晏國泰 胡先朋 鄭 波

(武漢二航路橋特種工程有限責任公司 武漢 430071)

斜拉橋作為一種常見的大跨徑橋梁結構，具有線條纖秀、構造簡潔、橋型優(yōu)美等優(yōu)點。拉索作為斜拉橋的核心受力構件，其施工質(zhì)量對橋梁使用壽命有重要影響[1-2]。

牽引作業(yè)是斜拉索施工過程重要環(huán)節(jié)，黃岡公鐵兩用長江大橋斜拉索安裝時，綜合牽引力、索長、空間等要素，梁端選用卷揚機牽引，塔端選用硬牽引和軟硬組合牽引方法[3]。上海長江大橋采用塔端軟硬組合方法進行牽引和張拉作業(yè)，并以行星千斤頂作為軟牽引的張拉工裝設備，解決了大噸位牽引問題[4]。上述研究主要是針對具體的施工案例進行斜拉索牽引方法研究。

本文在介紹斜拉索的一般施工工藝基礎上，重點對斜拉索的單一牽引方法和組合牽引方法、牽引工藝及對應的工裝設備等進行研究分析，并提出了各種牽引方法的適用工況，以期為斜拉索牽引施工的方法及工裝設備選用提供參考。

1 斜拉索施工工藝及牽引原理

1.1 斜拉索施工工藝

斜拉索施工的工藝主要包括斜拉索制造、運輸、索上橋面、展索、塔端掛設、壓錨、張拉、索力檢測及調(diào)整、安裝附屬結構等[5]，工藝流程見圖1。根據(jù)施工工藝流程可知，斜拉索的梁端壓錨、張拉、索力調(diào)整等工藝均與牽引施工密切相關。施工所需要的主要工裝設備也均是為上述3個主要工藝流程服務。因此合理選用牽引方法及牽引工裝設備對施工質(zhì)量、安全、效率等具有重要影響。

圖1 斜拉索施工工藝流程

1.2 牽引原理分析

常見的斜拉索施工的牽引方法主要有卷揚機牽引、軟牽引、硬牽引3種基本的牽引方法和基于軟、硬牽引法組成的不同形式的組合牽引。牽引原理均一致，即利用外力作用將展開的拉索拉至梁端和塔端預定的錨固點位置錨固，并達到設計的錨頭伸長量、索力值、橋面線形、橋塔空間姿態(tài)等相關要求。其中卷揚機牽引為直接用卷揚機鋼絲繩牽拉斜拉索錨頭運動到既定位置，軟牽引、硬牽引及組合牽引法則是利用額外結構接長斜拉索，配套相應工裝，形成“懸浮式”牽引系統(tǒng)，實現(xiàn)接長后的斜拉索至少2點依次持續(xù)性交替錨固牽引，最終將斜拉索錨頭牽拉至預定的位置。

2 斜拉索牽引方法及對應工裝研究

2.1 卷揚機牽引法

卷揚機牽引法需要的主要工裝設備包括卷揚機、索夾、滑車組、導向點等，見圖2。

圖2 卷揚機牽引示意圖

卷揚機牽引施工過程為：在斜拉索上安裝好索夾，在索夾處及橋面導向點安裝滑車組，卷揚機的鋼絲繩通過滑車組將牽引力傳遞給斜拉索。壓錨時，緩慢啟動卷揚機，將斜拉索梁端錨頭牽引進索導管，直至錨頭伸出錨墊板設計長度。最后安裝錨具螺母，拆除索夾、滑車組、即完成卷揚機牽引壓錨施工。

卷揚機牽引施工需要的空間較大，一般可與汽車吊、手拉葫蘆等設備配合使用以調(diào)節(jié)斜拉索壓錨時入錨角度；壓錨力值不能準確推算，但施工效率高，速度快。

2.2 軟牽引法

軟牽引法施工一般采用鋼絞線作為牽引工具，所需的工裝設備主要包括：撐腳、千斤頂、變徑螺母、錨固系統(tǒng)、鋼絞線等。其利用鋼絞線接長斜拉索，當千斤頂周期性伸縮油缸時，處于不同位置的2個錨固系統(tǒng)依次錨固鋼絞線，從而將斜拉索牽引至索導管或預定位置，見圖3。不同的工裝組合有不同的牽引形式，但工作原理均一致。

圖3 軟牽引示意圖

軟牽引法可通過千斤頂與對應油表的標定方程確定各個牽引位置的牽引力值，因單根鋼絞線受力有限，牽引時應盡量使鋼絞線束受力均勻，且只承受拉力，否則存在鋼絞線拉斷的危險。鋼絞線在穿錨過錨具及連接套時，孔的位置要一一對應。

2.3 硬牽引法

硬牽引法施工一般采用張拉桿作為牽引工具，所需的工裝設備主要包括：變徑螺母、張拉桿、張拉桿螺母、撐腳、千斤頂?shù)?。其工作過程與軟牽引相似，利用張拉桿接長斜拉索，通過處于不同位置的張拉桿螺母(錨固系統(tǒng))依次錨固張拉桿，將斜拉索牽引進索導管或指定位置，見圖4。也可以用不同的工裝組合實現(xiàn)牽引目的。牽引力較大時，需驗算撐腳、錨固系統(tǒng)等結構的受力可靠性，以確保施工質(zhì)量和安全。

圖4 硬牽引示意圖

2.4 不同牽引形式對比

通過上述分析可知，各種牽引形式有不同的適用工況和牽引特點，對比分析見表1。

表1 不同牽引方法對比

根據(jù)各牽引方法施工過程及特點，結合表1分析可知，卷揚機牽引適用于力值較小的斜拉索牽引及其他牽引法的預牽引工作。軟牽引適用于索長較長、力值較大、牽引長度較長的情況，且適用于小空間的牽引施工。硬牽引法適用于張拉空間大、索力較大的情況。

2.5 組合牽引法

由于斜拉橋跨徑較大，尾索段的斜拉索較長，牽引力較大，考慮到施工安全等因素，單純一種形式的牽引施工已不能滿足斜拉索施工，因此需要進行組合牽引，即指同一根斜拉索施工時所采用的硬牽引和軟牽引的組合使用狀態(tài)。根據(jù)硬牽引和軟牽引的施工部位不同，可以得到4種組合牽引形式，各種牽引形式的施工部位和適用條件見表2。

表2 組合牽引形式及適用條件

組合牽引都能提供較大的牽引力，施工前均需要卷揚機將斜拉索錨頭牽引至指定位置，或者達到一定的牽引力值。組合牽引2、組合牽引4即為常說的軟硬組合牽引法，相對于組合牽引1和組合牽引3，減少了作業(yè)點，但工裝組合時接頭較多，降低了牽引系統(tǒng)的可靠性，特別是在塔端施工時，增加了高空作業(yè)的風險，因此選擇軟硬組合牽引時，盡量布置在梁端作業(yè)。

3 工程實例

3.1 工程概況

武漢沌口長江公路大橋為武漢市四環(huán)線的控制工程之一，其結構類型為100 m+275 m+760 m+275 m+100 m雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。斜拉索采用扇形雙索面布置，2個主塔的斜拉索對稱布置，全橋共30×4×2=240 根斜拉索。此橋采用1 860 MPa的Φ7高強熱鍍鋅鋁平行鋼絲斜拉索，單根索長度為123.82～415.68 m，單根索質(zhì)量為4.85～30.67 t，最小規(guī)格為PES7-109，最大規(guī)格為PES7-223。

3.2 牽引方法選擇

沌口長江公路大橋斜拉索施工采用塔端掛設、梁端牽引、塔端牽引張拉的總體施工工藝，塔端張拉均為硬牽引法。梁端壓錨則根據(jù)不同的索長和牽引力值分為短索施工(1-10號斜拉索)，中長索施工(11-17號斜拉索)和長索施工(18-30號斜拉索)。

1) 短索施工。短索因索長較短、索力較小，掛設完成后塔端用張拉桿下放，然后梁端用卷揚機牽引錨頭進索導管并伸出至指定位置。施工圖見圖5。

圖5 卷揚機牽引壓錨

因卷揚機牽引力值有限，為確保壓錨可靠性，施工過程中控制卷揚機的壓錨牽引力不超過200 kN。通過基于懸鏈線理論及無應力索長的計算方法[6]，可得到1-10號斜拉索卷揚機壓錨牽引力極限值控制下的塔端下放長度，其中1-6號索下放0.5 m，7-8號索下放1 m，9-10號索下放1.5 m。

2) 中長索施工。中長索施工時，塔端掛設完成后螺母帶平，然后用軟牽引法將梁端錨頭牽引至設計位置，施工圖見圖6。施工時，計算確定出了每根索牽引時需要的鋼絞線長度、數(shù)量、軟牽引長度、牽引到位的理論力值。其中，選用的鋼絞線直徑為15.24 mm，單根索鋼絞線數(shù)量均為12根，長度為8 m，牽引長度為5 m，斜拉索錨具牽引至指定位置時，控制單根鋼絞線的平均牽引力不超過130 kN，以平均2倍的安全系數(shù)保障軟牽引過程中的施工安全。

圖6 軟牽引壓錨

3) 長索施工。長索施工時，塔端掛設完成后螺母帶平，然后用軟硬組合牽引法將梁端錨頭帶平至設計位置，見圖7。牽引過程中，鋼絞線的數(shù)量為12根，最長下料長度為25 m，最長牽引長度約20 m。同樣控制軟牽引的單根鋼絞線的平均受力不超過130 kN，軟牽引到位后，張拉桿進行硬牽引到位，硬牽引的最大長度為3 m。滿足最長、最重的30號斜拉索的施工要求。

圖7 軟硬組合牽引壓錨

4 結論

1) 斜拉索牽引方法有卷揚機牽引、軟牽引和硬牽引3種基本牽引方法，根據(jù)斜拉索牽引部位的不同，有4種不同形式的組合牽引。除卷揚機牽引法外，其余方法均需要接長體、撐腳、千斤頂、錨固裝置等工裝設備。

2) 卷揚機牽引法牽引速度快，可用于軟硬組合牽引前的輔助牽引施工；軟牽引法牽引距離長，硬牽引法牽引力大，組合牽引法綜合軟、硬牽引法的特點，適用于長索、重索的施工。

3) 牽引施工是斜拉索施工的關鍵環(huán)節(jié)，需合理選擇牽引方法對應的牽引工裝設備。牽引方案制定前，需結合不同的牽引方法和組合牽引的特點，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況，合理地選擇不同的牽引方法。