1 工程概况

　　沌口长江公路大桥主桥结构类型为(100m+275m+760m+275m+100m)双塔双索面钢箱梁半漂浮体系斜拉桥(见图1)。斜拉索采用扇形双索面布置，采用1 860MPa平行钢丝斜拉索，全桥共4×30×2=240根，梁上索距12.0m，尾索距8.0m，横向间距42.1m，塔上索距2.5～3.1m。南、北半桥斜拉索设置完全对称。根据索力不同，共设置9种规格斜拉索。单根斜拉索最长415.2m，最大规格为PESC7-223，单根最大净钢丝重29.8t。

　　2 总体施工方案

　　2.1 斜拉索牵引方法划分

　　在自重和轴力作用下，斜拉索在挂设中和安装完成后呈悬链线形状，施工时，其几何非线性明显，施工前应通过理论分析计算出各牵引工况下牵引力大小，以此作为确定牵引方式和设备的选择依据。

　　图1 沌口长江公路大桥主桥结构形式(单位:m)  

　　目前国内外常用的斜拉索牵引方法有钢丝绳牵引、硬牵引、软牵引、组合牵引等。各牵引方法及适用要求如表1所示。

　　2.2 总体施工方案选择

　　根据斜拉索牵引、张拉过程的施工控制力大小和梁端入锚方式不同，将斜拉索分成短索(1～10号斜拉索)、中长索(11～17号斜拉索)、长索(18～30号斜拉索)3种工艺施工，详细划分如表2所示。

　　表1 牵引方法及适用要求 

　　表1 牵引方法及适用要求

　　表2 斜拉索总体施工工艺 

　　表2 斜拉索总体施工工艺

　　2.3 30号斜拉索牵引方法确定

　　根据悬链线公式计算分析，结合现有的工装特点，以30号斜拉索为例，斜拉索在不同牵引长度状态下的牵引力关系如表3所示。

　　表3 30号斜拉索牵引长度及牵引力 

　　k N

　　表3 30号斜拉索牵引长度及牵引力

　　根据斜拉索牵引时的特点及划分要求，30号斜拉索的软、硬牵引组合为:20m钢绞线(含3m长度)+3m张拉杆^[1,2]。

　　3 超长斜拉索施工特点和关键设备

　　3.1 超长斜拉索施工特点

　　沌口长江公路大桥斜拉索安装采用塔端挂设、梁端采用钢丝绳牵引+软硬牵引组合入锚、塔端张拉的总体施工工艺。施工过程中主要存在以下难点。

　　1)沌口长江公路大桥上部结构施工工期较紧，根据施工安排标准节段为4d/节，远远短于以往5～7d/节的施工进度^[3]。为了满足施工进度计划，调整了部分施工工艺，大大缩短了施工时间。

　　2)斜拉索索夹作为斜拉索牵引的动力传输工具，索夹尺寸的设计尤为重要。根据斜拉索塔端挂设和梁端入锚方式与受力不同，本项目采用2种形式索夹，即一般索夹和索头索夹。

　　3)由于桥面空间有限和起重机吊幅有限，桥面起重机远离索面，难以辅助梁端入锚。中长索和长索梁端入锚力大，结合本桥特点采取汽车式起重机和角度调整支架联合调整角度的措施。

　　4)塔端张拉斜拉索加扭或退扭对施工及结构危害较大。结合本项目特点设计了斜拉索张拉时防旋转设施。

　　3.2 关键设备

　　3.2.1 塔顶门架

　　塔顶门架用于将斜拉索塔端提升至塔上锚梁位置进行挂设施工，主要由桁架及卷扬机动力系统组成。塔顶门架的单点设计吊重为25t(结合本桥施工特点，斜拉索对角线挂设)，吊点距30号斜拉索的垂线距离为9.6m，吊点距塔壁的纵桥向距离为2.5m，吊点距塔壁中心线的横桥向距离为1m。

　　塔顶门架根据现场现有的材料设计，主梁采用双拼I56a，立柱采用螺旋管，斜撑采用螺旋管，其他连接型钢采用I56a或I25a材料。单个塔顶门架重约22t。主起吊牵引卷扬机(8t)和塔内牵引卷扬机(5t)均布置在塔顶门架上(见图2)。

　　图2 塔顶门架立面  

　　3.2.2 索夹

　　沌口长江公路大桥使用2种形式索夹，即一般索夹和索头索夹。一般索夹适用于塔端挂索、短索梁端入锚^[2]。索头索夹适用于中长索和长索的梁端入锚，梁端入锚时索头索夹的前端直接顶住斜拉索锚具的后端，不和斜拉索PE接触，消除了斜拉索入锚过程中对PE的损伤^[4]，降低了质量和安全风险。同时，可提高卷扬机牵引时的牵引力，减少软、硬牵引时间。索头索夹采用273×16无缝钢管和加劲板(20mm厚Q235钢板)制作而成(见图3)。

　　3.2.3 角度调整支架

　　根据斜拉索入锚完成后的角度、斜拉索入锚角度、硬牵引张拉杆入锚角度、斜拉索梁端锚具的入锚角度及斜拉索的高度等情况，每根索在钢箱梁面上设置1～2个角度调整支架。2个角度调整支架纵桥向相邻布置，通过手拉葫芦调整斜拉索的角度，确保钢绞线基本受力均匀，钢绞线与张拉工装角度一致;确保张拉杆入索道管时索道管不损伤张拉杆;确保硬牵引时，斜拉索梁端锚具或张拉杆始终同锚垫板中心处于同一直线上(见图4)。

　　图3 索头索夹示意 

　　图4 角度调整支架示意  

　　3.2.4 防旋转措施

　　因斜拉索制作时钢丝存在3°～5°扭角，为了方便斜拉索运输，在斜拉索成盘时也会产生一定扭力，从而致使斜拉索在张拉时会产生反向扭转力，当扭转力达到一定程度后，将在张拉端释放出来，带动张拉千斤顶油缸与张拉工装一起旋转，损坏千斤顶，发生安全事故。同时，一旦斜拉索退扭较多，对斜拉索长度和钢丝应力也有较大影响^[5,6]。施工中采取以下防扭转措施。

　　1)本项目的斜拉索通过汽车陆运，斜拉索成盘直径较小，成盘扭力较大。斜拉索在桥面展索时，利用场地尽可能展开较大长度，尽量释放成盘扭力。

　　2)在塔顶门架主起吊系统的钢丝绳上设置扭转接头，避免因主起吊滑轮组不能跟随索体转动，导致钢丝绳交织在一起而造成安全事故。

　　3)在张拉千斤顶油缸尾部安装1个防旋转装置(见图5)，通过限制防旋转装置来限制千斤顶油缸的旋转。防旋转装置由承压板和连接杆组成。承压板与张拉杆螺母之间的摩擦力远远大于斜拉索的扭力。连接杆确保千斤顶油缸正常工作。

　　4 超长斜拉索施工工艺

　　4.1 展索

　　斜拉索上桥面后，通过桥面卷扬机将斜拉索索盘牵引至指定位置。展索卷扬机牵引索头至塔根部，同时转动索盘进行展索。展开的斜拉索缓慢放至展索滚筒(或拖索小车)上^[7]。

　　图5 防旋转装置示意  

　　4.2 塔端挂设

　　在斜拉索塔端锚具安装提吊头，并在斜拉索指定位置安装一般索夹。塔顶门架主起吊系统通过钢丝绳与一般索夹连接。同时，将塔内牵引钢丝绳与提吊头相连接，以便调节斜拉索前部角度。开动卷扬机牵引斜拉索，直至斜拉索锚环拧紧，斜拉索临时锚固。在塔端安装千斤顶、撑脚、张拉杆等张拉设备。

　　4.3 梁端入锚

　　在梁端锚垫板上安装撑脚、千斤顶等张拉设备，在斜拉索梁端锚具处安装软、硬牵引组合工装，安装索头索夹。

　　索头索夹与入锚卷扬机滑轮组相连，启动卷扬机缓慢牵引钢绞线入锚，并通过钢绞线锚具临时锚固斜拉索。拆除索头索夹与入锚卷扬机滑轮组。

　　启动千斤顶，牵引斜拉索，通过汽车式起重机与角度调整装置调整斜拉索入锚角度，牵引至设计位置，拧紧斜拉索梁端锚环^[8]。

　　4.4 塔端张拉

　　梁端入锚完成后，在塔端进行斜拉索张拉。在千斤顶油缸尾部安装1个防旋转装置。同一组4根索同步对称进行张拉，张拉同时旋锚环。张拉力以设计、监控提供数据为准。

　　4.5 临时减振

　　对已施工完成的斜拉索采取临时减振措施进行保护，同时安排专人在整个施工过程中对斜拉索进行全面保护。

　　5 结语

　　沌口长江公路大桥斜拉索施工实现了上部结构4d/节的施工进度，施工高效，本工程施工工艺较科学合理，可为同类工程提供借鉴。其主要施工工艺如下。

　　1)塔顶门架的合理设计保证斜拉索塔端挂设平稳提升、安全高效。

　　2)索夹的设计选择为索牵引提供动力保障。特别是索头索夹的应用，提高了卷扬机牵引时的牵引力，减少了牵引长度，同时避免了斜拉索PE在牵引过程中损伤。

　　3)角度调整支架的使用减少了桥面汽车式起重机的使用时间，高效完成斜拉索梁端入锚施工。

　　4)采取多重防旋转措施，本桥在斜拉索张拉过程中未发生千斤顶旋转等情况，确保了斜拉索施工及张拉过程安全。