悬索桥工程施工设计方案

地锚式钢结构悬索桥施工技术总结

1.工程概况

悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢缆等）制作。由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，根据神华宁煤400万吨/年间接液化项目澄清文件平面图等相关资料，两座悬索桥分别跨铁路悬索桥、过经四路悬索桥。跨度范围几十米到两百米左右，横跨铁路悬索桥主跨要在100米以上。

悬索桥又分为自锚式与地锚式两大类，本工程的悬索桥主要用于管道的敷设，对于桥面的路面要求不高，但是对钢性有一定要求。地锚式钢结构悬索桥的施工工艺与自锚式混凝土悬索桥及重力式悬索桥有很大区别，其施工重点在于钢结构梁的曲线挠度控制，及各种预埋件、构件的精度控制，难点是悬索桥张拉过程中的索力调整及主缆、索鞍的防腐处理，地锚式钢结构悬索桥具有造价高，跨度小，但外型曲线优美结构线条透明，适用景观工程等特点，本方案为地锚式钢结构悬索桥安装。

图1结构示意图

2．编制依据

1.《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001，

2.《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004，

3.《公路桥涵施工技术规范》JTT041-2000

4.《简易架空缆索吊》北京

3施工要点：

悬索桥的主梁由吊杆支撑，主梁弯矩与跨度关系不大。钢梁组成平面梁格和后期铺

设的混凝土桥面板构成。2道纵梁的横向位置与吊杆的横向位置相同，吊杆直接锚固在纵梁上。

自锚式悬索桥采用先缆后梁施工方案的施工顺序如下：

（1）在桥墩上架设第一段主梁，与桥墩临时链接，该链接可传递较大的水平力；

（2）把猫道主缆锚固在墩顶主梁上；

（3）分步架设主梁：先吊装边上的压力之前，主缆和临时连接系梁，形成能够承受轴力的钢骨架，然后在钢骨架上施工主梁的其他部分。纵梁承受压力之前，主缆和猫道承重索的水平力由桥墩承受，大缆水平力从桥墩转移到纵梁，可用图2所示的临时固结装置解决。图2所示为广州鹤洞大桥斜拉桥临时固结装置，可方便进行系统转化。

施工过程中，边墩最不利的受力工况为吊装最后阶段纵梁：纵梁不能承受压力，主缆受自重、吊杆拉力（承受纵梁及连接系的重力）和猫道自重作用，其水平力全部由边墩承受。

次方法实施需要着重考虑的问题包括桥墩的设计尺寸、工字型主梁的稳定性和大缆与桥墩的临时固结等，需要进行计算制定详细的施工方案。

3.1桩基施工

由于没有设计相关内容，根据现场地质条件桥塔桩基设计采用钻孔桩基础，桩基类型均为摩擦桩，深度以设计为准。

3.2承台及锚碇施工

基坑开挖至承台底以下0.3米后，进行地基夯实。在上面浇筑砼垫层厚度20厘米，然后在垫层上放线定位，承台一次整体立模浇筑，锚碇分两次浇筑完成，每次是200立方砼。

3.3塔柱施工

索塔施工属于高空作业，工作面狭小，其施工工期影响着全桥总工期，在制定索塔施工时，起重设备的选择与布置，是索塔施工的关键。

起重设备的选择视索塔的结构形式、规模、桥位地形等条件而定。起重设备必须满足索塔施工的垂直运输、起吊荷载、吊装高度、起吊范围的要求，且操作安装简单、安全可靠，并需综合考虑经济效益等因素。目前一般采用塔吊辅以人货两用电梯的施工方法。索塔铅直时，可采用爬升式起重机，在规模不大的直塔结构中，也可采用万能杆件或贝雷架等通用杆件起重等方法。

3.4钢结构梁施工及运输

3.4.1钢桁加劲梁施工

3.4.1.1钢桁加劲梁制作

主桁加劲梁分成段，每段约为20米左右，角钢采用Q235B钢材,节点板采用Q345B 钢材,质量符合现行国家标准的规定.钢桁架的制造在有钢桁架制造资质的工厂进行, 钢桁架的各构件之间全部焊接连接,钢梁的制造、焊接和检验必须遵照《钢结构设计规范》(GB 500117-2003)和《建筑钢结构焊接规程》(JBJ81-2002)的有关规定执行. 为了保证焊接接头焊后的韧性和控制接头超强,应严格控制焊接能量的输入。投产前必须根据结构中不同的接头形式作焊接工艺试验,经评定通过后方可生产。

3.4.1.2钢桁加劲梁零件加工

钢桁加劲梁零部件的加工,选用精密切割；边缘加工必须将边缘刺屑清除干净,磨去飞刺挂渣波纹。刨边时应避免油污污染钢料,加工面的表面粗糙度不大于25,顶紧加工面与板面垂直度偏差应小于0.01t切不得大于0.3mm.

3.4.1.3钢桁加劲梁板件、部件节段组装

板件、部件节段组装在专用平台或胎架上进行,使用专用夹具或马板进行固定；松开马板约束时,必须采用火焰切割的方式进行,并将约束部位修磨匀顺；组装合格后的板块或部件,应在规定部位打上编号钢印.

3.4.1.4钢桁加劲梁试拼装

钢桁加劲梁按拼装图进行厂内试拼装,试拼不少于3节段,按架梁顺序进行试拼装.试拼装前,应认真做好各项准备工作,仔细检查试拼装胎位、工具、仪器及吊具是否完好和安全可靠.

3.4.1.5钢桁加劲梁安装

a吊装过程要求:

吊装过程必须严格遵守高空作业的安全规定；吊装过程观察索塔变化情况,根据设计要求和实测塔顶位移量分阶段调整索鞍偏移量,以保证工程质量和施工安全；吊装时，钢架四角用导链固定于主缆绳上，然后安装吊杆、拧紧螺栓，直至安装结束。在节段吊装过程中对梁节段接头进行测试,并随时拧紧定位临时螺栓.

b工地焊接

工地焊接做工艺评定,并严格按工地焊接工艺进行工地焊接；工地焊缝焊接前用钢丝砂轮进行焊缝除锈,并在除锈后24h内进行工地焊接；工地接头焊接时,应注意温度变化对接头焊接的影响安装时有足够数量的固定点并保证足够的强度；当工地焊缝形成并具有足够的刚度和强度时,方能解除安装固定点,防止焊缝裂纹及接口处错边量超差；桥面板和桥底板使用单面焊双面成形技术；为控制变形,对施焊顺序进行控制,横向施焊顺序宜从桥面中轴线向两侧焊接,并做到对称施焊.

3.4.2钢桁加劲梁运输

钢桁加劲梁采用专用运梁车运送至现场，存放于桥头专用场地。

3.5扒杆索道安装

3.5.1 扒杆索道安装方案

a.扒杆基础采用素砼结构，共两块，浇好整平后，待强度达到混凝土标准时即可安装扒杆。

b.索道布置，中间主缆道采用两根φ45mm钢缆，两只30吨滑车，行走牵引钢缆采用φ17.5mm钢丝绳。

c.两端扒杆地锚各为6个，主地锚各两个，各采用φ50×200cm木质圆木棒两根，侧向缆风地锚各4个，各采用φ30×200cm圆木棒埋入土中，深度180cm，主缆风钢缆采用φ45mm，侧缆风采用φ32mm钢丝绳，缆风绳与地面夹角约为20°。卷扬机共用4台，其中两台起重，两台牵引，共需用电功率38KW。

图2 “人”字型钢扒杆主示图

图3“人”字型钢扒杆左示图

2.6.2排架安装

根据跨度尽量减少排架的支设，以满足以承担该部位钢梁荷载为准。设置水平撑用于顶升架设；排架桩纵向设剪撑，将排架连接成整体。

图4排架搭设示意图

3.6索鞍施工

检查顶面标高，使之符合设计要求。索鞍施工前，复测合格后清理表面和四周销钉，吊车吊装索鞍底座就位，对齐销孔使索鞍底座与钢板销接。在索鞍底座表面进行涂油处理。

3.6.1索鞍吊装

索鞍由底座、索座、索盖三部分组成。索鞍安装时根据设计提供的预偏量就位，在索吊张拉过程中逐渐张拉至设计永久位置，然后固定。索鞍安装误差控制在轴线误差最大1mm，标高误差最大+2mm。

3.6.2索鞍顶推

在钢结构吊装及吊索张拉过程中，由于钢梁安装先后次序不同及对主塔底部产生弯矩不等，因此产生索塔底部实际承受能力超过其允许应力的情况，为消减上述影响，钢梁安装时及吊索张拉时必须对索鞍施加外力，抵消索塔底部承受的部分弯矩，保证索鞍施工安全。施加外力方法采用千斤顶顶推索鞍，施工人员在脚手架平台上作业。顶推前应注意确认滑动面的摩擦系数，严格掌握顶推量。

3.7缆索施工

缆索施工主要分主缆部分、吊杆部分、防腐部分、施工过程控制部分。主缆部分的施工包括：主缆架设、主缆线型调整。吊索部分的施工包括：索夹安装、吊杆安装即吊杆张拉（索力调整），螺栓多次拧紧（分初拧、复拧、终拧）。防腐部分的施工包括：索夹防腐、索鞍防腐、主缆防腐。

3.7.1主缆架设

3.7.1.1展索设施

a.展索盘：主缆工厂加工，成圈包装成型，运至现场后展开使用。在开包展开时要避免主缆弹开伤及工作人员也要避免形成扭劲。在放索前应将成圈索放在可以旋转的支架上，称之为展索盘。

b.支承托辊：为避免主缆在地面展开时损坏，在地面每2米设置索托辊（用柔性材料），以保证索纵向移动时不会损坏索护套。

c.锚头用空中两根吊索牵引。

3.7.1.2起吊系统

a.利用空中索道吊主缆从一端穿过火车道（经四路悬索桥不需要）。

b.在两座塔的两侧分别安装安置2台25t汽车吊，将主缆一次性吊到塔顶索鞍就位，同时用空中索道做2个吊点吊起主缆控制主缆垂度。

c.为避免起吊过程中主缆损伤，起吊主缆到塔顶索鞍就位时应采用专用的索夹保护。

图5主缆过河示意图

3.7.1.3牵引设施

主索牵引采用4台JWJ-5T卷扬机，2台在南端，2台在北端，30t滑车2台。

3.7.2主缆线型调整

主缆采取一次性吊装就位的工艺。为保证安装精度，首先保证主塔锚碇的施工质量。其次，主缆在工厂制作过程中要在缆上进行准确的标记。

标记点包括索夹、索鞍、跨中位置，锚固点的中心点。

安装前按照设计图纸的要求准确核对各项控制值的误差。首先是测定主跨长，索鞍顶标高，索鞍预偏量，主索塔垂直度，外界温度，然后计算出各个控制点的标高。主缆调整时最重要的一项是检查主索上对应的索夹位置的标记是否与钢梁上的预留孔能否对应，为有较大偏差应重新架设索夹间主缆长度，准确标记索夹位置，然后经设计单位和监控单位同意后进行调整。最后按照调整后的控制值进行安装调整（一般在气温比较稳定的时间进行）。

主缆调整用100t千斤顶在锚固端单端张拉。调整时应参照主缆上的索夹吊杆允许位置进行调整。首先调整主跨跨中主缆在自重状态下的垂直标高误差在3cm以内，完成索鞍处固定，然后固定锚固端。

3.7.3索夹安装

为避免索夹的扭转，索夹在主缆安装完成后进行安装。

3.7.3.1索夹位置确定

由设计院和监控单位确定，在工厂加工时标记在中心位置，在现场核对无误后将该处的双层彩色PE剥除。

3.7.3.2索夹安装

索夹安装由施工人员在工作滑车中完成，将滑车安装在空中索道上，安装人员在其上面操作。

安装索夹的顺序从跨中向塔顶进行。

3.7.3.3索夹的紧固

索夹安装的关键是螺栓的紧固，分三次进行索夹安装，就位时用扭力扳力预紧固，钢梁吊装完毕后用扭力扳手第二次紧固，用扭力扳手测出索夹每一个螺丝的紧固力。索夹的扭紧力需要进行滑移试验来确定。最后是桥面木板及栏杆预压之后，桥面标高调节后，钢梁全部焊接完毕后，进行最后一次紧固。

3.7.4吊杆安装

吊杆采用人工安装，工作人员站在工作滑车上，通过空中索道拉动滑车，吊杆上端与索夹相接，下端伸入钢梁的预留孔内，穿入连接销便完成。

3.7.5吊杆张拉

（1）吊索张拉前应确定张拉施工方案，明确张拉的顺序、步骤和方法；制定鞍座顶推步骤，确定分次顶推的时机和顶推量；同时应配备接长杆、千斤顶、作业台架等施工机具。

（2）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，大型吊杆采用吊车配合安装。

（3）吊索宜分2~3次进行张拉，逐步到位。张拉顺序宜从索塔向跨中进行，张拉时应同步、分级、均匀施力，且应以拉力和拉伸长度进行双控，并以拉力控制为主；主缆吊杆张拉顺序还应综合考虑施工机具、张拉空间、张拉力、便捷、经济等因素。

吊索张拉使用8台千斤顶对称张拉。吊索底端冷铸锚具，其锚杯铸有内外螺纹，内螺纹用于连接张拉时的连接杆以便千斤顶作用，外螺纹用螺母连接后将吊杆固定于锚垫板上。因主缆的空缆状态与成桥状态不同，而主梁与成桥状态基本在同一位置，主缆在自重状态标高较高，导致吊杆在加载之前下锚头处于主梁梁体之内，因此部分吊杆在张拉过程中必须配备临时工作支架和连接杆。吊杆上端与索夹结构配套，下端除结构必须满足便于安装、张拉、养护维修和便于更换等要求外，其工作螺母的调整范围要大到能满足主梁设计线形调整工艺的要求。

（4）吊杆的张拉及加载必须根据主梁和主缆的刚度、自重通过计算机模拟计算的方法得出最佳加载程序。第一次张拉施加1/4的设计力将每一根吊杆临时锁定；第二次顺序与第一次相同，按设计力张拉完，然后检测每一根吊杆的实际荷载，最后根据设计力具体对每一根吊杆进行微调。在吊索的张拉过程中，塔顶与鞍座一起发生位移，张拉一定程度后，根据实际观测及计算分析进行索鞍顶推，使塔顶回位；如此反复后，将每根吊索的张拉力调整至设计值。

（5）施工过程的每一道工序的施工均非常重要，每一根吊索的索力都要及时准确测量。吊索张拉时千斤顶的油表读数和智能信号采集处理分析仪通过振动测出吊索的拉力，两种方法互相检验，确保张拉时每一根吊索的索力与设计相吻合。

（6）吊杆张拉期间，塔顶鞍座应进行临时限位。若图纸没有考虑限位的，应在施工中采取可靠措施确保张拉期间鞍座不产生滑动。

（7）张拉吊杆时应加强塔顶偏位和关键部位应力测量。

3.7.6防腐施工

a.地锚式钢结构悬索桥的使用寿命关键在于缆索及钢梁的防腐上，主缆的防腐使用一些新材料、新工艺对其关键部位进行处理。防腐工作主要包括索鞍、索夹、吊索、钢

梁几个部位。

b.主缆安装时在索鞍及索夹的位置将外裹双层彩色PE剥开，露出裸缆，因此在剥开主缆PE的表面涂一层9501B不干性阻蚀型密封膏，待索夹及索鞍调整后使用HM106聚硫型高强防水密封剂使主缆钢丝与外界空气隔绝。

c.防腐工程自主缆开始安装时同步进行，始终贯穿于缆索施工的整个过程，待吊索张拉后亦施工完成。

d.钢桁加劲梁防腐施工

角钢进厂先除锈，后喷20μm醇溶性无机富锌底漆；角钢外表面达到Sa2,5级后涂无机富锌底漆80μm,环氧磷脂锌封闭底漆30μm,环氧云铁中间漆100μm,脂肪属聚氨脂面漆两道各40μm.

e.主索鞍、上下联结板及支座防腐施工

喷砂除锈,达到Sa2.5级后涂无机富锌底漆两道,厚度分别为20μm和60μm,无机富铝漆20μm.

f.索夹、上下联结板及支座的表面处理及涂装

g.各外露不加工表面须经喷砂处理,达到Sa2.5级后涂无机富锌底漆两道,厚度分别为20μm和75μm, 环氧云铁中间漆两道,总厚度80μm, 聚氨脂面漆两道各40μm.合计干膜厚度255μm.

h. 内加工面须按《热喷涂锌、锌合金涂层及其检验方法》(GB9793-9794-88)进行喷锌处理,锌层厚度不小于.0.2mm.

4管道的吊装施工

管道的敷设以悬索桥为主要载体，所以悬索桥的安装工期决定了管道施工的时间节点的控制。所以在悬索桥架设调试完成中交后，再进行管道的敷设。主要施工要点内容为：

4.1施工顺序：

机械就位→警戒布置→管道吊装→吊装下沟槽（操作坑）管线定位→管道安装→压力检测

4.2施工要点：

管道主要架设于悬索桥的上方或下方，介于横跨火车道。火车的通过区域不易吊装机械的站位，增加了管道吊装定位的难度。故采用分段吊装，无法吊装区管道可由吊装区的管道位移的方法进行安装。

4.3施工技术要求及注意事项

4.3.1吊车的选择

汽车吊理论吨位乘以3，再除以要吊的重量能得出距离，除以距离能得出重量，但是吊车的实际能力达不到计算出来的结果，还要把主臂的重量和吊钩的重量算上。

4.3.2吊车使用要求

吊车进场前应对使用场地进行平整压实，特别是吊车吊装站位场地的平整压实，避免吊装时因场地不适而临时处理，影响吊车按时使用。

吊车配重安装当需要辅助吊车时，在吊车进场前要考虑好吊车的应有能力和足够场地要求，以确保吊车正常使用。

设备吊装前作好一切吊装准备工作，如绳扣、卡环、或辅助用吊具、垫木等。而且这些吊索具已经配合尺寸检查或已捆绑到位，只待挂钩起吊。

所有使用的吊车必须经检验合格并在合格期限内方可使用。

4.4安全控制要点

①、吊装应由一人负责指挥，指挥人员必须熟悉机械吊装的有关安全操作规程和指挥信号；架驶员必须听从信号进行操作。

②、管子在吊装前应先进行试吊，确认可靠后方可吊运。

③、在起吊作业区内，任何人不得在吊钩或被吊起的重物下面通过或站立。

④、管节吊装槽时，不得与悬索桥支撑及吊装到位的管道相互碰撞；作业运管不得扰动天然地基。

⑤、在工作中起重人员禁止用手直接校正已被重物张紧的绳子，如吊装带、链条等。吊运中发现捆缚松动或吊运工具发生异样、怪声应立即指挥停车进行检查，绝不可图侥幸之心。

⑥、在吊装工程中吊装作业范围内用锥型筒隔离，拉警戒线，四周摆放安全警示牌，设安全指挥人员2名，至吊装完毕方可撤离。

4.5主要施工设备

主要施工机具设备表

5.施工质量控制

5.1施工控制的关键点

对悬索桥，施工控制是关系到施工成败、施工质量和经济效益的关键所在。

由于整个结构体系的非线性比较显著。吊索拉力是随着背主缆和主梁线型逐渐变化而改变的，在吊索拉力的变化中主缆位移和应力变化幅度较大，要使竣工后的主缆线型和各截面的应力符合设计要求是一项既重要又艰巨的任务，因此必须结合现场的实际情况对施工工序进行合理的安排，及时张拉吊索，给出准确的桥面板标高，保证成桥状态的主缆线型与主梁线型,并保证桥的安全。

5.2施工控制的目标

本桥施工控制的原则是对结构变形和梁内力进行双控，其中以变形控制为主。本桥施工控制的目标主要有如下三个方面：

5.2.1标高控制：通过调整立模标高，控制全桥加劲梁桁架梁线型，严格控制各控制截面的挠度，调整桥面标高，保证加劲梁桁架线形满足设计要求。

5.2.2系杆张拉力控制：使成桥状态的实际索力与设计索力的误差控制在容许范围之内，以保证成桥状态索塔受力的合理性。针对每个具体不同的工序与实际的荷载影响因素，确定每个适当时机的实际吊索张拉力，确保主缆变形在设计允许范围之内，保证施工过程中结构的安全。

5.2.3结构应力控制：在施工过程中，保证各主要受力部位的应力在预想和容许的范围内，以保证结构在施工期间的安全性，测量的应力同时可以修正施工控制理论计算的参数取值。

5.3检测项目及手段

本桥的检测项目主要有：结构变形监测、吊索张拉力。

5.3.1结构变形监测：结构变形观测内容包括主缆线型标高，主缆横向偏差，主梁标高，索塔变位。张拉过程中对主缆竖向和横向变形进行偏差测量，以校正主缆轴线方位；定期观测索塔变形。观测不平衡荷载、日照等因素对索塔水平变位的影响。

结构变形观测每天都要进行。标高及位移测量必须在早晨日出之前的固定时间内进行。

5.3.2吊索张拉力的量测：吊索张拉力的测量实行双控，用经过严格标定的油压千斤顶进行读数，并以伸长值进行校核。

5.4施工控制的过程

5.4.1悬索桥的施工控制是一个计算→施工→量测→参数识别→误差修正→预告→施工的循环过程。影响计算结果可靠性的因素很多，包括测量误差、施工误差、理论计算中的设计参数取值误差，如主缆的弹性模量、徐变系数、材料热胀系数、施工荷载等。在保证测量精度和施工精度的前提下，设计参数的取值误差可以随着施工的进行逐步得到修正。

5.4.2施工控制大致按如下程序进行：

5.4.2.1全桥上部结构采用ansys软件建立平面杆系结构计算,用桥梁博士进行复算比较,全桥空间结构稳定性分析采用madis建模模拟计算:计算中考虑了恒载、活载、温度变化及混凝土收缩、徐变等作用。

5.4.2.2按规定程序检测各项数据，如结构变形、施工荷载等。将这些数据进行整理并输入工地计算机作跟踪分析。

5.4.2.3比较理论计算结果与实测结果的差别，分析出现偏差的原因，调整参数取值重新计算，缩小两者的差别。

5.4.2.4按调整后的各项参数计算下一施工步骤的施工控制参数。

6. 结语

本方案适用于跨度不是很大的悬索桥，但同类桥中采用扒杆索道技术安装的很少，此方案经过全体人员的不懈努力，克服了雾气变化大、风大、场地条件差等诸多不利因

素，攻关了诸多项技术难题，可以在一定范围内推广，创造了一定良好的社会和经济效益。