沪杭客专跨沪杭高速公路特大桥系杆索施工技术
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摘要：系杆索是桥梁的重要受力构件,本文通过对沪杭客专跨沪杭高速公路转体桥系杆索的施工安装技术的阐述，探讨系杆索施工过程及控制要点。
关键词：沪杭客专 转体桥钢绞线系杆索 单根换索
新建沪杭铁路客运专线跨沪杭高速特大桥在设计、重量、跨度上创出三个世界第一（图1）：160米自锚上承式钢筋混凝土拱桥跨度为世界第一；软土地基上首次建造160米自锚上承式钢筋混凝土拱桥；单边转体重量为世界同类转体桥梁之最，而一年时间完成更增大了施工难度。
本文重点介绍该桥系杆索部分的安装技术。该桥系杆索由高强度低松弛镀锌预应力钢绞线制成，外包HDPE外防护套，防护套管内含分丝圈，两端采用VSL SSI 2000系列单根锚定夹片式锚具。系杆索共10束，单侧5束分三层布置，上层2束、中间层1束、下层2束，设在箱梁内，锚固在边跨拱肋端部，每束内穿85根φ15.24、1860Mpa高强镀锌无粘结钢绞线，单根钢绞线净长度为338.2米。系杆索每隔6~8米均设一道滚轮托架托住系杆索，使系杆索处于水平状态。
图1特大桥主桥总体布置图（尺寸单位：cm）
系杆索是桥梁的重要受力构件（图2），但由于疲劳、腐蚀等多种因素的影响而导致其使用质量的衰退，为了延长桥梁的使用寿命，需要对系杆索进行换索，因此，这种大规格的系杆索能否成功地进行单根换索也是业界广泛关注的焦点。
二、钢绞线系杆索安装工艺设计
系杆索的安装包括HDPE外套管的预制、安装和焊接；锚具预制、锚具安装；单根钢绞线安装、张拉；索体最终组装等各施工步骤，安装工艺结合本桥的特点，在系杆施索工中采用了一些特殊的施工措施。
1.系杆索总体施工工艺流程：
本系杆索体系的组成主要由自由段和锚固段两部分组成(图1)：
1.1系杆索体自由段：由组在一起且防腐、防机械损伤的钢绞线束外包HDPE管组成。
1.2系杆索体锚固段：由锚具把系杆自由段和锚固点连接起来，使其成为整体受力构件，并最终对其进行整体防护。
2.安装工艺
系杆体系中SSI（即单根钢绞线安装）是本体系的核心所在。既使用小型、轻便设备，精确、高效地完成安装工作，并保证在施工过程中和成桥后单根钢绞线之间的索力偏差及整索索力误差严格控制在设计文件容许范围之内。安装过程主要包括三个步骤：钢绞线安装张拉、索力调整、最终组装。
3.系杆HDPE管及分丝圈的安装
3.1系杆HDPE管的安装
根据现场情况，可以将HDPE管安装分为以下步骤：
3.1.1 HDPE管长度分别为5.8米和11.6米两种规格；
3.1.2在系杆索的一端安装VHJ20型焊接机；
3.1.3采用镜面焊接将两根HDPE管焊接完成；
3.1.4使用5吨卷扬机将焊接完成的HDPE管从一端向另一端牵引；
3.1.5直到一根系杆索的HDPE管长度满足施工要求；
3.1.6HDPE管安装结束。
3.2分丝圈的安装
在桥面组装分丝圈,将组装完成的分丝圈用1.5吨卷扬机从一端牵引到另一端。
4.钢绞线安装及张拉
4.1钢绞线安装准备工作
4.1.1焊接预埋管外的铁制连接器；
4.1.2牵引装置就位：在索体经过的位置安装1台套1.5吨卷扬机；
4.1.3张拉设备就位：张拉油泵和千斤顶放置在工作平台的位置或桥面上；
4.1.4将分丝圈、定位绳（材料为高强钢丝）和牵引绳就位，在桥面组装分丝圈、定位绳和牵引线；
4.1.5在分丝圈的直径两端对称安装定位绳（为了保证分丝圈间距为6米，定位绳采用高强钢丝，高强钢丝在出厂前，每间隔6米处均用计米器标出一个记号，计入高强钢丝的延伸率(其6米为参考值，具体以设计的托架间距为实际值）；
4.1.6在HDPE管组装时在其内预留1根牵引绳，为了牵引卷扬机钢丝绳；
4.1.7在穿板一端与预留牵引绳相连，另一端与卷扬机钢丝绳相连接，穿板的槽口向上放置；
4.1.8缓慢牵引预留绳使卷扬机钢丝绳就位；
4.1.9卸除牵引绳；
4.2钢绞线的安装
4.2.1连接1.5吨大卷扬机钢丝绳和分丝圈牵引线；
4.2.2缓慢开动1.5吨大卷扬机使蜂窝和牵引线就位；
4.2.3在钢绞线的一端进行环向和径向切割，剥去PE层，在钢绞线端部切除6根钢丝，再安装子弹头和空心螺丝，在钢绞线端部安装镦头机、镦头；
4.2.4连接1.5吨大卷扬机钢丝绳和钢绞线；
4.2.5缓慢开动卷扬机，同时使钢绞线保持松弛状态；
4.2.6等钢绞线端头露出锚具端面长度约为1000毫米；
4.2.7安装夹片，并用3/4英寸的镀锌水管将夹片打紧；
4.2.8在钢绞线另一端计入预埋管长度、锚垫板厚度、半圆垫片厚度和锚环厚度、千斤顶工作长度所需要钢绞线预留长度后，切断钢绞线；
4.3安装张拉设备，按照设计索力进行张拉。
4.3.1系杆索的安装指逐根完成钢绞线的穿索并安装夹片、预紧钢绞线使各钢绞线之间的索力均匀。在桥面安装大卷扬机、转向装置，桥面下放置张拉设备。把大卷扬机和钢绞线卷盘放在桥面，并将钢绞线放置在钢绞线支架上，通过桥面顶板放下钢绞线，进入桥面下，然后使用卷扬机牵引使之进入张拉端锚具约1000毫米，安装夹片，使用专用单孔千斤顶开始张拉预紧，第1根钢绞线安装完毕。 类似完成该束其余钢绞线的安装。
4.3.2安装索力的计算
采用单根穿索的方法，为使整束钢绞线安装完成后索力均匀，每根钢绞线安装时的所需要的张拉力是不同的，第1根钢绞线的张拉力最大，随着安装更多的钢绞线，其他钢绞线安装时的张拉力逐渐减小。因此，在穿索前，应对每根钢绞线所需要的安装张拉力进行计算确定，须要以下数据：
钢绞线线密度；钢绞线性能:实测截面积、弹性模量 ；整束安装前、后锚点坐标（设计提供）；整束安装完成后作用在锚具上的力（监理指令要求的安装力）；安装过程中两端锚点实测坐标（监控提供）。
4.4系杆索的张拉或调索
张拉包括对索力增加或减少索力。增加索力性质的张拉可以使用单孔千斤顶或群锚千斤顶进行张拉。减少索力张拉必须使用群锚千斤顶。鉴于此桥的施工技术要求，系杆索在张拉过程中应严格注意对称和同步张拉的原则。
4.4.1使用单孔千斤顶张拉增加索力
4.4.2安装张拉所需主要设备VSL轻型单孔千斤顶；配备高精度数字显式压力油表，其精度可达到0.01Mpa。
4.4.3张拉操作张拉具体操作过程：在锚具上方安装限位圈，将叉刀垂直安放在限位圈上，将单孔千斤顶穿过钢绞线并放低顶住叉刀。限位圈和叉刀配合可使夹片在张拉时有轻微的回缩。（如，当千斤顶张拉钢绞线时，夹片向上顶住叉刀并沿张拉方向放松钢绞线，当千斤顶压力释放时，钢绞线和夹片一起下移然后夹片咬紧钢绞线）千斤顶就位后，操作人员按照现场技术负责人、工程师计算数据开始进行张拉，钢绞线的张拉力通过数显油表的读数反应出来。根据监理指令所要求的张拉力或延伸量的大小，可分一个或多个行程张拉到位。
4.5使用群锚千斤顶减小索力
4.5.1索力的减少采用延伸量予以控制。
4.5.2若保持锚头位置不动而直接放松钢绞线来减少索力，将使钢绞线与锚头产生相对位移，钢绞线原来的锚固点就进入了锚头内部，这样是不符合施工要求的。因此减小索力必须使用群锚千斤顶进行索力释放。减少索力需要放松钢绞线，放松钢绞线是通过调整锚具上的螺母或减少半圆垫片，使夹片与锚环不产生相对位移而达到减少延伸量从而实现索力的减少。每根系杆索每端能减少的最大延伸量为120mm。因此在施工过程中增加索力可以选择相对保守的方法。
5.索力的控制及检验
5.1索力控制
5.1.1系杆索安装所用千斤顶和油压表必须经有效标定，并在有效期内采用ZPE15单孔千斤顶、数显油表及4升油泵车控制索力，单根索力误差可以控制在±2%以内。
5.1.2系杆索的安装前应根据桥梁的具体情况计算出各索中每根钢绞线的初张拉力，并在初张拉后单根索力的均衡性控制在±5%误差范围内，成桥后索股之间索力误差不超过±2%。
5.1.3系杆索的安装应按照单根穿索、单根张拉的安装工艺来执行，该工艺应注明每根系杆索的初张拉索力。
5.1.4为确保每根钢绞线索力的均衡性，允许对每根钢绞线进行单根补偿张拉。
5.1.5为达到期望的索力或桥面线形，对某些索或全部索力进行调整,调整方式可以是单根张拉。最终每根系杆索中单根索力误差不超过±2%。
5.2索力检验
对整束索体抽取20%钢绞线进行索力检查。通过此种方式，可以追溯整个施工过程中的实际索力，整束的索力为：
用经过精确标定的单孔千斤顶提升钢绞线，观察夹片，观察并记录油压表读数。索力检查必须是具有丰富经验的操作技术人员进行。其检查方法步骤如下：
•安装限位圈
•安装索力检查叉刀
•安装索力检查专用千斤顶
•开启油泵，并给油泵缓慢供油
•通过限位圈观察夹片的松动
油压表数值稳定，记录此时数值；该数值即为该根钢绞线的检查索力；按照同样的检查方法，按比例把整束锚具里的钢绞线索力检查完。
6．系杆索体系永久防护
在拉索处于锚具的入口处有定位器，它使得钢绞线束形状紧凑。定位器同时吸收拉索因为荷载引起震动、约束因拉索垂度的变化引起的径向位移，因而有效的保护了拉索锚具。
在锚环内单根钢绞线被VSL拉索夹片所锚固。与锚环相连接的是过渡管，过渡管包括将每个钢绞线锚固在锚环内的单个PE管，以及过渡管内起位置固定作用的一种特殊水泥。这些单个PE管的端部有特殊的定位鞍座和密封圈，定位鞍座使得钢绞线与过渡管有一光滑过渡。密封圈为PE管与单根钢绞线护套间提供紧密的连接。单根钢绞线护套位于PE管内被剥离一段，使得钢绞线与夹片之间可以安全锚接。除了钢绞线以外，所有锚具零部件全部在工厂制造、组装，即现场不需要进行关键部件的组装。最后在锚环上安装一个永久盖帽。
钢绞线系杆体系使单根钢绞线在锚具之间通过护套及单个的PE管，获得了一个完全独立的密封效果。锚固区钢绞线的密封通过过渡管末端的密封圈作为第一道屏障，而PE管内的填充油脂为第二道屏障。
三、小结
目前，在国内各类桥梁的建设中，系杆索桥应用逐步增多，选择采用钢绞线系杆索因其施工方便快捷、技术先进可靠，可单根更换等特点，必将得到更加广泛的应用。
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