自锚式混凝土悬索桥施工工法-1

1．前言

近年来，自锚式悬索桥作为中小跨悬索桥的一种，以其经济适用、造型美观的显著优势出现在现代桥梁中。其显著的特点是不采用悬索桥通常所用的地锚结构，而是主揽锚固在主梁的端横梁上，端横梁与边墩拴接，由主梁和边墩共同为悬索主缆提供锚固力，全桥荷载通过主塔传至地基，故称为自锚式悬索桥。

由中铁十三局集团公司一公司承建的大连市金石滩滨海路大桥采用了这种设计结构，取得了良好的经济效益及社会效益。

2．工法特点

2.1 端横梁与边墩拴接，依靠端横梁自重、边跨梁重及栓接拉力平衡锚固点竖直方向的分力；

2.2主揽锚锭与主梁连结在一起，索部的施工展开在已浇筑好的主梁梁面上进行；

2.3自平衡的结构特点使得张拉“牵一发而动全身”，互相影响复杂而明显，所以需要多次反复张拉及调整。

2.4 全桥结构相对柔性，自然条件下温差影响及张拉加载全过程需要施工监控。

3．适用范围

自锚式混凝土悬索桥经济合理、桥形美观流畅，较适用于城市市区的桥梁设计，对于不具备锚锭施做条件的中小跨度悬索桥，自锚式无疑是最佳的选择方式。

4．工艺原理

4.1 该桥的结构原理是把主揽锚定在主梁的两端端横梁上，而端横梁与边墩拴接，主揽的竖直分力由端横梁自重、边跨梁重及栓接拉力平衡，其水平分力产生的压力则由悬吊的加劲混凝土主梁承受。

图一：主桥结构立面示意图

4.2 全桥结构由基础、主塔、边墩、端横梁、砼主梁、吊杆、鞍部、索部组成，梁部结构采用支架法现浇施工，张拉加载脱模，对结构内力、位移进行全过程施工监控。

5．施工工艺流程与操作要点

图二：工 艺 流 程 图

5.1孔桩基础施工

5.1.1钻孔桩(或挖孔桩)钢筋笼在加工场地加工制作，后以平车运至孔位，汽车吊吊装入孔。

5.1.2 灌注水下砼

5.1.2.1导管

灌注水下砼采用竖向导管法。导管一般由钢管弯制而成，导管直径采用300mm，壁厚3mm,长度2—3米为一节，最底节长度一般为6米。导管使用前，应调直，试拼、试压、编号及自上而下标示尺度。其轴线误差以孔深、钢筋笼内径与法兰盘外径差值而定，一般不宜超过孔深的0.5%，亦不大于10cm.试压可用水压或风压进行，其压力大小宜等于孔底静水压力的1.5倍。导管距孔底的距离以0.5m为宜。

5.1.2.2水下混凝土灌注

混凝土采用输送泵入管，通过储料斗和导管到达孔底。初始封底混凝土量经过计算确保首次埋管深度，以防止导管漏水，封底砼以大料斗储料，容积约3m3。在灌注水下混凝土过程中，设专人采用测深垂球法量测导管深度、砼顶面高度及灌注砼总量，灌注的桩顶标高预加一定高度，以保证桩头砼质量。导管提升，采用孔口平台配汽车吊作业，导管每次提升经测量计算之后再进行，以确保导管始终埋入砼内1.5米以上；导管提升时，保持轴线竖直和位置居中，逐步提升；为防止断桩，水下砼灌注过程中始终保持孔内水头高度，保证连续灌注，控制好砼的坍落高和骨料级配粒度。

5.2墩身施工

5.2.1墩身钢筋的绑扎

桩基础钢筋加工时把墩身的钢筋预留出接茬，而剩余部分钢筋则在陆地上进行钢筋笼的绑扎，然后用吊车吊起与桩基预留茬焊接。主筋联接采用单面焊。螺旋筋采取绑扎反搭接，钢筋的搭接绑扎必须符合相应规范要求。

5.２.２墩身模板施工    

桥墩采用自制大块钢模板，由厚4mm的钢板卷制而成，每块模板的高度根据施工图纸的墩高而定，每块板之间采用法兰螺栓联接。模板纵横肋采用Ｌ7５×7５×５ｍｍ角钢，其间距分布；纵向５０ｍｍ横向４０ｍｍ，模板加工要求表面平整，刚度、强度和稳定性经检算符合规定要求。

模板在每一次使用前,必须用电动钢刷彻底除锈,要求达到用手触摸无错台且达到手指无任何灰尘。在模板支立时再重新除尘,然后涂刷脱模剂,脱模剂要求涂刷均匀无流淌现象,然后才能支立(脱模剂用60%加40%机油加1%洗衣粉)在模板支立时,每节模板的联接处要用4mm的胶皮垫垫平,然后扭紧法兰，防止发生泄漏。

墩身与桩联接处在接完墩柱钢筋后将桩头接茬处砼浇注成型，然后立墩身模板，支模时采用汽车吊一次吊装到位，吊完以后用4根钢丝绳固定，两台J2经纬仪跟踪校对。

   5.2.3 墩身砼的浇注

采用泵送砼一次浇注成型。在浇注时控制好混凝土自由下落高度不超过2.0米，每层浇注厚度不超过50CM。下落高度过高时可采用串筒输送。

5．3 索塔施工

模板加工在钢构件加工厂自制两套塔身模板，模板加工好后，先进行地面试拼装，检查各部尺寸、接缝及平整度等，要达到规范要求。吊车进场并组拼就位，所用支撑系统也陆续进场，同时做好测量前期工作，放出塔柱纵横方向护桩，为以后柱身施工校模使用，有上下横梁的索塔分节浇注，第一段浇注至下横梁顶部，第二段浇注至索鞍底部，施工方法同以上墩柱施工。上、下横梁采用组合钢模板与木模板组拼混凝土泵送法入模。

       每次混凝土施工完毕后，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，随时调整塔身混凝土施工时间，避免在晚间等温度过低时间进行混凝土施工，同时随时观测混凝土质量，及时对混凝土配比进行调整。

5．4 鞍部施工    

检查钢板顶面标高，符合设计要求后清理表面和四周的销孔，吊装就位，对齐销孔使底座与钢板销接。在底座表面进行涂油处理，安装索鞍主体。  

图三：索鞍构造图

由于鞍体质量大，吊装时要稳、慢、轻，不得与其它物件碰撞。吊装入座后，穿入销钉定位，要求鞍体底面与底座密贴，四周缝隙用黄油填实。鞍体吊装过程中，防止鞍体扭转、摆动及撞击等。

索鞍由索座、底板、索盖部分组成，索鞍整体吊装和就位困难；可用吊车或卷阳设备分块吊运组装。索鞍安装误差控制在横向轴线误差最大值3mm、标高误差最大值3mm。索鞍顶推用千斤顶配合自制的钢架作用于索塔上，施工平台利用索鞍安装时的轮扣式脚手架搭设而成。顶推前应确认滑动面的摩阻系数，严格掌握顶推量。

5．5主梁浇筑

5．5．1注意事项

主梁砼的浇筑同普通桥一样，水中部分可以插打大直径钢管桩架设军用梁做支撑；注意这里主梁的施工控制比较重要，首先梁体标高的控制必须准确，

要通过精确的计算预留支架的沉降变形；其次，梁体预埋件的预埋要求有较高的精度，特别是拉杆的预留孔道要有准确的位置及良好的垂直度，以保证在正常的张拉过程中拉杆始终位于孔道的正中心。

主梁浇注顺序应从两端对称向中间施工，防止偏载产生的支架偏移，施工时以水准仪观测支架沉降值，并详细记录。待成型后立即复测梁体线型，将实际线型与设计线型进行比较，及时反馈信息，以调整下一步施工。

5．5．2施工方法

待梁体支架支好后调整其顶面标高，标高调整的同时做好加固支撑，而后支立梁体底模板及侧模。底模板使用组合钢模板，侧模使用木模板，上铺渡锌铁皮，保证模板光滑、平整后直接在底模上绑扎钢筋， 

浇注采用一次成型，振捣使用插入式振捣棒捣固，使砼达到内实外美的效果。

砼洒水养护，养护期间要求砼表面始终湿润；以防止砼表面出现裂纹。

5．6主缆架设

主揽的加工一般采用工厂化，根据结构特点，主缆架设可以采取在便桥或已浇筑桥面外侧直接展开，在二端锚具安装完成的条件下，用卷扬机配合长臂汽车吊从主梁的侧面起吊安装就位。

5．6．1支承系统

5.6.1.1展索盘

成圈包装的索在展开时必须避免销的形成。因此在放索前应将成圈索放在可以旋转的支架上。

图四：展索盘结构示意图

5.6.1.2支承托辊

为避免主缆在桥面展开时损坏，在桥面每4-5米设置索托辊（或敷设草包等柔性材料），以保证索纵向移动时不会与桥面直接摩擦造成索护套损坏。

5.6.1.3锚端支承小车

因锚重量较大，在牵引过程中应采用小车承载索锚端。

5.6.2牵引系统

索引采用卷扬机，为避免牵钢丝绳过长，索的纵向移动可分段进行，索的移动分三段，分别在二桥塔和索终点共设三台卷扬机。

5.6.3起吊系统

根据项目的实际条件，在塔的两侧设置导向滑车，卷扬机固定在引桥桥面上主桥索塔附近，卷扬机配合放索器将索在桥面上展开。在提升过程中主要用吊车起吊，提升时避免索与桥塔侧面相摩擦。当索提升到塔尖时将索吊入索鞍。在主索安装时，可以在桥侧配置3处起吊设备。

5.6.3.1锚固区提升吊机

当拉索锚固端牵引到位时，用此吊机安装主索锚具，并一次锚固到设计位置。吊机起重力在5吨以上。

5.6.3.2主索塔顶就位吊机

在两座塔的二侧安置提升高度大于25米时起重力大于45吨的汽车吊。用于将主索直接吊上塔顶索鞍就位。在吊装过程中为避免索的损伤，索上吊点采用专用索夹保护（图四）。

5.6.3.3 提升倒链

主索在提升到塔顶时，由于主跨的索段比较长，为确保吊机稳定，可在适当的时候用塔上倒链协助吊装。 

图五：缆索起吊索夹结构示意图

5.7主缆调整

主索在制作过程中要对索上进行准确的标记。需标记点包括锚固点、索夹、索鞍及跨中位置等。安装前按照设计图的要求准确核对各项控制值的误差，然后经设计同意后进行调整。最后按照调整后的控制值进行安装。

首先是测定跨长、索鞍标高、索鞍予偏量、主索垂直度标高、索鞍位移量以及外界温度，然后计算出各控制点标高。调整一般在夜间温度比较稳定的时间进行。

主缆的调整采用大于400吨千斤顶在锚固区张拉。首先调整主跨跨中缆的垂直标高，完成索鞍处固定。调整时应参照主缆上的标记以保证索的调整范围。主跨调整完毕后，边跨根据设计提供的索力将主缆张拉到位。

图六：缆索锚固点结构示意图

5.8索夹安装

为避免索夹的扭转，索夹在主索安装完成后进行。

首先复核工厂所标示的索夹安装位置，确认后将该处的PE护套剥除。索夹安装采用工作篮作为工作平台。将工作篮安装在主缆上（或同普通悬索桥一样搭设猫道），承载安装人员在其上进行操作。索夹起吊采用汽吊。索夹安装的关键是螺栓的坚固，要分二次进行：索夹安装就位时用扳手预紧，然后用扭力扳手第一次坚固，吊杆索力加载完毕后用扭力扳手第二次紧固。索夹安装顺序是：中跨是从跨中向塔顶进行，边跨从锚固点附近向塔顶进行。

5.9吊杆安装及加载

吊杆在索夹安装完成后立即安装。小型吊杆采用人工安装。首先搭一个活动支架，高度可以根据需要调整。小吊杆用4-6个人抬起后先将下端伸入主梁的预留孔内，上端穿入连接销便可完成。大型吊杆采用吊车配合安装。

图七：INV306D索力监控智能信号采集处理分析仪

表1 吊杆索力控制值统计表

图八：吊杆对称张拉施工

吊杆的加载是一个复杂的过程。主缆相对于主梁而言刚度很小。如果吊杆一次直接锚固到位，无论是张拉设备的行程或者张拉力都很难控制。而全桥吊杆同时张拉调整在经济上是不可行的。

为了解决这个问题，就必须根据主梁和主缆的刚度、自重采用计算机模拟的办法，得出最佳加载程序。并在施工过程中，通过观测，对张拉力加以修正。

图九：主桥中线沉降观测统计图

5.10防护工作

5.10.1索夹对接缝及螺栓密封处的防护

索夹的对接采用单组份聚氨脂密封胶。当索夹最后坚固后首先将索夹对拼缝清理干净。然后将密封胶挤在缝隙内。表面抹平整后与索夹一起用油漆防护。

5.10.2鞍的防护

鞍的防护比较重要，因为鞍在工程完工后一般来说是不可视的，所以通常采用

双层防护，首先使用单组份聚氨脂密封胶密封主揽与鞍的接缝，然后在张拉完成后向鞍所在的主塔洞室中充填聚氨酯发泡材料，使鞍部整体与空气隔绝。

5.10.3锚固点的防护

锚固点的防护是悬索桥使用防护的关键，它的防护分两步，首先用软态不凝密封胶充填桥梁预留孔与拉杆及主揽的间隙并用硬凝密封胶封口；然后使用黄油涂抹桥下裸露螺帽及垫板并用不锈钢罩封闭。

5.11桥面系

待吊索施工完毕后则进行栏杆的施工，栏杆在工厂中制作然后运至现场与梁体予埋件进行连接安装。人行道板采用现场预制然后用25吨吊车吊装即可。

混凝土摊铺前先在桥面上做好混凝土顶面标高控制点，摊铺时以水准仪跟踪观测。沥青混凝土采用震动摊铺机进行施工。

6.主要材料

                     表2 主要材料表                    

                     表3 主要机具一览表             

表4 劳动力组织表               

9.1对吊装设备及施工拉杆规格的选择应进行计算校验。保证设备有足够的安全度。

9.2 临时平台和吊点设计由设计进行复核。以保证不影响结构的安全。

9.3 主索展开时设置防护措施，避免索圈弹出伤人。

9.4 卷扬机操作人员精神集中，听从指挥，确保安全。

9.5 操作人员进入工地佩戴安全帽。高空作业系好安全带。

10.质量标准及质量控制

10.1主缆架设质量控制

10.1.1主缆架设时的质量管理

10.1.1.1个别项目不调整主缆，因此在安装前要认真复核主索及锚固点、索鞍的位置，避免主索安装误差过大。

10.1.1.2在主缆索牵引过程中要注意索护套的保护。拉索表面的包装材料可在索夹安装时拆除。避免索护套的损坏给主索的使用寿命带来隐患。

10.1.1.3在安装前索鞍位置要按照设计要求偏位固定。当主索安装完成后，拆除固定装置。避免索塔产生过大水平力。

10.1.1.4安装完成的主索为自然悬链线状态，如出现扭转，应进行调整。

10.1.2索夹安装的质量管理

10.1.2.1正确确定索夹位置，减少吊杆位置与梁上锚固点之间的偏差。

10.1.2.2在安装索夹之前清理钢丝表面，避免污垢导致索夹滑移。

10.1.2.3反复用扭力扳手紧固螺栓。防止螺栓之间的轴力偏差。

10.1.2.4按照二个阶段紧固的要求，确保索夹的夹紧。

10.1.3吊杆安装、索力调整的质量管理

10.1.3.1在安装过程中注意索护套的保护，防止索护套损坏影响吊杆的使用寿命。

10.1.3.2吊杆加载程序严格按设计要求进行，避免加载误差导致成桥标高及索力不能达到设计要求。

10.1.3.3张拉过程中遵照对称、逐渐分段的原则进行。

10．2质量检验记录

10．2．1主缆安装

10.2.1.1主缆各标记点与相对位置的误差。

10.2.2.2主缆安装后的垂度或相对高度误差。

10.2.2.3主缆鞍座、锚固点在施工各阶段的相对位置变化值。

10.2.2.4主缆的中跨、边跨在施工各阶段的垂度变化。

10．2．2索夹安装

10.2.2.1索夹的安装位置。

10.2.2.2索夹各螺栓的拧紧扭力。

10．2．3吊杆安装、调整

10.2.3.1安装后吊杆外观检查。

10.2.3.2各吊杆在加载张拉过程中索力和锚固位置的变化值。

11．效益分析

由本公司施工的大连滨海路自锚式混凝土悬索桥与该工程原设计方案相比，具有明显的造价低、施工速度快等特点，经济效益显著；金石滩滨海路桥施工决算约为560万元，与建设单位投资概算600万元相比较，节省建设资金40万元；与原设计方案（系杆式钢管拱桥）施工概算900万元比较，节省建设资金340万元；实际施工工期比原计划提前了1个月；建成后的金石滩滨海路桥顺利通过了车载试验并作为金石滩旅游度假区的一道亮丽风景点投入使用运营，获得了较好的社会效益。

12．工程实例

12．1大连理工设计院设计的大连金石滩滨海路大桥（已建成通车）采用了自锚式悬索桥的形式，该桥主跨60米，主桥全长108米；桥宽12.5米，设计为双向单车道。该桥主缆采用规格为Ф7×313平行钢丝索。吊杆规格Ф5×37，共66根（见图片）。

12．2杭州市政设计院设计的浙江金华纵3号跨义乌江大桥位于浙江省金华市金东新区东关大桥上游约2400米。工程投资人民币5800万元。大桥总宽度31.5米，采用36+100+36米的自锚式悬索桥结构，缆索呈抛物线型。主缆采用19根平行钢丝成品索编制排列而成，截面为0.03m2的预制丝股法平行钢丝。目前大桥主体工程施工已完成。

执笔：李文良