汕头海湾大桥悬索桥主缆施工技术吴清发石国彬张文忠胡利平摘要汕头海湾大桥是我国第一座现代悬索桥，主桥结构体系为三跨154 m+452 m+154 m双铰预应力钢筋混凝土加劲箱梁的悬索桥．主缆是悬索桥的主要承重悬索结构．主缆系统的施工主要包括猫道架设、索股架设、索夹吊索安装和防腐等项目.关键词悬索桥；主缆；钢丝束；索夹；吊索主缆是悬索桥的主要承重悬索结构．汕头海湾大桥主缆长约1030 m，主缆直径为570 mm，采用预制平行钢丝索股架设方法施工．主缆系统的施工主要包括猫道架设、索股架设、索夹吊索安装和防腐等项目．汕头海湾大桥主缆施工流程如图1所示.图1 悬索桥上部结构安装流程图Fig.1 Superstructure erection flow chart of suspension bridge1 猫道施工猫道是主缆钢丝束拖拉架设、测量、调索、主缆整圆挤紧直至主缆缠丝涂装等工序施工的空中走道和作业平台，在悬索桥的施工中占有很重要的地位．本桥猫道由猫道承重索及其锚头锚固件、猫道面网、防护栏、猫道面滚筒、拖拉主缆锚头的小平车支承索、横向天桥及抗风索组成．考虑主缆架设的需要，设计要求猫道与主缆的空缆线形一致．猫道布置如图2所示.图2 猫道布置示意图Fig.2 Layout of catwalk1.1 导索架设导索是悬索桥上部结构施工的第一根过海架空索，本桥导索为跨越主跨的φ22 mm往复式牵引钢丝绳，用于拖拉架设猫道承重索的支承索和猫道承重索．导索的架设过程：导索过海前将两塔、两锚的门架安装好并安装必要的滑轮；导索自南主塔承台卷扬机经塔顶转向轮转向后牵拉到南主塔旁边的拖轮上锚固，在封航的条件下以拖轮拖拉，按半空中渡海法驶向北主塔，再提升到北塔顶与事先准备好的φ22 mm转向牵引绳对接，形成跨越主跨的往复式导索.1.2 猫道架设猫道承重索是猫道的承重结构，为φ45 mm的钢丝绳．主跨猫道承重索的架设方法是以滑钩组将其吊挂于φ33 mm支承索上，从南主塔由φ22 mm导索于空中拖拉过海，到达北主塔塔顶后以牵引器将承重索锚固在猫道锚固件上，通过测量监控、调节猫道锚固件调节螺杆的长度使承重索的垂度达到空载时的设计垂度．为了确保猫道线形，在猫道承重索下料、制作锚头之前，对猫道承重索钢丝绳按60% p进行预拉，并持荷2 h以消除其非弹性变形.s猫道面为4 m宽的钢丝网．为了作业方便，先在地面上将大、小方眼的猫道面网预制成30 m长一节并卷成盘，然后起吊放在主塔顶卷盘支架上，将猫道面网卷一边放开一边沿承重索下滑到位，安装护手、栏杆网、抗风索及横向天桥．当猫道面网由于坡度变小在重力作用下无法自行下滑时，可采用卷扬机施加适当的拉力帮助其下滑.2 主缆架设大桥两条主缆各由110束平行钢丝组成，钢丝束由91根φ5.1 mm高强镀锌钢丝按正六角形平行编制而成，全长约1029.6 m，钢丝束两端嵌固于热铸锚头内，主缆结构如图3所示.图3 主缆结构示意图Fig.3 Structure of the main cable2.1 主缆架设架设主缆前先按设计图完成猫道工程及塔顶、锚顶上主缆架设设施的布置，猫道上设置支撑钢丝束的滚筒，主塔鞍座及散索鞍座按设计规定预偏．汕头海湾大桥主缆架设采用小循环拖拉系统，如图4所示.图4 主缆架设设备布置Fig.4 Layout of erection of main cable首先安装第一根基准束．须在夜间恒温下精确测量该束边跨、主跨中央的高程．同时要测得主塔的倾斜量、钢丝表面温度并进行线型调整，然后固定在两端锚碇相应锚杆上．其余一般钢丝束按设计编号顺序以基准束为准按相对垂度控制标准进行安装.钢丝束的安装由猫道上的牵引索拽引，通过猫道上的支承滚轮由北锚碇拖引至南锚碇，用手动导链装入锚杆接头．在鞍座位置用导链吊装入鞍座内．在整个拖引过程中应注意避免钢丝束发生扭转现象.六角形断面的钢丝束（91丝）在鞍座处按照设计要求整形为48 mm×50 mm 的矩形截面．为此在鞍座上方安设有临时收紧钢丝束的滑车组装置，可将鞍座两侧各20 m左右的钢丝束收紧，使该端钢丝束处于放松状态，便于索股整形入鞍，如图5所示.图5 鞍座节段钢丝束整形示意图(mm)Fig.5 The forming of wire strand in sadle(mm)2.2 主缆挤紧首先对主缆进行初整圆．整圆之前应对主缆进行及时的调整使所有的钢丝保持平行．整圆的办法是用φ10 mm钢丝绳隔着麻袋缠绕主缆两圈，两端通过导链连接猫道横梁，边收紧导链边用木槌敲打主缆，整圆后用钢包扎带捆扎．整圆次序是先主跨L/4、L/3、L/2和边跨L/2位置，间距约60 m，以后用二分法直到每5 m一道为止．初整圆后的空隙率为24%～32％.主缆采用挤缆机进行挤紧，如图6所示．索股挤紧以主缆直径控制为主．主缆挤紧是从主塔塔顶位置向下移动挤紧机并进行挤紧．挤紧前应拆除钢丝束的定型包扎带和初整圆的捆扎带，挤紧间距为1 m，挤紧后每隔0.5 m用钢包扎带捆扎.图6 主缆挤紧Fig.6 Main cable extruded在挤紧机离开5 m后测量主缆的横径和竖径，算出主缆的空隙率．主缆挤紧后横径在575～580 mm之间、竖径在546～554 mm之间，空隙率为17.8％．主缆直径测量方法如图7所示.图7 主缆直径测量Fig.7 Diameter measurement of main cable2.3 主缆线形测量控制(1) 测点的布设为了方便测量及满足控制主缆线形要求，主缆垂度测点布置如图8所示：测点分别设置在主跨跨中、南北边跨距主塔中心154 m位置（位于N2和S2墩上方）.图8 主缆垂度测点布置Fig.8 Layout of measured points for main cable deflection(2) 测量方法首先用NA2水平仪将水准点引至N2、S2墩帽及S1墩承台上，并用TC1010全站型电子经纬仪准确测定其位置．然后对主桥各跨测点进行精确的里程和方向测量，根据设计线形计算出跨中中点基准索对S1墩承台水准点的相对高程．用NA2水平仪直接测量S2、N2墩顶主缆高程，用TC1610以三角高程方法测量主跨跨中主缆高程．主缆高程均是指基准索的高程.(3) 基准索架设线形调整测量为了尽量减少施测过程中基准索的跨间温差，测量时间均在夜间零点过后进行．通过钢丝束锚端千斤顶调束如图9所示．基准索经过3天连续调整复测，结果稳定，上下游两索最大高差20mm.图9 主缆锚端调索装置Fig.9 Adjusting set of main cable length in its anchorage(4) 一般索股的测量调整一般索股架设期间的测量调整工作也是在夜间进行，测量的内容是用大型卡尺测定一般束与基准索之间的高差，如图10所示，并以此数值和计算的误差范围进行调整，力求使上下层索股之间处于若即若离的状态．一般索股架设期间，须定期复测基准索的垂度．图10 索股相对垂度测量Fig.10 Relative deflection measurement of wire strands3 索夹吊索安装吊索采用骑挂式，索夹为马鞍形．吊索采用7-19φ3 mm镀锌钢丝绳制作，吊索直径为45mm，考虑到调整线形的需要，吊索与加劲箱梁间通过φ100 mm大螺杆进行连接，通过调节大螺杆的有效长度可以达到调节主缆和主梁线形的目的．吊索锚头采用冷铸锚．索夹吊索结构如图11所示.图11 索夹和吊索的构造Fig.11 Structure of cable band and hanger3.1 索夹安装索夹安装前，在气温恒定的夜间，对所有索夹的位置进行精确的测量放样，纵向位置偏差不大于10 mm．利用跨过塔顶和散索鞍顶门架的1 t缆索吊机将索夹吊运到位进行安装就位，用电动扳手将索夹上的φ27 mm高强螺栓拧紧，控制轴力为340 kN．索夹螺栓紧固分三个阶段：索夹安装时、全部梁段架设完毕、二期恒载施加完成．要特别注意在架梁过程中对索夹螺栓拉力的检查，确保任何情况下拉力不小于280 kN，以防索夹发生滑动.3.2 吊索安装每一根吊索由φ45 mm镀锌钢丝绳和冷铸锚头、夹具固定锥体组成，加工过程使用了2次60min、800 kN预张拉工艺以消除结构变形．吊索安装前对工厂预制的每根吊索长度进行张拉试验：在320 kN张拉力作用下精确测量其实际长度，测量的结果将作为调整吊索锚板高度的依据．吊索由主塔吊机提升后再转1 t缆索吊机运输到位安装．索夹吊索的吊装方法如图12所示.图12 索夹和吊索吊装示意图Fig.12 Installation of cable band and hanger4 主缆防腐汕头海湾大桥地处韩江入南海海口处，气候炎热、湿度大、季候风强烈，恶劣的海洋环境对大桥有着严重的腐蚀作用．为了保证大桥的耐久性，有效地减轻和防止主缆受腐蚀的影响，在大量的调查、咨询、研究的基础上，经分析比较，制定了大桥主缆的防腐方案，主缆系统主要防腐结构如图13所示.图13 主缆结构防腐结构示意图Fig.13 Protective structure of main cable4.1 主缆钢丝镀锌汕头海湾大桥的主缆钢丝采用的是由意大利进口的φ5.1 mm高强钢丝，镀锌量大于0.3kg/m2．镀锌质量经过严格试验检验．施工中也采取了一些措施以保护镀锌层.4.2 主缆缠丝这项工作是在成桥通车后进行的，采用φ4 mm软质镀锌缠绕钢丝，所用的缠丝机械均为我国自行研制的产品．现场施工主要包括以下几道工序：(1) 主缆表面清理本道工序要求表面清理原主缆表面的挤紧捆扎带、束股外露纤维带、砂尘、砂浆、油污、水分等异物，直到触摸无污迹为止.(2) 涂敷密封膏（腻子）本桥使用的密封膏为9501 B型非硫化（不干性）阻蚀密封膏．该密封膏是长效的，设计要求其必须与大桥同寿命．密封膏的涂敷须填满主缆表面各丝间的缝隙，并在主缆表面均匀涂抹约1.5 mm厚的膏体，以能充满缠丝间隙．(3) 缠丝作业主缆缠丝与涂敷密封膏是两道紧密衔接的工序．本桥采用的主要为半自动机械缠丝与手动机械缠丝两种方法，局部因无法安装施工机械而采用了人工抽拉缠丝．全部缠丝作业均要求钢丝缠绕紧密，并分段焊接固定牢靠．缠丝拉力按1.4 kN控制.4.3 主缆油漆主缆缠丝后必须认真清理缠丝表面沾附的密封膏及其它污物，然后进行油漆封闭涂装．本桥主缆共刷涂4道环氧底漆，2道聚氨酯面漆，油漆干膜总厚度230 μm．施工采用的是人工刷涂和滚涂两种方法.4.4 特殊部位的防腐措施(1) 索夹：采用HM-105阻蚀密封胶对索夹的环缝（主缆与索夹结合部）、直缝（索夹对接缝）及外缝进行密封.(2) 主塔鞍座两侧主缆引出段及散索鞍座入口段（由于外形限制不能缠丝）：原设计为钢制防护罩方案，后考虑到防腐效果及便于维修等方面的因素而改用了以下方案：选用HM_105密封胶填平主缆缝隙并包裹为圆滑过渡曲线，再用高强玻璃布涂HM_105密封胶进行缠绕，最后在其表面涂刷油漆.(3) 散索段：考虑到锚室为封闭结构并配有抽湿设备，室内环境相对较为优越，因此本桥对这段主缆只进行了简单的油漆防护.(4) 其它防护措施包括：① 在主缆入锚洞处安装止水装置；② 在索夹较低端安装φ5 mm塑料排水管；③ 主缆锚垫板内灌注923油脂等.5 结语汕头海湾大桥悬索桥主缆施工达到了设计质量要求，对其后兴建的大跨度悬索桥的主缆架设与防护具有重要的参考价值.作者简介：吴清发，男，1966年生，工程师；主要研究方向：大跨径桥梁．作者单位：广东省交通科学研究所广州510420收稿日期：1999-04-30。