悬索桥隧道锚预应力锚固系统安装技术

 蔡东旭 ,郭勇

四川路桥桥梁工程有限责任公司 四川省成都市 610000

摘  要 赤水河红军大桥主桥为1200m双塔单跨吊钢桁梁悬索桥。四川岸锚碇采用隧道式锚碇，隧道锚锚固系统的预应力锚具和管道定位施工相当重要，直接决定了悬索桥主缆在运营过程中的受力和运营健康。本文针对现场实践过程中总结出的锚固系统安装技术进行详细阐述，为以后类似桥梁提供一定的参考。

关键词 悬索桥 隧道锚 预应力钢束 锚固系统

一、工程概况

赤水河红军大桥横跨川黔两省，其主桥设计为1200m的双塔单跨吊钢桁梁悬索桥。四川岸锚碇采用隧道式锚碇，是关键受力结构，也是本桥控制工期的关键施工项目之一。隧道锚总轴线长度为78.35m，其中前锚室轴线长度43.35m，锚塞体轴线长度32m，后锚室轴线长度3.0m。隧洞口单洞断面尺寸为10m×9.5m，拱顶半径5m；洞底单洞断面尺寸为17×27m，拱顶半径8.5m。

每个锚洞共计预应力钢束103束，钢束分两种型号，15-13型预应力束37束，15-27型预应力束66束，预应力束起初沿索股发散方向布置，按30m半径圆弧收敛，最后与主缆合力线平行锚固于后锚面。前后锚面均为与主缆合力线垂直的平面。隧道锚主缆散索长度33.2m，锚固基准面距前锚面长度1.8m。前锚面位于x＝35.0m处，后锚面位于x＝67.0m处，x以理论IP点（桩号K96+008，高程704.4m）为原点，x方向重合于主缆合力线，与前、后锚面垂直。

二、前后锚碇模板定位

1、后锚面模板的定位

后锚面位于x＝67.0m处，扣除25cm初期支护层厚度后，后锚面斜长26.5m，横向宽16.5m，斜面与水平线的夹角为54°，主缆合力线与水平线的夹角为36 °。由于后锚面与后锚垫板定位精度关系很大，因此不容忽视。从放样坐标计算出发，为减少累计误差，以理论IP点来推算每一层模板的X坐标，砼边线Y坐标不变，计算简图及公式如下：

图1  后锚面模板坐标定位示意图

△hi=704.4-67×sin(36°)-ZPi  （其中ZPi为后锚面任意点的实测标高）

由实测高程计算其后锚面对应坐标的通用公式：

XPi=96008+67×cos(36°)-△hi×tan(36°)  

通过实测标高，推算出X坐标，直至将模板实测高程与X对应为止，其误差按现行《桥涵施工技术规范》之规定处理。

2、前锚面模板的定位

前锚面位于x＝35.0m处，扣除25cm初期支护层厚度后，前锚面斜长15.7m，横向宽12.7m，斜面与水平线的夹角为54°，主缆合力线与水平线的夹角为36 °。参照后锚面计算理论，前锚面坐标计算简图及公式如下：

△hi=704.4-35×sin(36°)-ZPi  （其中ZPi为前锚面任意点的实测标高）

由实测高程计算其前锚面对应坐标的通用公式：

XPi=96008+35×cos(36°)-△hi×tan(36°)  

通过实测标高，推算出X坐标，直至将模板实测高程与X对应为止，其误差按现行《桥涵施工技术规范》之规定处理。

图2  前锚面模板坐标定位示意图

三、预应力槽口模板的定位

槽口模板分为后锚面槽口模板和前槽口模板。为了保证预应力钢束的锚固方向，在前、后锚面分别设置槽口，槽口安装精度与锚垫板是密不可分的。

由于前、后锚面位于钢束发散段，预应力方向复杂，故槽口模板的定位就相对复杂多了。槽口底面为边长60cm的正方形，呈棱台状，高8cm。

为了便于区别各管道，我们测量组统一将各束管道编号如下图所示：

图3  槽口模板编号

后锚面槽口模板定位：

在后锚面模板定位后，在模板上按照设计位置放出每根预应力管道中心位置，以该中心点沿作纵、横向十字轴线形成后锚面局部坐标系，根据槽口模板四个角点在后锚面上的投影坐标，可准确定位出后锚面槽口模板。

前锚面槽口模板定位：

由于预应力槽口位于前锚面模板的下侧面，棱镜如果采用倒立法的话，除棱镜垂直度及稳定性无法保证外，观测精度也很难保证。通过思考，我们测量组的思路：在前锚面模板的上侧面按x=35.0m依次放出每层砼上的预应力钢束中心，以该中心点沿作纵、横向十字轴线形成前锚面局部坐标系，根据槽口模板四个角点在后锚面上的投影坐标，可准确定位出槽口模板的四个角点，用电钻在四个角点打孔，参照打孔点可在下侧面准确定位前锚面槽口模板。

图4  前锚面槽口模板定位示意

四、锚垫板的定位

锚锚垫板按位置分两种：前锚垫板、后锚垫板；按单双股索又划分为15-13型锚索锚垫板及15-27型锚索锚垫板。每一种锚垫板尺寸均不同。施工中必须小心谨慎，防止锚垫板混淆而酿成大错.在现场上将锚垫板纵、横轴线量取并标出来，标志线力求细、长、醒目，便于在安装调整过程中识别。锚垫板底部直接与槽口模板面接触。在槽口模板顶面划出十字轴线后，再将锚垫板十字线与之重合即完成初步调整。初定位完成后，粗固定好锚垫板。接着用全站仪对锚垫板头子外径进行复测，其中及高程Z必需考虑锚孔D/2值（D为直径）。复测方法如下示意图所示：

图5 锚垫板复测示意

 达到规范要求后，即可安装预埋钢管。电焊钢管在15-13型钢索为Φ180×5mm，15-27型为Φ255×5mm。电焊钢管分段8m为定尺。

五、定位支架的安装定位

定位支架承受全部预埋管道的重量，由纵向、竖向、横向角钢组成，支架采用L100×100×10mm角钢及δ10mm钢板拼焊形成的桁架结构。由于定位支架横向角钢主要用于固定预埋管道，其定位精度应控制在2cm以内。

根据现场吊装能力，支架在施工现场安装形成整体。 

为了提高放样效率精度，支架定位控制点均在横杆与支架弦杆的交点处。由于支架上部不方便固定棱镜，钢支架均采用小棱镜来放样，观测前应检查棱镜常数，棱镜高度。测量负责人应在放样前做好交底工作，便于放样中的默契配合，对坐标的计算应熟悉《预应力管道定位支架施工设计图》，清楚支架每一部分细节的尺寸，理解设计者的意图。

在放样时，为准确控制支架的位置，支架的每层横杆必须按照设计位置控制。测量前，先将测量点位的三维坐标用计算器准确计算好，再用CAD进行复核确保坐标计算的准确性，经确定无误后方可去现场放样。

六、预应力钢束定位

每一束预应力钢束L1及L3为直线段，L2为圆弧段。P3为前切点，P4为后切点。由于钢束线型为空间曲线，线型比较复杂，为防止数据计算出错，每一根钢束中心坐标计算均使用笔记本电脑在现场进行计算。设计对每一束都提供直线起点坐标，连接圆弧起止（即前切点、后切点）坐标，与收敛点坐标，怎样将圆弧上的管到准确定位，需根据已知条件进行一些推理。钢束构造示意图如下：

图6  钢束构造示意图

预应力系统的放样，均采用强制对中观测架施测，水准成果均采用洞口的二等水准成果。

在预应力系统施工放样中，观测之前自检全站仪水平2c互差、垂直度盘指标差及棱镜常数，若指标差超限则应及时调校，以确保仪器的使用在正常状态。观测员在仪器架好后需静置3min。观测时需按实测温度、气压值输入仪器里自动改正。观测时应仔细精确瞄准棱镜脚尖，对好方向后，用仪器水平制动螺旋将方向固定好，再将竖直微动螺旋将望远镜精确对准棱镜的中心，按DIST健。高程测量均使用全站仪三角高程正倒镜法观测。由于三角高程测量精度受诸多因素影响，主要有以下几点：

①仪器指标差；②棱镜高量取误差；③仪器高量取误差；④垂直折光影响。

所以在三角高程测量时，应量好仪器高及棱镜高，保证观测时视线的清晰及物象的稳定，并定期自检仪器的指标差。

七、结束语

目前赤水河红军大桥已建成通车，本桥通过本隧道锚锚固系统安装技术高精度的完成了锚固系统的安装，为大桥下一步工序的施工奠定了坚实的基础，同时为同类型桥梁建设施工提供了一定的参考价值。

参考文献

1. JTG T F50-2011 公路桥涵施工技术规范
2. 公路桥梁施工系列手册.悬索桥/中交第二公路工程局有限公司主编.-北京：人民交通出版社，2014.5