悬索桥上部结构的施工检测讨论
2018-01-22
1.上部结构施工检测技术
对悬索桥上部结构进行全过程的质量检测是检评工作的主要内容和成功的关键。在完成锚锭、索塔施工后即按下述流程施工桥跨结构:安装索塔塔顶吊机→架设施工牵引系统→安装猫道→安装索鞍→架设主缆→安装索夹和吊索→吊装钢桁架加劲梁→施工桥面和主缆防护。根据上述施工流程、点及其施工阶段结构受力征，其施工过程分为两个阶段:一是主缆架设阶段，即从裸塔开始至成缆(空缆)阶段;二是钢桁架加劲梁吊装架设阶段，即从空缆状态开始至成桥阶段。其实测项目随各施工阶段控制目标的不同而异。结合某大桥的特点，重点介绍上部结构制造安装过程中表面涂层厚度、主缆空隙率、锚跨索股张力及钢桁架加劲梁检测技术的实践情况。
1.1表面涂层厚度检测
主缆、吊索、鞍座及加劲梁的防腐涂装，是悬索桥施工的重要步骤，也是延长悬索桥使用寿命的重要措施，对于主缆尤其重要。吊索也可以更换，钢桁加劲梁可以局部维修甚至更换，但主缆、鞍座却不能。某大桥工程区域由于空气湿度大可能产生腐蚀，对结构的防腐非常不利，结构的表面防腐涂层厚度应予以充分的重视。大桥对于主缆和加劲梁的防腐涂装设计均采用重防腐涂料系统，并在锚室内采用除湿系统以防止锚室内裸露的索股腐蚀。结合大桥的点，主缆锚头、鞍座的涂层厚度作为检测的重要指标，吊索、钢桁加劲梁的涂层厚度作为参考指标未列入评定范围。主缆锚头、鞍座的涂层厚度检测方法及要求如下:
(1)检测时间。采用套筒式热铸锚，加工完后进行热镀锌处理;鞍槽加工完成后，内表面进行喷锌处理;索股和鞍座安装之前进行涂层厚度检测。
(2)检测方法。采用磁性覆层测厚仪进行测试，精度达1μm。
(3)检测标准。
(4)外观质量检测。涂层的化学成分必须符合设计和有关技术规范的要求，表面平滑，涂层完好，无锈迹。
(5)覆层测厚仪实测。索股锚头设计允许偏差≥100μm;鞍槽设计允许偏差≥200μm。
1.2锚跨索股张力检测
在施工第一阶段，施工的控制目标是确保主缆线形最大限度地逼近设计空缆状态，因此，在主缆架设阶段，检测的主要任务包括:主缆紧缆检测和空缆状态锚跨索股张力，待检测合格后方可继续第二阶段施工。在施工第二阶段，施工的控制目标是成桥状态时主缆和钢桁加劲梁的内力和线形最大限度地接近设计成桥状态，防止施工过程中结构出现超限应力，因此，在钢桁加劲梁吊装架设阶段中，检测的主要内容包括钢桁加劲梁拼装连接质量和成桥状态锚跨索股张力。
在实践过程中发现“预应力锚固系统安装”中的实测项目“拉杆轴线偏差”，如按照《公路工程质量检验评定标准》中全站仪的方法操作不便，且难以保证精度要求。考虑到拉杆轴线偏差检测目的是保证每根索股对应的两根拉杆力平衡，因此，通过在锚跨索股张力检测过程中，同时对拉杆力平衡状态进行检测评定，用“拉杆轴力偏差”替代“拉杆轴线偏差”，简化操作。
根据以上分析，锚跨索股张力检测方法及要求如下:
(1)检测时间。空缆状态检测时间为索鞍最上缘一层索股被铅块压紧后集中检测;成桥状态检测时间为完成二期桥面铺装后集中检测。
(2)检测方法。采用穿心式钢弦频率法压力传感器(压力环)，精度为0.1kN，索股锚头通过锚固连接器上的拉杆与锚体连接，在索股锚头上放置两钢框架，千斤顶和压力环先后穿过拉杆，搁置再钢框架上，每个千斤顶地控制调整拉杆的拉力，对于每个拉杆利用千斤顶顶起和回油不断调整传感器前的螺母，直至传感器的读数满足要求，再将螺母拧紧。
(3)检测标准。两拉杆受力是否平衡，拉杆拉力相对误差±2%;索股张力与设计值偏差，索股张力相对误差±3%。经验收符合要求后进行挤缆工序。
1.3主缆空隙率检测
主缆索股架设完成后，采用专用挤紧机将架设后略成六边形的索股群挤压成圆形，并用钢带捆扎。空隙率的大小直接影响主缆直径，而主缆直径偏大或偏小都会影响索夹的安装，且随着钢桁梁吊装的进行，主缆受力越大而截面越小，将致使已装索夹松动下滑，因此在紧缆时要严格控制主缆空隙率的大小，使其尽可能地满足设计要求，为索夹安装做好准备，经检测符合要求后方可进行索夹的安装工作。检测方法及要求如下:
检测时间。主缆索股架设完成后进行紧缆，待达到空缆设计线形后，确定索夹安装位置再进行主缆空隙率的测定。
(2)检测方法。用钢圈尺测量主缆周长，根据测定主缆周长换算成直径，然后计算出紧缆后的主缆空隙率，其计算公式(1)如下:
(1)
式中:k为主缆空隙率;n为钢丝总数;d为钢丝直径;D为紧缆后主缆直径。
(3)检测标准。在一般部位的目标空隙率为(20±2)%，索夹部位为(18±2)%。经验收符合要求后开始进行索夹的安装和紧固。
1.4钢桁架加劲梁检测
悬索桥索夹安装完成后，进行钢桁架梁吊装。我国现有的大型悬索桥多采用具有良好气动外形的钢箱加劲梁。但由于山区运输条件差的限制，大型钢箱节段无法通过山区现有等级不高的公路运输，只能采用单件运输、现场组拼的桁架式结构，桁式加劲梁成为山区悬索桥的一个显著点。
而考虑到现场风、雨、雪、雾等不利于焊接施工的气象较频繁的征，桁架式加劲梁，无论是节段拼装还是吊装后的梁段互连，均采用高强螺栓连接型式，尽量减少现场焊接工作，以保证施工质量。钢桁架采用整体节点技术，各杆件均为工厂组焊件，为减少钢桁梁杆件的现场拼装连接，将弦杆连同一个或两个节点在工厂焊接成整体，现场用高强螺栓连接成桁架。全桥共分71个节段组拼安装，节段最大吊装长度12.8m，每个节段在工地拼装场地组拼，采用无支架缆索吊装就位拼接，较轻型的桁梁设计，可以减小桁架杆件、节点的尺寸和重量，节段最大吊装重量91.6t。
钢桁架梁作为大桥的主要受力构件，为确保各节点的使用安全，钢桁架梁节点间高强螺栓连接质量是关键因素。高强螺栓终拧扭矩检测方法及要求如下:
1.4.1检测时间
(1)依据施工组织计划，钢桁节段制作阶段检测时间在钢桁梁起吊之前检测。
(2)加劲梁吊装完成并进行第一次线性调整后，应进行加劲梁的临时连接，以增加抗风稳定性，确保施工安全;加劲梁的永久连接，建议在桥面板吊装完成后，并将桥面整体化现浇层以临时等量荷载铺于桥面板时，方可使用高强螺栓替换临时螺栓，进行加劲梁的永久连接，然后逐段清除等量临时荷载，并逐段进行整体现浇铺装，直至完毕。因此，钢桁节段安装阶段检测时间在钢桁梁段间进行永久连接时检测。
1.4.2检测方法
(1)松扣法。用扭矩扳手将欲查螺母松约30°，然后放松扭矩扳手，此时将读数表盘归零，最后再将该螺母拧紧至原来标记位置，此时扭矩应在(0.9～1.1)Tch范围。现场检测时首选该方法。
(2)紧扣法。向前断续拧紧欲查连接副至螺母发生微小极对转角，此时扭矩应为(0.9～1.1)Tch范围。该方法适合环境条件相对稳定的情况下。
(3)Tch由试验确定，做此试验时应确信预拉力值在设计预拉力±2%范围内，按式(2)计算。
Tch=K・Pe・d(2)
式中:Tch为高强螺栓扭矩，kN・m;K为高强螺栓扭矩系数;Pe为设计预拉力，kN;d为高强螺栓公称直径。
1.4.3检测标准
每个节点或栓群不合格数不超过20%，否则继续检查，直至累计合格超过80%止。未达到0.9Tch者补拧，超过1.1Tch者更换后重新补拧。
2.结语
总之，山区悬索桥梁工程，其建设难度很大。悬索桥施工工序复杂，质量精度要求高，大多实测项目属于施工过程中的控制性指标，本文通过对几个重要实测项目检测技术实践情况进行讨论，论述了悬索桥上部结构的施工过程、检测方法和目的，为更好的把握最佳检测时机，运用合理检测技术，对工程质量进行客观评定提供依据。
参考文献：
[1]谭永高.大跨径悬索桥桁架加劲梁节段的安装研究.公路,2007.
[2]周昌栋,等.宜昌长江公路大桥工程专项质量检验评定标准编制与研究简介.公路，2001.
