矮塔斜拉桥拉索首次实桥单根钢绞线换索及工法研究

矮塔斜拉桥拉索首次实桥单根钢绞线换索及工法研究

邱敏1欧阳效勇2王仁贵3覃巍巍1王梓夫3

1柳州欧维姆机械股份有限公司柳州545006

2中交第二公路工程局有限公司西安710065

3中交公路规划设计院有限公司北京100088

摘要：单根钢绞线换索技术是近年来矮塔斜拉桥应用较多的一项拉索技术，该技术的实现可以几十倍的节约后期拉索更换成本和换索时间，大幅降低对交通的影响；但是目前在国内外并没有进行实桥单根钢绞线换索的先例，针对此以佛肇城际铁路的桂丹立交特大桥为背景，进行矮塔斜拉桥拉索首次实桥单根钢绞线换索及工法研究。结果表明：桂丹特大立交应用的单侧双向抗滑矮塔斜拉桥拉索体系完成单根钢绞线换索，具备单根钢绞线换索技术，且换索较为易行。

关键词：矮塔斜拉桥；抗滑装置，实桥单根钢绞线换索；桥梁施工

1引言

矮塔斜拉桥结构特点是在索塔设置索鞍用于拉索转向，拉索穿过索鞍后在梁端两端同时被锚固，考虑索塔两侧在施工及桥梁运营阶段产生的不平衡力的情况，会影响拉索产生滑移现象，在索鞍两侧设置抗滑装置，靠抗滑装置来克服斜拉索的不平衡力[1]，并保证斜拉索可以进行后期更换。

制约拉索换索的方式主要是抗滑装置，老式的抗滑方式是在抗滑装置腔内灌注高强度环氧砂浆，利用环氧砂浆固化后对钢绞线产生的握裹力，达到克服拉索不平衡力效果，如图1所示；此种抗滑方式虽然达到抗滑的目的，但也制约后期换索，高度环氧砂浆与钢绞线及抗滑装置粘结在一起[2]，导致后期换索必须破坏抗滑装置、高强度环氧砂浆和钢绞线，不具备单根钢绞线更换功能。

图1环氧握裹式抗滑形式

单侧双向抗滑矮塔斜拉桥拉索体系主要是改变拉索的抗滑方式，主要特点是单侧双向可换式抗滑装置，该抗滑装置由N个固结在单根钢绞线的抗滑键[3]及锁紧结构组成，抗滑键一端顶压在索鞍端面，另一端顶压在锁紧结构端面，形成对抗滑键两端双向约束，达到拉索抗滑双向目的。单根钢绞线形成独立的抗滑互不影响，拆卸锁紧结构后既可进行单根钢绞线换索。

本研究以桂丹立交特大桥和单侧双向抗滑矮塔斜拉桥拉索体系为研究对象，通过实桥换索验证单侧双向抗滑矮塔斜拉桥拉索体系的单根钢绞线换索的可行性，总结归纳实桥换索的要点和难点，为以后实桥的换索提供技术支持。

2桂丹立交特大桥工程概况

桂丹立交特大桥主桥在新建佛肇城际铁路跨越桂丹路与佛山一环互通立交交叉处，主桥位于R=1800m的圆曲线上。该桥跨径为75+86+168+86+75m的双线曲线矮塔斜拉桥，采用塔梁固结并简支于桥墩之上的连续体系。

该桥梁上锚固点设在主梁顶面下1.3m处，横桥向索间距11.9m，梁顶面以上塔高26m，桥塔呈H形结构，塔上布置8根斜拉索，塔上索间距560mm~627mm不等，拉索采用抗拉强度标准值为fpk=1860MPa、公称直径为15.2mm的钢绞线，每根斜拉索由55根钢绞线组成。

3单根钢绞线换索研究

3.1索体选择

丹立交特大桥每个索面8束拉索，拉索编号依次为C1~C8，此次实桥单根钢绞线换索选择C4号索，索长为120m，索体由55根直径15.2mmPE护套环氧喷涂钢绞线组成，换索选择最难更换的中心钢绞线，其拉索结构示意图如图2所示。

图2矮塔斜拉桥拉索体系结构示意图

3.2换索方案

在单根钢绞线换索的过程中，主要有三个关键环节：拆卸配套部件、抽出原钢绞线和安装新的钢绞线：

（1）根据拉索体系结构图纸，该桥斜拉索换索前需要拆卸的配套部件有：保护罩、减振装置、索箍、防水罩、PE连接装置和单侧双向可换式抗滑装置等6个构件，单侧双向可换式抗滑装置结构较为复杂，拆卸较为困难，其他构件是常规构件，结构简单易拆卸；

单侧双向可换式抗滑装置拆卸方案：因施工误差的存在钢绞线在塔端会有小角度偏心，造成钢绞线对单侧双向抗滑装置的抗滑插片挤压，不能轻易拔出；故此需要对抗滑插片的上排钢绞线进行小幅度的提升，消除钢绞线对抗滑插片的挤压力；抗滑插片单片厚度为26.8mm，需用手拉葫芦等工具将抗滑插片以上的索提升，垂直索的方向向上提高28mm以上的空间，以保证抗滑插片的顺利抽出，最大提升力为需要更换的中心钢绞线上排。

图3单侧双向抗滑装置装配爆炸图

（2）抽出原钢绞线和安装新的钢绞线：在原钢绞线抽出后，如果没有相应的装置牵引新钢绞线，会导致新钢绞线无法安装，所以在原钢绞线抽出的过程中需要布置一个特殊牵引循环，对新的钢绞线牵引安装。

钢绞线牵引循环布置方案：在单根挂索结构基础上的优化设计，提出一种半封闭牵引方案，钢绞线两端分别连接两根牵引绳，原钢绞线在出索口被抽出时，牵引绳也跟随被抽出并代替原钢绞线孔道位置，新的钢绞线两端分别连接两根牵引绳，然后反拉牵引绳牵引新钢绞线到预定孔道，由于钢绞线一端距离出索口（暂定预埋管管口）较远，需要用卷扬机等设备进行牵引。

3.3换索步骤

3.3.1拆卸配套部件

依次拆卸：保护罩→防水罩→PE连接装置→索箍→减振装置→单侧双向抗滑装置→钢绞线放张等配套部件，具体如下：

（1）预埋管口的防水罩以及防水罩顶上的HDPE护套管提升，提升到距离预埋管口距离约1.5m左右的位置固定并对中心钢绞线的上排钢绞线提升，留出足够的出索空间，如图9所示；

（2）拆卸索塔两侧的连接装置并缓慢放下，直至露出塔端的索箍，距离单侧双向可换式抗滑装置1.5m左右固定，留出足够的吊索空间；

（3）将塔端两侧及梁端的索箍和梁端两侧的减振装置；

（4）根据预定方案拆卸抗滑装置，首先拆出锁紧螺母，然后分层提升每排钢绞线，依次拆出抗滑插片直至拆出需要更换的钢绞线下层抗滑插片，方可保证需要更换的钢绞线可以顺利抽出；

图4实桥连接装置拆卸图5拆卸单侧双向抗滑装置

（5）拆卸梁端的保护罩，开始对钢绞线进行放张，用千斤顶和高压油泵进行退锚，将钢绞线放张并取出两端工作夹片。

3.3.2钢绞线的抽出和更换

（1）出索口的选择

钢绞线出索口有3个点可以选择分别是：梁端锚头、塔端的连接装置和预埋管管口。在梁端锚头，虽然比较容易抽出钢绞线，但是往往桥梁的箱梁空间都比较狭小导致拉索无处安放且工人和设备操作空间也受到限制；另在塔端连接装置处，高空作业不易人工操作存在安全隐患，还需布置脚手架等繁琐操作；预埋管管口是比较理想的出索口，因预埋管管口位置设计一般高于桥面50cm以上，人工操作便捷，出索口可以尽可能大且钢绞线抽出后有充足的安放场地，适合布置拉索牵引循环；综合来说预埋管口较为适合作为出索口。

（2）布置牵引循环

布置牵引循环，牵引绳和牵引机分别选择施工常用的钢丝绳和卷扬机，具体操作如下：

①钢绞线两端用穿索器分别连接两段钢丝绳，在出索口抽出钢绞线一端（靠近出索口的一端），然后后卷入索盘，在钢绞线的另一端布置箱梁内牵引循环；

②开始从出索口抽出钢绞线，钢丝绳跟随钢绞线从另一侧被牵引到出索口，在钢绞线完全出索体后，钢丝绳代替原钢绞线位置；

③利用穿索器把钢丝绳和新的钢绞线连接起来，然后利用卷扬机反拉钢丝绳，新的钢绞线跟随钢丝绳被牵引到预定位置，完成钢绞线的更换。

新的钢绞线在被钢丝绳牵引到预定位置过程中，由于新的钢绞线和四周的钢绞线、索鞍孔道存在摩阻力，另整个牵引循环拐点多达6处，需要较大的牵引力，经实测约1.5t，钢丝绳强度和卷扬机的牵引力均需要满足此要求，否则钢丝绳断裂在索体内将无法更换钢绞线。

（3）新钢绞线到预定位置后，根据等张法进行张拉，按正常拉索安装顺序复位其他零部件，至此单侧双向抗滑装置结构体系的单根钢绞线更换完毕。

4结语

本次对桂丹立交特大桥采用的单侧双向抗滑矮塔斜拉桥拉索体系进行了首次实桥单根钢绞线更换验证和工法研究，选取了C4号索中最不易更换的中心钢绞线的进行实桥更换，验证了该拉索体系具有实桥单根钢绞线可更换功能，同时制定相应换索工法，为以后塔斜拉桥单根钢绞线换索积累宝贵经验。

参考文献：（References）：

[1]魏超柱.矮塔斜拉桥结构及设计特点[J].广东交通职业技术学院学报，2011，10（3）：18-22.

[2]庄年，应伟强.北京某矮塔斜拉桥的设计与施工实践[J].特种结构，2011，28（01）：89-92.

[3]李文献，宋强，覃魏巍.矮塔斜拉桥中交叉抗滑键的研究及应用。桥梁见啥2012，38（6）：92-97.

[4]覃巍巍.台湾小半天矮塔斜拉桥中单侧双向抗滑可换式锚固体系的研究[J].广西科技大学学报2014，25（增刊1）：164-172.