《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》是中鐵十二局集團第四工程有限公司完成的建築類施工工法，完成人是李保明、賈優秀，適用於部分斜拉橋斜拉索的安裝施工。
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》主要的工法特點是施工所需場地小，工序簡單，施工進度快，安裝精度高，質量易控制；索塔內鞍座採用分絲管；採用單根等值法張拉。
2008年1月31日，《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。
基本介紹
- 中文名：矮塔斜拉橋斜拉索施工工法
- 工法編號： YJGF066-2006
- 完成單位：中鐵十二局集團第四工程有限公司
- 主要完成人：李保明、賈優秀
- 套用實例：蘭州市小西湖黃河大橋
- 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
“矮塔斜拉橋”也稱“部分斜拉橋”，介於“斜拉橋”與“體外預應力箱梁橋”之間，起源於日本，在中國之外發展很快，在中國國內來說還是一種新橋型。蘭州小西湖黃河大橋是中國國內第二座矮塔部分斜拉橋，在該橋施工中中鐵十二局集團第四工程公司採用等值張拉工藝施工斜拉索，並首次採用了分絲管和抗滑錨新技術，保證了斜拉索的安裝精度和施工質量；開發研究了“雙塔單索麵預應力混凝土部分斜拉橋施工技術”。該項技術相繼套用於銀川市北二環路1號橋、國道主幹線山西省汾陽至離石段離石高架橋3號橋等工程，均取得了良好的經濟效益和社會效益。綜合以上各工程實踐形成《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》。
工法特點
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》的工法特點是：
1.施工所需場地小，工序簡單，施工進度快，安裝精度高，質量易控制。
2.設備、人力投入少，勞動強度低，安全可靠。
3.索塔內鞍座採用分絲管，可以實現單根換索。
4.採用單根等值法張拉，每根斜拉索各股鋼絞線的離散誤差可控制在理論值的±3%之內。
5.可以實現一對斜拉索對稱、交叉單根張拉，同步整體張拉，確保兩根斜拉索間的差值不大於理論值的±1%。
6.採用JMM-268索力動測儀進行索力監控，可為索力誤差修正、施工控制提供準確數據。
7.斜拉索採用多重防腐處理，錨固端灌注防腐油脂，可延長斜拉索的使用壽命。
操作原理
適用範圍
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》適用於部分斜拉橋斜拉索的安裝施工。
工藝原理
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》的工藝原理敘述如下：
1.斜拉索索鞍部分採用分絲管技術斜拉索的每根鋼絞線通過分絲管後，錨固在箱樑上。斜拉索由錨固段過渡段自由段塔柱內段十自由段+過渡段+錨固段組成，具體結構見圖1。
錨固段過渡段：由防松裝置、夾片、螺母、錨筒、錨墊板、預埋鋼導管、減振器組成。
自由段：由帶PE護套的鋼絞線、索箍、HDPE套管組成
塔柱內段：由分絲管、塔內錨墊板、抗滑錨組成。
與以往的索鞍結構相比，分絲管便於斜拉索的養護和單根鋼絞線的更換。
圖1 斜拉索裝配示意圖
2.斜拉索單根鋼絞線索力均勻性直接關係到斜拉橋施工、營運過程中的質量和壽命施工中採用等值張拉法進行控制，等值就是每根鋼絞線在施工過程中所持應力值相等，它是基於相對於梁、塔來說，把錨具看作一個點，梁、塔受力變形對每根鋼絞線的影響都相等作為前提，張拉力控制以壓力表讀數為準，同步安裝感測器進行監控，確保每根斜拉索各股鋼絞線的離散誤差不大於理論值的±3%。
3.斜拉索整體張拉完成後，確保一對斜拉索間的差值不大於理論值的±1%，整索索力誤差不大於理論值的±2%。
施工工藝
- 工藝流程
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》的工藝流程見圖2。
圖2 斜拉索施工工藝流程圖
- 操作要點
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》的操作要點如下：
一、下料
1.下料長度
按下列公式列表計算出無應力狀態下的自由長度，校核無誤後供下料人員執行。
下料長度計算公式為：L=L0+2L1+2A1+L2+L3+5厘米。式中L0——邊、中跨錨固端錨墊板板面之間的中心線長度（包括塔上的弧長）；A1——錨固端錨具外露長度；L1——錨固端張拉時工作長度；L2——HDPE套管及不鏽鋼管限制的垂度影響長度；L3——塔梁施工誤差的影響長度。
拉索兩端PE護套剝除長度：L剝=L1+A2+△L-L4+5厘米。式中A2——錨具結構長度；△L——拉索張拉伸長量；L4——PE護套進入錨具內的長度。
2.下料
在鋪墊好的下料場地進行下料，沿線量好所需的下料長度，校核後用紅色油漆做好標記然後將絞線盤放置到放線基架上，人工將鋼絞線拉至標誌點確定無誤後切斷。
3.剝皮
鋼絞線下料完成後，須將鋼絞線兩端的PE護套按計算好的長度剝除掉。剝皮時應注意刀具或鋸片不能傷及鋼絞線。
4.鐓頭
鋼絞線清洗完成後，將鋼絞線兩端打散後在端頭約10厘米長度範圍內切掉外圈6絲，保留中心絲，然後將鋼絞線復原。用鐓頭器將兩端的中心絲鐓成半圓形鐓頭，以供掛索牽引用。
二、HDPE套管焊接
HDPE套管的連線採用HDPE焊機對焊連線。HDPE套管焊接前，將管材放置於夾緊裝置內並將
之夾緊，在壓力作用下用平行機動旋刀削平兩個管材的被焊端面，並保證這兩個端面相互接觸時滿足規範要求。在焊接過程中，特別注意的是焊接壓力必須保持至焊縫完全冷卻硬化後才能解除。
三、搭設施工平台
塔外平台：用鋼管腳手架或碗口支架在索塔四周搭設所需的施工平台。
梁下平台：主梁採用懸臂澆築法施工時可直接利用施工用的掛籃進行斜拉索安裝、調索等工作。但要在箱梁的頂板上預留孔，以便成橋後灌注防腐油脂。
四、錨固端錨具安裝
梁下錨固端錨具安裝前應檢查錨孔，使之保持清潔無污物。由於錨具是由多個零部件組成，出廠前已做調整，運到工地後不得隨意擰動密封裝置及定位螺栓。錨具安裝就位時要求：
1.安裝前錨具的錨孔均應事先編上對應孔號，注意注漿孔在下，排氣孔在上；
2.中、邊跨錨具組裝件的錨板中心線必須嚴格保持在同一垂直平面內；
3.錨板的中心線與承壓板（錨墊板）的中心線應力求保持一致，兩者偏差不得超過5毫米；
4.中、邊跨錨板的相應錨孔也必須相互對齊，以確保鋼絞線的平行性。
五、HDPE套管吊裝
套管安裝前，應先將套管按給定的長度把兩端鋸好並刨平，然後將之運至中央分隔帶。安裝時，在套管內穿上一根臨時輔助索並將輔助索的一端穿入錨具，同時在套管端頭附近一定位置裝上專用管夾，然後用卷揚機將套管一端吊至塔上分絲管管口附近；此時將輔助索先後穿過索鞍、塔另一端的套管、錨具，同樣方法將套管起吊至塔上管口附近，最後在錨具兩端同時用YDCS160-150千斤頂頂緊輔助鋼絞線，索塔兩端套管就固定地落在輔助索上（圖3）。
圖3 HDPE套管吊裝圖
六、單根掛索
1.掛索順序
由於該拉索鋼絞線在塔上分絲管內是分層排列的（圖4），為便於施工，鋼絞線不打絞，該拉索的掛索順序為自上排到下排單根掛索、張拉。
圖4 鋼絞線排列圖
2.單根掛索工藝
掛索示意見圖5，工藝流程見圖6。
圖5 單根掛索示意圖
圖6 單根掛索工藝流程圖
3.掛索要點
掛索前，梁下錨具的錨孔內穿上ф5的牽引鋼絲，隨後用該牽引絲牽引出帶穿束器的牽引鋼絲繩至橋面管口橋面工作人員將盤上鋼絞線的一端與從HDPE套管和分絲管內穿下來的牽引鋼絲繩相連線，確認牢固後，開動卷揚機直到將該束鋼絞線從另一HDPE套管引出並達到規定工作長度，撤出牽引鋼絲繩，將絞線與錨頭處牽引鋼絲繩連線牢固後，將該端絞線向錨具內推送，直至該端絞線穿出錨孔達到規定工作長度，撤出牽引鋼絲繩，裝上臨時工作夾片，用專用打緊器打緊錨固。使用同樣的方法將鋼絞線的另一端穿過該端的錨具，裝上臨時工作夾片，用專用打緊器打緊錨固。
七、單根張拉
單根張拉示意圖見圖7。
圖7 單根張拉示意圖
1.索力均勻性控制
斜拉索單根索力均勻性是平行鋼絞線拉索施工中的關鍵，為使每根索中各鋼絞線索力均勻，採用等值張拉法進行張拉，即每根鋼絞線在施工過程中所持應力值相等。每根絞線的張拉力以控制壓力表讀數為準，感測器讀數進行監控。掛索前，將監測感測器安裝在底排的一根鋼絞線上，安裝順序為：支座墊板→感測器→單孔工作錨。隨後張拉時每根絞線的拉力按當時感測器的顯示值進行控制。
2.單根鋼絞線張拉
每根斜拉索各鋼絞線均逐根掛索並隨即用
YDCS160-150型千斤頂進行張拉。載入至10%張拉力時測初始伸長值；用壓力表讀數控制最後一級張拉力，使之跟感測器顯示值相對應時，測終止伸長值。裝上工作夾片，適度打緊，卸壓至2兆帕時測回縮值後錨固。在掛索結束後，即拆出感測器，並按感測器拆除時的讀數再進行補張拉。在單根張拉完每一根鋼絞線後，應嚴格控制工作夾片的跟進平整度。在單根張拉過程中，兩端應同時均衡進行載入，力求兩端伸長值的不均勻值控制在設計允許範圍之內。
八、安裝防松裝置
安裝防松裝置前，應先用手提砂輪機切除錨頭兩端的多餘鋼絞線，並預留一定的長度。要求鋼絞線端頭平整、光滑。裝上防松裝置，擰緊鎖緊螺母，以便有效地防止夾片鬆動。
九、整體張拉
1.張拉機具
採用穿心式YDCS5500-100型千斤頂進行整體張拉。
2.張拉系統安裝
整體張拉系統主要包括千斤頂、撐腳、連線套、張拉桿和張拉螺母（圖8）。
張拉系統部件質量大，安裝時藉助手拉葫蘆將連線套、張拉桿、撐腳、千斤頂、張拉螺母依次安裝。安裝時應保證系統整體的對中性滿足整體張拉要求。
圖8 整體張拉示意圖
3.張拉力
1）初始張拉力的確定
在整體張拉過程中，當錨具螺母鬆動脫離錨墊板時以此作為其伸長值的測量起始點，即此時油表讀數對應的張拉力作為整體張拉的初始拉力。
2）確定整體張拉的初始動力後，以此為起點分級載入張拉至設計要求的（超）張拉值，測量各級伸長值。並通知監控單位測試索力，確認索力在允許誤差內，旋緊螺母，千斤頂回油，錨固。
3）在張拉過程中，兩端要求做到同步對稱，相互呼應，級差應控制在設計允許範圍之內。
十、緊索、減振器及抗滑錨安裝
緊索時，在管口索夾旁相應的位置裝上一套緊索器將索收緊，使之成型至設計斷面。將組裝好的減振器推入主梁預埋鋼導管內，直至減振器端面與鋼導管管口持平，再收緊螺栓，按內縮外漲原理，使其內外分別與索體和鋼導管管壁緊緊相貼。用楔緊千斤頂將楔塊頂入抗滑錨的楔槽內。
十一、錨頭保護
錨頭保護罩內灌注防腐油脂，提高絞線的防腐效果，又為以後換索提供了方便。
- 勞動力組織
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》的勞動力組織見表1。
序號 | 工種 | 人數 | 主要工作內容 |
1 | 技術員 | 4 | 負責斜拉索定位、索力測試等技術工作 |
2 | 安全員 | 1 | 負責斜拉索安裝安全工作 |
3 | 質檢員 | 2 | 負責斜拉索施工的全部質量檢查 |
4 | 起重工 | 4 | 負責開動卷揚機 |
5 | 焊工 | 2 | 負責錨具定位等其他焊接工作 |
6 | 專業操作工人 | 10 | 負責操作千斤頂、HDPE套管焊機等 |
7 | 普通工人 | 15 | 負責下料、掛索、張拉等工作 |
材料設備
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》不涉及需特別說明的材料，採用的機具設備見表2。
序號 | 設備名稱 | 型號 | 單位 | 數量 | 用途 |
1 | 千斤頂 | YDCS5500-100 | 套 | 4 | 整體張拉 |
2 | 千斤頂 | YLDS160-150 | 套 | 4 | 單根張拉 |
3 | 墩頭器 | LD10 | 台 | 2 | 鋼絞線墩頭以便穿索 |
4 | 焊機 | HDPE | 台 | 1 | HDPE套管焊接 |
5 | 環氧注漿泵 | ╱ | 套 | 2 | 灌注防腐油脂 |
6 | 無線對講機 | ╱ | 台 | 10 | 對稱、同步張拉對話 |
7 | 感測器 | ╱ | 套 | 8 | 測試單根鋼絞線索力 |
8 | 動測儀 | JMM-268 | 套 | 2 | 測試整索索力 |
9 | 切割機 | ╱ | 台 | 4 | 切割鋼絞線 |
10 | 電焊機 | ╱ | 台 | 2 | 焊接錨具等 |
11 | 卷揚機 | 2噸 | 台 | 4 | 牽引鋼絞線 |
12 | 葫蘆 | 2噸 | 台 | 8 | HDPE套管吊裝 |
13 | 角磨機 | ╱ | 台 | 2 | 切割張拉端鋼絞線 |
質量控制
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》的質量控制要求如下：
一、質量標準
1.每根斜拉索各股鋼絞線的離散誤差不大於理論值的±3%。
2.一對斜拉索間的差值不大於理論值的±1%。
3.斜拉索整索索力誤差不大於理論值的±2%。
二、控制措施
為了保證斜拉索的施工質量，中鐵十二局集團第四工程有限公司採用“等值張拉、先單根後整體”的施工方法。
1.先張拉一根鋼絞線，然後安裝錨下感測器，其餘鋼絞線的張拉值等於第一根鋼絞線上感測器顯示的索力值，這樣就避免了鋼絞線的離散誤差。
2.索力測試採用頻譜儀和千斤頂油壓表讀數雙控的原則。
安全措施
採用《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1.堅持“安全第一，預防為主”的方針，加強安全生產教育，提高安全意識。
2.健全安全崗位責任制，做到獎罰分明，逐級簽訂安全生產責任書，明確分工，責任到人，把安全落實到實處。
3.嚴格執行各工種《安全技術操作規程》，定期對職工進行考核。
4.千斤頂操作時前方不許站人，要求端部平整對中。
5.油泵操作時需緩慢、均速加壓和卸壓，嚴禁超壓和快速加壓。
6.施工平台搭設要牢固，嚴防墜物。
7.錨具起吊、安裝時要求起落平穩，注意對錨具的保護。
8.掛索時確保牽引連線可靠，注意信號配合，索下不許站人。
9.灌注油脂時要求接頭可靠，保持規定壓力但嚴禁超壓，環氧有毒注意勞動保護。
10.HDPE套管安裝時確保牽引連線可靠，注意信號配合，嚴防墜物。
11.嚴禁非專業人員擅自操作機械。
12.高空作業時不得隨意向地面拋擲物品。
13.腳手架、安全網的搭設要符合安全要求，並要定期檢查，維修和保養。
14.起重機械作業時起重臂下嚴禁站人。
15.注意現場設備、材料的防雨和防風，場地不留安全隱患。
環保措施
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》的環保措施如下：
1.對有害物質（如燃料、廢料、垃圾等）要通過焚燒或其他措施處理後運至監理工程師指定地點，防止對人員造成損害。
2.施工機械的廢油廢水，採取有效措施加以處理，不超標排放，避免造成對水源污染。
3.施工場地和運輸道路經常灑水防護，儘可能防止灰塵對生產人員和其他人員造成危害。
4.報廢材料立即運出現場並進行掩埋等處理。對於施工中廢棄的零碎配件，邊角料、水泥袋、包裝箱等及時收集清理並搞好現場衛生，以保護自然環境與景觀不受破壞。
5.對使用的工程機械和運輸車輛安裝消聲器並加強維修保養，降低噪聲。
6.在比較固定的機械設備附近，修建臨時隔聲屏障，減少噪聲傳播。
7.合理安排施工人員在高噪聲區和低噪聲區的作業時間，並配備勞保用品。
效益分析
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》的效益分析如下：
1.施工占用場地小，在已經做好的橋面上即可下料、剝皮等，可節省臨時用地費用；投入的設備、人員較少，工序簡單，勞動強度低；斜拉索安裝速度較快一對斜拉索掛索、張拉只需要約10小時就可完成，工期短。以離石高架橋為例，僅斜拉索施工一項就可節約資金約20萬元。
2.張拉工藝流程清晰，索力監測儀器先進，能為施工控制提供準確依據，安裝精度高，施工質量易控制，施工安全可靠。
3.抗滑錨和分絲管技術的套用，方便了使用期的養護和正常換索，促進了技術進步，同時也為同類型橋樑的施工提供了參考。
註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算
套用實例
《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》的套用實例如下：
- 實例1：蘭州市小西湖黃河大橋
蘭州市小西湖黃河大橋主橋工程，位於蘭州市七里河區，由黃河大橋主橋和濱河中路立交兩部分組成。主橋結構為一聯（81.2+136+812）米預應力混凝土雙塔單索麵部分斜拉橋，橋長300米，採用塔梁固結、梁墩分設的結構形式。主塔結構高17.0米，布置於中央分隔帶上樑體採用單箱三室大懸臂截面，斜拉索採用扇形單索麵、鋼鉸線索，每根拉索由31根ф15.24毫米鍍鋅鋼絞線組成，塔根附近無索區梁長約46米，有索區長約36米，跨中無索區長約18米，塔上豎向索距0.7米，樑上索距4.0米斜拉索通過索塔鞍座後兩端張拉並錨固於梁體上。全橋在5~14號梁段共設斜拉索20對共40束。單索最大張拉力為740噸。該橋2002年1月12日開工，2003年底開通運營。
完工後的應力檢測表明：控制截面的混凝土的拉應力不超過2.76兆帕，最大壓應力不超過19.6兆帕，和設計計算值吻合較好，成橋後的線型符合設計要求；最大垂直合攏誤差不超過10毫米，最大中線偏差控制為4毫米，小於規範20毫米和5毫米的規定值。
- 實例2：銀川市北二環路1號橋
銀川市北二環路為銀川市城市主幹道，1號橋起訖里程為K7+790.95~K7+990.95，為一聯（30+70+70+30）米獨塔雙索麵部分斜拉橋，橋長200米，橋面寬60米，主梁採用一箱四室魚腹形結構，主塔高30米，斜拉索為雙索麵，每個索麵共9根索，每根斜拉索由55根ф15.24毫米鍍鋅PE鋼絞線組成。該工程2003年10月開工，2004年7月竣工，完工後經檢測，各項應力指標均符合設計要求。
- 實例3：離石高架橋3號橋
離石高架橋位於青島至銀川國道主幹線山西省汾陽至離石段第十八契約段，起點樁號為K73+
638.5，終點樁號為K74+941.468，橋長1302.968米。該橋分為三部分，其中3號橋為斜拉橋，橋型
結構為一聯（85+135+85）米預應力混凝土雙塔單索麵部分斜拉橋，橋長305米，結構形式與小西湖黃河大橋基本相同。斜拉索採用扇形單索麵、鋼鉸線索，每根拉索由31根ф15.24毫米環氧噴塗鋼絞線組成，斜拉索布置在中央分隔帶上，塔根無索區梁長45米，有索區長40米，跨中無索區長10米，塔上豎向索距0.75米，樑上索距4.0米，全橋共設22對斜拉索。採用該工法施工，索力測試結果表明拉索索力均符合設計要求，具體見表3。
序號 | 拉索編號 | 設計索力（千牛） | 實測索力及偏差 | ||||
左（千牛） | 與設計偏差（%） | 右（千牛） | 與設計偏差（%） | 左右索力偏差（%） | |||
1 | C1 | 3200 | 3227 | 0.8 | 3235 | 1.1 | 0.2 |
2 | C2 | 3200 | 3244 | 1.4 | 3251 | 1.6 | 0.2 |
3 | C3 | 3200 | 3209 | 0.3 | 3224 | 0.8 | 0.5 |
4 | C4 | 3150 | 3184 | 1.0 | 3186 | 1.1 | 0.06 |
5 | C5 | 3150 | 3152 | 0.06 | 3178 | 0.9 | 0.8 |
6 | C6 | 3150 | 3159 | 0.3 | 3170 | 0.6 | 0.3 |
7 | C7 | 3150 | 3185 | 1.1 | 3160 | 0.3 | 0.8 |
8 | C8 | 3150 | 3200 | 1.6 | 3200 | 1.6 | 0 |
9 | C9 | 3150 | 3141 | 0.3 | 3223 | 0.8 | 0.5 |
10 | C10 | 3150 | 3198 | 1.5 | 3200 | 1.6 | 0.1 |
11 | C11 | 3150 | 3204 | 1.7 | 3188 | 1.2 | 0.5 |
備註：斜拉索整索索力採用JMM-268型動測儀進行測試，表中實測索力及偏差為每對索張拉完成後的測試值。 | |||||||
榮譽表彰
2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質[2008]22號，《矮塔斜拉橋斜拉索施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。
