关于索道桥施工关键技术及成桥静载试验分析

陈界

（中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450000）

摘要：在桥梁工程当中，索道桥是非常重要的一种形式，尽管无法永久性使用，然而在恶劣的情况下，可以很快的形成通道。因为索道桥在施工的过程中，周期比较短，而且流程相对简单，这就使得其施工成本比较低。在一些大型水电站前期施工以及西南山区进行道路施工的过程中，往往都会遇上设备、人员、材料等跨越河流的问题。索道桥由于其具有较强的适应性，往往被广泛的应用于临时交通措施，本文重点与某实例结合，分析研究索道桥施工过程中的关键技术和成桥静载试验，以供参考。

关键词：索道桥；施工；关键技术；静载试验

1工程概况

某水电站工程位于四川省雅砻江中游河段上，水电站施工场内交通规划中布置下游临时交通桥，连接左岸进厂道路和右岸低线绕坝交通洞。两岸桥台采用刚性扩大基础，桥梁主索通过锚索锚固于两岸基岩，桥型布置见图1。

桥梁跨径140m，桥面宽6.0m，桥梁设计荷载为车辆荷载汽-60。承重钢索54根（6×37+FC，直径44mm），桥面由18根横梁将全桥纵向分为19个桥节。左右岸设置锚固系统，锚固系统由108根，长度25m（6×37+FC，直径44mm）的锚索组成，通过连接器与桥面承重索相连。

桥梁区边坡大都基岩裸露，边坡岩体呈弱风化，较破碎，无滑坡、崩塌分布，自然边坡整体稳定性较好，但层理、节理及结构面可组合成不稳定块体，存在局部稳定问题。

图1桥型布置图

2施工特点及难点分析

（1）索道桥由刚性差异较大的构建组合而成，与其他形式的桥梁结构相比，可挠性更大，施工过程中形态变化也很大。

（2）自然环境中的温度、风力对于失度调整影响非常敏感。

（3）右岸地形陡峭坡度在70°以上，仅能修筑人行便道达到施工区域，无设备、材料运输通道。

（4）主索施工中消除长度误差，安装完毕后只能通过松紧器进行调整，可调整幅度较小。

（5）横梁单根重1.6t，为水上悬空安装，单根长16m，安装难度大，安全风险极高。

图2起重缆索安装示意图

3施工关键技术要点

3.1过江起重缆索

为了解决右岸桥台施工设备、材料运输以及桥梁主索系统等施工吊运问题，布设一套20t的起重缆索。

设计参数：

跨度设定200m；

最大吊重矢度为13m；

起吊升降高20m；

设计荷载提升速度U=1.5m/每分钟，行车速每分钟9m；

承重索选用4根φ44mm（6×19+FC）钢丝绳，最大荷载20吨时加μ=1.2，冲击系数其拉力T=120吨，安全系数K=3.93＞3；

起吊索主要使用的是φ21.5mm（6×37+FC）钢丝绳，其拉力能够达到4.281吨，起吊索的安全系可以达到K=5.536＞5；

跑车牵引索选用φ21.5mm（6×19+FC）钢丝绳与卷扬机之间，采用摩擦传动；

起吊及牵引用卷扬机主要使用的是拉力可以达到5t的慢速卷扬机，控制绳的速度在每分钟9m，保证其功率在11KW。

锚碇采用深孔锚杆，岩石钻孔φ130mm，深9m，每侧4根φ55mm圆钢将总拉力120t传递给岩体。岩孔注浆砼抗压强度不低于30MPa，加入适量膨胀剂，注浆最终压强不低于0.2MPa。

3.2基础及下部结构

3.2.1桥台开挖

桥台主要使用的是控制爆破的技术，边坡主要使用的是预裂爆破以及光面爆破技术。左岸桥台随进厂公路开挖同步进行；右岸边坡随连接交通洞洞脸一同开挖，采用深17m的深孔预裂爆破。梯段爆破采用手风钻进行钻孔，梯段高度一般控制在3～5m内。桥台建基面采取预留保护层开挖法，避免扰动桥台基础岩石。

3.2.2混凝土及土石方回填

右岸锚板及桥台混凝土采用过江缆索吊配吊罐运送过江并入仓，左岸采用溜槽入仓。锚板成L型，长度方向一次立模浇筑，底板一层，坡度方向2.5m、2.1m分两层，分三次浇筑。台身混凝土分仓高度不大于3.0m，上部台帽单独一仓。台帽顶部预埋地脚螺栓与台帽钢筋焊接，混凝土振捣时避免触碰螺栓及固定钢筋。

台背碎石土回填需在主索张拉失度调节完成锁紧稳定后进行分层填筑，每层填筑厚度约60cm，采用反铲或平板夯进行压实。地锚位置锚索及承重主索应涂抹防护油并用剪刀布包扎好，用透水性好的砂砾料填实，避免回填块石棱角对锚固索、主索钢绳造成损伤。

3.3锚固系统施工

3.3.1钻孔

采用YM70锚索钻进行锚索钻孔，孔径150mm。左岸锚索在锚板浇筑7天龄期后开始，右岸锚索在锚板浇筑7天龄期后和边坡系统锚喷支护施工同时进行，同时为了保证锚索的锚固质量，锚索注浆需在右岸引线隧洞开挖10-15m安全距离后进行，且锚索注浆三天内不允许周边进行爆破作业。锚索钻孔施工前，按施工图准确测放出各锚孔孔位和角度，并进行现场标记。

①岩石钻孔措施

钻机到达对应位置后，需要根据设计的高程还有方位角等参数对钻机进行调整，技术人员采取地质罗盘仪等设备进行检查没有出现问题后，再行加固，需要确保钻机在开孔过程中的精度。在开孔的过程中，需要通过低钻速进行钻进，等到钻进1.0～1.5m，对钻孔过程中的各项参数进行检测，达到要求后接着进行钻进，否则需要进行纠偏。接着正常钻进，每隔5m再进行一次复测和纠偏，如果在实际操作的过程中孔无法满足要求就进行废弃，根据设计要求重新开孔。废孔需要在进行周边预应力锚索张拉前通过水泥砂浆进行回填。

②断层破碎地段的钻进成孔措施

在钻孔的过程中如果遇到破碎地层时，在钻进的过程中负荷慢慢加大，可能会导致塌孔、埋钻、卡钻等情况的出现，造成正常钻进的过程中出现一定的影响。所以，一定要通过有效的措施，确保其处于正常钻进的施工状态，在处理的过程中采取的主要方法是：a.固结灌浆的手段，对破碎地层进行胶结；b.人工造壁的方法：将水泥球送到破碎孔段当中进行挤压、捣实，让水泥球和破碎岩体的附近进行胶结；c.限量灌浆造壁的方法：用送浆把需要的浆液限量向破碎带当中输入，让孔壁破碎岩体可以胶结，保证孔壁的稳定性。如果出现破碎带，需要优先对其进行固结灌浆，等到凝后再接着钻孔施工。

3.3.2锚索制作与安装

锚索选用与主索相同规格的钢丝绳，锚索长度为20m，锚头展开长度约4.03m，下料长度按25m计。锚索编束均在左岸进行，将下好料的单根钢铰线顺直排列在编束平台上，并逐根检查钢绞线是否完好，进行锚固段和锚头部分制作。

3.3.3锚固段注浆

在进行锚固段注浆的过程中主要使用的是无压灌浆，在灌浆的过程中需要在锚索入孔后进行操作。浆液采用纯水泥浆灌注，水泥使用的是PO42.5硅酸盐水泥，浆液在配比方面通过试验进行确定，在水灰比方面需要选择1:0.5，在浆液当中需要放入膨胀剂和早强剂。完成灌浆操作后，在浆体强度无法符合设计要求的时候，不能扰动锚索。

3.3.4锚索抗拔试验

全桥试验锚索共2束，单根锚索张拉至设计最大荷载的1.5倍拉力并保持半小时以上，未出现锚索拉断、脱出等损坏现象。

3.4主索施工

3.4.1主索的架设

主索架设利用前期布置过江缆索吊作为牵引，右岸布置一台1.5t卷扬机用于主索过江后局部调整牵引，左岸布置一台3t卷扬机辅助失度调整、张拉作业。为了防止钢丝绳坠入河中并减少卷杨机索引力，在桥中心线两侧先架设宽2m的简易猫道，使主索通过简易猫道的托护，安全、快速地被索引到对岸。主索钢丝绳卷采用架设三脚架架立于左岸锚板后部，由左岸向右岸牵引，从桥两侧往中心铺设。主索钢丝绳采用砂轮切割机切断，钢丝绳与桥两端锚固系统锚索通过连接器进行连接，用绳卡做好连接接头，不得出现丝扣松动和滑丝等现象。

3.4.2主索初调

在主索安装过程中先将主索拉至空索矢度的预定位置后将其两端定位在桥台锚固系统上，待主索全部安装完成后统一进行初调。主索初调时根据设计给定的对应环境温度条件当中的矢度做出调整，保证其能够符合设计的矢度，等到初步调整结束24小时后，再依照矢度进行2次调整，保证其能够符合设计的值，主索在调整的时候，垂度的调整使用的主要是松紧调节器螺杆。

3.4.3主索矢度调整质量控制

调整桥面索矢度的过程中需要符合两个条件，首先：矢度需要和设计值相等，另外每根桥面索的拉力需要符合荷载的具体要求（出现空索状况以及满荷载状况）所给定值；其次：在桥面索横断面方面需要确保对称水平，完成调整后，桥面索矢度需要控制在较稳定的条件下。在调整的时候：首先需要保证调整符合设计值的要求；其次调整的过程中需要在第一次调整完成后再进行一天的调整，保证符合设计值。

调整与控制一般的索，在调整时间方面需要等同于基准索，在调整的时候需要保证主索垂度的调整以基准索为准，在调整一般索的过程中主要以尺杆高程为依据，测量仪器主要是进行复测、检查，这样操作能够进一步防止测温器读数出现误差或者温度换算系数出现误差造成索面高程误差需要调整，完成安装后需要进行整体的观察。

在测量控制的过程中，最为关键的是主索安装过程中对主索垂度的控制。在进行标准索的调试过程中，需要使用高精度全站仪1台，通过2套张拉设备进行配合，另外需要在上下游对张拉进行观测。在左右岸桥台，另外还有上下游都需要布设温度计，对大气气温进行随时观测，伴随温度出现变化，以求得的f值随时调整基准索垂度。选择在气温比较恒定而且没有风的时段进行操作，这样可以保证主索的调整还有通过全站仪进行测量观测。

3.5桥面系施工

3.5.1横梁安装

横梁置于主索下方的左岸桥台前方的场地（场地需要进行平整操作），保证其高差控制在1.5m；通过12t汽车吊与起吊缆索进行配合吊起横梁，保证横梁的两端的轴座槽处于稳定的状态；并且把滚轴和销子装上，保证横梁在稳定索上稳定的悬挂。根据次序固定18根横梁；另外对滚轴和一些其他连接件进行润滑油的涂抹。

完成横梁起吊以及悬挂等相关的工作后，需要在横梁两边的位置进行细钢丝绳的设置（布置在承重索的范围内，方便进行安装后拆除）依照横梁间距的具体要求串联横梁，保证横梁连接的位置能够牢固固定(在横梁上进行钢筋环的临时焊接，固定钢筋环以及细钢丝绳)。通过这样的方法保证横梁在安装的过程中间距达到设计的要求；另外需要把两边的细钢丝绳做成等腰三角形进行连接，接着连接对岸的卷扬机，将卷扬机开动，缓慢向对岸进行张拉，在张拉的时候需要确保横梁处于均匀的状态下行进。完成细钢丝绳的张拉后，就完成了横梁的展放。

3.5.2桥面板安装

将经过防腐处理的桥面板运至桥头，自左岸向右岸逐块铺设，在铺设的过程中进度需要紧随主梁。铺桥板间隔0.4m通过铁带螺母勾紧压缘材和主索钢丝绳进行牢固的连接，横梁桥板需要通过螺栓和横梁进行固定。完成桥面板的铺设工作后，需要对行车行道纵桥板进行铺设，完成后需要保证接头处于相互错开的状态。在车行道纵桥板上铺设车行道护板，用螺栓将车行道护板、车行道纵桥板、桥面板连接固定，即完成了桥面铺装。

4静载试验

4.1试验检测内容

荷载试验对桥梁外观质量检测，承重索最大索力Tmax加载工况，承重索承载能力验算，对桥跨结构四分点处竖向挠度测试。

4.2试验规划

静力试验荷载采用载重汽车充当，为了获得结构试验静载与变位关系的连续曲线和防止结构意外损伤，针对不同检验项目，静力试验荷载分别按1~2级加载，1~2级卸零；加载方式为单次逐级递增到最大静载，然后卸到零级静载。对同一截面试验，分级加载，而后满载，最后卸零，并进行重复加载。

试验加载分为正载和偏载两种情况，分别在L/4及L/2处进行加载，先采用40t载重汽车进行预加载，再采用60t载重汽车进行加载，实现分级加载，具体加载位置如下图3、4所示。挠度测点布置在L/4、L/2、3L/4处，横向上下游侧各设置一个测点。在恒载状态下，测出承重索的线型，绘制线型曲线，并测出L/4、L/2、3L/4桥跨处上下游点的线型数据，用于计算加载过程中的挠度变化值。测点用喷漆做好标记。

试验数据采集设备：

①桥跨结构的竖向挠曲变形采用水准仪进行测量；

②桥塔顶部的横、纵向位移采用全站仪进行测量；

③温度测量，采用红外温度测试仪测量索体的表面温度及环境温度。

图4L/2截面加载（图中尺寸单位为m）

4.3试验要求

①在进行正式加载试验前，需要进行各个试验截面处的预加载试验，需要保证预加载试验静载的持续时间超过15分钟。另外在预加载的过程中主要是保证结构处于正常的状态以及对试验测试系统装置进行检查，判断试验组织的状态是否正常。

②合理的选择加卸载的时间。为了进一步减少温度变化影响试验的情况，在进行试验加载时，需要保证在温度变化不大时间段进行操作。

③加卸载稳定时间主要是根据结构变位达到稳定所需的时间来确定的。需要保证在前一静载的过程中结构变位处于稳定的状态后，才能开始下一静载阶段。另外，在同一级静载的过程中，结构最大变位测点在最后5分钟内的变位增量比第一个5分钟变位增量的值要小15％，或者是在比量测仪器的最小分辨值小的时候，就说明整个结构变位处于稳定的状态。

4.4数据分析与评估

主索型号为6×37+FC，直径44mm，公称抗拉强度不小于1770Mpa的钢丝绳，温度变化按升降温20°C考虑，主要验算项目为：对主索的安全系数和主索的挠度进行验算。

4.4.1主索安全系数验算

经采用有限元分析计算，最大内力为668.4kN，查表知，6×37+FC钢丝绳的换算系数0.82，钢丝绳破断拉力为2206.1kN。

符合相关规定当中安全系数K超过2.5的要求，所以在主索的安全系数达到了相关的要求。

4.4.2主索挠度验算

在汽车荷载下，主索最大竖向挠度为0.999m。

在满载情况下，主索垂度为，小于设计要求的4.0m。因此主索最大竖向挠度满足设计要求。

结束语

索道桥是一种特种桥梁，在水电站的前期设计施工的过程中应用非常广泛，由于当前现代施工设备和车辆处于快速发展的状态，这就要求索道桥在使用的荷载、桥梁的寿命、架设的跨度等诸多方面，需要具有较高的技术指标。另外当前的索道桥逐步开始发展，符合大跨度、重负载的要求，具有较高的施工质量，通过这种方法进行施工，能够进一步确保施工质量，另外可以获得比较好的经济效果。

参考文献

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