缘才闭合。一般的做法是：在架设的开始阶段，使各梁段在上缘铰接，而使下缘张开，待加劲梁架设使得主缆索线形比较接近最终线形时，再将这一部分梁段下缘强制闭合。
悬索桥因其受力性能好，跨越能力强，轻型美观，施工方便成为大跨度桥梁首选桥型。从90年代初，国内开始发展现代化长大悬索桥，如汕头海湾大桥，广东虎门大桥，厦门海沧大桥等，在桥梁建设的同时也为我国悬索桥施工技术提供宝贵的技术经验，也为我国悬索桥施工技术进一步发展奠定基础。
参 考 文 献
[1]铁道部大桥工程具桥梁科学研究所编．悬索桥．北京：科学技术文献出版社，1996
[2]广东汕头海湾大桥公司等编．广东汕头海湾大桥工程总结．北京：科学出版社，1998
[3]潘振胄．大跨径悬索桥主缆架设技术．中外公路．2001
