自锚式悬索桥主索鞍与散索套的安装工法

工法编号：TJGF061-2008

自锚式悬索桥主索鞍与散索套的安装工法

天津城建集团有限公司工程总承包公司

郑伟杨麟张维

1.前言

空间索面自锚式悬索桥主索鞍、散索套是全桥缆索系统的关键构件之一，其安装过程与常规悬索桥相比有其自生的特殊性。大吨位鞍体的吊装就位、预偏量的合理调整对悬索桥的结构成型、合理应力分布都起到至关重要作用。该工程相关的“单塔空间索面自锚式悬索桥施工新技术研究”列为中华人民共和国住房和城乡建设部科技成果，悬索桥的相关部件取得了实用新型专利证书。在天津富民桥的施工过程，我们探索了在鞍体铸造过程中的工艺改进、在有限的作业面、超高度就位安装大吨位鞍体、调整预偏量的施工方法，在施工中，我们利用自动连续千斤顶、塔顶设置顶推装置等方法实现了鞍体及散索套的安装、预偏，并不断优化，形成了比较成熟的施工方法，为了更好的推广该施工方法，为类似工程提供借鉴成功的先例，编制本工法。

2.工法特点

2.1鞍头、鞍身、上底座板整体铸造，考虑安装的需要，采取沿横向中心线对称分开的分体式结构，单件最大重量控制在40吨，采用自动连续千斤顶单件提升，较常规整体卷扬机法吊装安全可靠、稳定快速。

2.2主索鞍顶部设置压紧装置，以增加索股在索鞍槽内的摩擦力，提高了索股在鞍槽内无侧滑的可靠性。

2.3由于主索鞍出口处的曲面是按成桥后主缆的线型设计的，因此在空缆状态（施工过程中）主索鞍内侧出口处，会对主缆产生一个挤压力。为消除锐角挤压时对主缆钢丝产生集中应力的损伤，将索鞍主跨出口处加工成园弧倒角，以改善施工过程中此处钢丝的受力状况。

2.4散索套为全铸肋传力结构，在桥梁结构上设置了固定支座克服横向张力，在散索套底板上沿纵向设置滑道，允许散索套纵向滑移，以克服空间索面的主缆体系安装过程中产生的横向张力和纵向滑移力，为保证成桥后主缆线型，成桥后主缆及散索套的安全受力。

2.5下底板采用现场拼接成型、灵活调整，并采用大吨位吊车一次性吊装就位。

2.6分体式鞍体利用自动连续千斤顶提升，稳定安全快速。

2.7预偏量调整采用顶推工艺，采取减阻措施，确保调控精度。

2.8设置横向反力装置、纵向滑道，确保主跨散索套内索股正常入套，在调索过程中应

力正常分布。

3. 适用范围

本工法适用于各类悬索桥主鞍及散索套的安装施工,尤其适用于空间线形主缆结构，具有横向张力条件下的安装施工。

4. 工艺原理

4.1主鞍结构分为下垫板、上垫板、鞍体、压紧装置四个单体，减少单体自重的同时，分别利用各自特点采取现场拼接、场内制作、吊装、提升的不同工艺，方便灵活、安全可靠、容易操作。

4.2散索套结构分为下预埋钢板、上垫板、索涛体四个装置，分步骤安装就位，并在结构施工过程中预埋钢结构作为施加横向拉力的反力装置，确保索套对索股的正常夹持。

5. 施工工艺流程及操作要点

5.1主索鞍安装

安装流程：下底板现场拼接完善→整体吊装就位（主塔砼浇筑前）→设置纠偏顶推反力托架→塔顶吊装门架安装→主索鞍吊装上桥面→主索鞍桥面横移至塔下→提升系统就位调试、提升、塔顶横移→塔顶准备→主索鞍就位预偏

5.1.1 主索鞍下座底板安装

采取现场拼接，整体吊装的方法。索鞍下底板整体重约20T，外形尺寸为长4.6m，宽4.2m，板厚10cm。下底板由专业厂家精加工成型，考虑运输方便仅在厂内加焊0.4m长锚固工字钢，运至现场后焊接接长1.6m的锚固工字钢，并设置10cm长铆钉。

索鞍下底板位于60m高的最后一节主塔塔顶，现有的施工塔吊吊装能力不足，因而利用500T大型汽车吊车进行吊装。

索鞍下底板在主塔顶节混凝土灌注前安装，以主塔内的劲性骨架支承自重。下底板安装到位，检查其平面高度差小于5mm，不平度小于2mm，满足要求后进行主塔顶节混凝土浇筑。为保证主索鞍下底板部位的混凝土浇筑质量，避免下底板变形，在下底板上设置了若干Ф300mm的排气孔，确保主塔顶节混凝土振捣密实，同时释放混凝土膨胀量、水化热，并在砼初凝前不断补充砼振捣密实，必要时采取补浆处理。

5.1.2 设置主索鞍纠偏的反力托架

主索鞍的预顶偏和复位工序是所有悬索桥的特点，本桥为空间索面自锚式型式，三维线形变化引起主索鞍最大预偏量达36cm，最大顶推力800T。因为单塔结构的塔顶面操作空间狭小，所以在塔顶面以外设置能抵抗水平1000T的反力托架。

反力托架位于主索鞍下座底板之正下方，结构形式为2双拼36c槽钢对焊的组合截面梁4根，顺桥向穿过主塔，形成抗拉托梁，全长8m，每端伸出塔柱砼面约1.5m。其上焊接剪力梁、剪力板及反力后背梁，组成反力托架。

反力托架在主塔顶节混凝土灌注前安装，与主塔内的主筋和劲性骨架作有效焊接。现场采取将反力托架与主塔顶节劲性骨架在车间焊接成整体再吊装的方法安装。

5.1.3设置吊装主索鞍的塔顶门架

本桥主索鞍位于60m高的塔顶上，由于自重大，否定了吊机吊装的可能。选择塔顶门架吊装方法，比选卷扬机或液压千斤顶作为起吊机具的优劣，考虑塔顶门架的悬伸长度大，吊装构件重的工况下,为减小吊装过程中的冲击荷

载，快速稳定的完成吊装，选用塔顶门架配合液压

千斤顶提升的施工工艺。

塔顶门架的两榀刚架为超静定的结构，按照固

结刚架，用SAP2000软件建模后直接加竖向荷载计

算，先求解支座反力，然后对选取的截面进行强度

校核。竖向荷载由刚架上横向走行门梁产生，门梁

受力模型为活动简支梁，提升40t的主索鞍，考虑

安全系数和偏载，作用在单榀刚架上的最大反力为

290 KN。

刚架初选2双拼36c 槽钢组合截面，材料

Q235-B，则

最大弯曲应力：σmax=M/Wx=35.39/2402.4=5.32 MPa<215MPa

校核支座反力：Z轴方向反力∑ Nz=511.0+4.27-243.27=272 KN 与负荷的合力为零； Y 轴方向剪力∑ Vy=121.0-61.85-59.15=0

受压柱稳定性：f=N/（?*S）=511*1000/（0.669*150.58*100）=50.7 MPa

柱脚底板厚度：tpb=(6*M/fy)1/2=20 mm，按规范要求底板厚度不能小于30mm，故取35mm 柱脚焊缝高度：hf>1.5*SQRT(tpb)=8.87 mm，设计取10mm，且要求工字钢柱脚的翼板与底板完全对接焊透,腹板与底板为角焊缝连接。

5.1.4索鞍吊装上钢桥面，横移就位

利用大吨位吊车将主索鞍吊装至钢桥面正上方，利用20槽纲制作滑道，利用钢板自制滑靴与索鞍锚固，在滑道内涂抹黄油润滑，利用5t卷扬机施加水平拉力，实现主索鞍横移就位至提升系统正下方，保证索鞍垂直提升。

5.1.5提升系统就位调试、提升、塔顶横移

塔顶门架由型钢焊接拼装而成，起吊设备采用两台LSD-100型自动连续提升千斤顶，每台的提升动力为1000KN 。利用φ15.2钢绞线从塔顶穿过提升千斤垂到主索鞍顶，利用自制吊

具固定鞍体，并对整个吊装、提升系统进行系统检测、调试，检查整个系统全长范围内有无故障，确保所有机具设备安全、正常工作，之后，进行试吊既是将鞍体提升离地1m ，保持24小时，确保吊架、提升系统无故障后，正是按照连续千斤顶行程，自动提升吊装。提升速度为16m/h ，由地面起吊半只索鞍约需要3-4小时。整个提升过程要严格按照提升操作规程办理，确保安全。

不锈钢板＋黄油润滑

LSD自动连续千斤顶

主索鞍

钢绞线

吊具

门架

平车手拉葫芦横移提升、横移原理图

在塔顶门架顶纵梁上铺不锈钢板，设置横向滑移轨道，安装移动小车可将横向走行门梁沿着滑移轨道平移至塔顶正上方。在主索鞍吊至高于塔顶约20cm 后，将移动小车沿着滑移轨道平移至塔顶正上方，然后下放至设计位置就位。

5.1.6塔顶准备

主索鞍吊装前在下底板上垫上四氟乙烯板摩擦副，要求下底板表面擦干净，用特制胶水将下底板与四氟乙烯板黏结牢固。

再次测出预埋底板的标高、四角的高差，确定塔顶上主索鞍安装位置后，根据设计和监控要求的预偏量，画出索鞍安放点。

5.1.7主索鞍就位、预偏

两个分体索鞍就位后，装上拉杆螺栓将其联接并用PID 系列电动扭矩扳手拧紧。根据索鞍和上平板表面已做好的定位标记点定位，安装时要求纵、横向偏差小于5mm ，高程偏差小不锈钢板＋黄LSD自动连续千斤顶主索鞍

钢绞线吊具门架平车手拉葫芦横移提升、横移原理图

于5mm ，四角高差小于2mm 或且符合设计要求。

设置主索鞍的预偏量。在塔顶反力托架上两侧分别安装YDTS250千斤顶，将主索鞍顶推至设计预偏位置。主索鞍预偏量为：顺桥向在原设计位置向边跨预偏36±0.3cm 。主索鞍预偏到位后，在塔顶预埋件上用4cm 厚钢板在纵、横向焊挡块临时锁定主索鞍，防止主缆架设过程中主索鞍往纵向、横向滑移。吊索安装前拆除临时锁定结构。

5.2散索套安装

5.2.1工艺流程

安装预埋底板→安装下底板（滑槽）→结合面处理→散索套就位→设置预偏量

5.2.2散索套安装方法

散索套预埋底板在锚碇混凝土浇注前安装，设置支撑架支承，自重其锚固螺栓与锚碇钢筋作有效焊接。检查其平面高度差小于5mm ，不平度小于2mm ，满足要求后进行锚碇混凝土浇注。

散索套安装前，在预埋底板上垫上四氟乙烯板摩擦副，要求预埋底板表面擦干净，用特制胶水将预埋底板与不锈钢---四氟乙烯板黏结牢固。

散索套采用吊车分两步吊装到位。主缆安装前将主跨散索套、边跨散索套下盖安装到位，并临时锁定。吊索张拉前将主跨散索套、边跨散索套上盖安装到位，解除临时锁定。散索套上、下盖螺栓用PID 系列电动扭矩扳手拧紧。

设置散索套的预偏量。主跨散索套沿主缆成桥线形向主跨方向预偏4±0.2cm ；边跨散索套沿主缆成桥线形向边跨方向预偏4±0.2cm 。采用卷扬机拖拉就位，下端在预埋底板上设置挡块，防止下滑。

在主桥砼结构上预埋型钢作为施加横向拉力的着力点，克服由于空间线形的主缆在成型过程中由于扭转出现的偏位侧向拉力，确保索股正常入套挟持。

边跨主跨塔身塔顶中心索鞍预偏中心反力架 顶推千斤顶 预偏值垫铁

550

6. 材料与设备

本工法使用主要材料设备如下：

主要材料设备列表

名称规格型号功率或容量数量用途

塔吊4070 40t 1 塔顶零星构件吊装

吊车利渤海尔500t 1 主索鞍下底板安装

千斤顶LSD-100 100t 4 提升系统

千斤顶YDTS250 250 8 顶推索鞍用

油泵ZB10/320-4/800 8 配套设备

卷扬机5t 2 钢桥面上索鞍横移

手拉葫芦5t 8 塔顶横移

手拉葫芦10t 5 散索套预偏、下底板安装四氟乙烯板40m2 滑动减阻措施

不绣钢板30m2 滑动减阻措施

7. 质量控制

7.1本工法施工过程的设备安装精度控制严格依照《公路桥涵施工技术规范》（041-2000）与设计图纸中的规定，平面高度差小于5mm，不平度小于2mm，主要包括主索鞍下底板平整度、散索套下底板平整度、主索鞍、散索套定位精度控制。

7.2主索鞍及散索套预偏值严格按照监控方案进行实施。

尤其是预偏量的控制直接与主缆线形及成桥应力分布密切相关，精度必须控制在监控单位要求的精度范围之内，主索鞍控制在±0.3cm，散索套控制在±0.2cm。

8. 安全措施

本工法涉及大型构件的起重吊装、高空作业及液压千斤顶系统作业，在施工中必须采取相应的安全措施，确保万无一失。

8.1现场的施工人员必须遵守国家颁布的《建筑安装工程安全技术规程》，正确使用好各种劳动保护用品，机电设备一定要有专人负责，定期检查，以确保电器、机具设备的正常运转；

8.2在施工前，技术人员必须向各班组施工人员进行安全技术交底，使全体施工人员对施工的全过程及每一细节的安全注意事项了如指掌，否则不得上岗；

8.3施工人员，必须严格按照本工种的施工技术规范和操作规程执行，在施工中如发现有违章作业、违章指挥、安全员有权停止作业；

8.4的液压设备进行检查验收，要求压力管无老化、无裂纹，保证接头的连接牢固，并满足液压设备的压力要求；油泵若发生不正常现象，如压力不高及不稳定、流量不足、漏损、噪声发热，工作表面刮伤等现象，立即停止使用，并进行检查、维修应对千斤顶、油泵、控制阀、管路及压力表，定期进行检查和校正，保证设备安全可靠；对千斤顶、油泵、控制阀、管路及压力表，定期进行检查和校正，以保证设备安全可靠；

8.5起重吊装安全措施

8.5.1严格按照施工方案确定的位置摆放吊装设备，不得超负荷运行。

8.5.2严格遵守“十不吊”原则。

8.5.3吊装施工起吊、就位位置必须有专人指挥，协调统一。

8.5.4大型设备构件的吊装前必须预知天气情况，确保整个作业过程一次性全部完成。

8.5.5司机和指挥人员要经过专业的培训，并经培训部门考核合格后才能上岗作业，指挥人员在作业前要熟悉机车的性能并了解所起吊的重量，现场周围环境。

8.5.6起重机在使用中回转半径范围内严禁站人，吊装作业时设置警戒区域挂警示牌，非作业人员不得入内

9. 环保措施

本工法实施过程中，尤其是主索鞍的自动提升、水平横移快速稳定，无大型设备及临时构筑物的安装拆卸，基本做到无噪声、扬尘、水污染以及震动对于周边环境的影响，具有的一定的环保效益。

10. 效益分析

通过富民桥主索鞍及散索套的安装就位及设置预偏量工程的顺利实施，为主缆索系统的成功就位创造了条件，其快速、高效、实用性强、精度高的特点为后续工序的顺利展开争取了时间，尤其是采用自动连续提升的工艺安装主索鞍，机械自动化程度较高，取得了较好的经济社会效益。

11. 应用实例

2007年天津海河综合开发富民桥工程，独塔自锚式悬索桥主索鞍及散索套的安装，该项工艺顺利实施，取得了良好效果。