汽车吊型号➤96吊索辞旧迎新——虎门大桥悬索桥短缆更换介绍

虎门大桥悬索桥为单跨双铰加劲钢箱梁悬索桥，跨径888m，梁总宽35.6m。主缆直径68.7cm，由110束127根Φ5.2mm镀锌高强度钢丝组成。吊索间距12m，吊点采用4根Φ52mm金属芯钢丝绳，型号为8×55WS+IWR，公称抗拉强度1770MPa，钢丝绳最小破断拉力为1650kN。加劲梁采用平封闭流线型钢箱梁，钢箱梁桥面板厚12mm，U肋板厚8mm，采用进口SM490C板材。

线夹采用左右配对的结构形式。电缆夹的左右两半通过螺钉连接并固定在主电缆上。主跨有144个索夹和288个吊索。吊索与索夹采用跨式连接，吊索进入钢箱梁采用承压锚固方式，锚头为套筒式热铸锚头。

图1 虎门大桥悬索桥索夹及旧悬索索结构

2019年2月21日，在对吊索带进行定期检查时，发现吊索桥西行号东侧一处吊索带异常位置变形，外表面防腐涂层吊索变形部分被剥皮，发现部分钢丝腐蚀断裂。虎门公司立即启动应急预案，迅速实施全桥悬索更换。定制短吊索是通过缩短梁缆间距来使吊索“松弛”以完成其卸载的吊索。下面主要介绍新型短吊带的更换。

缩短距离实现先拆后拆新方式

整体变更方案

整体换缆方案需要考虑以下因素：

①旧吊带必须完全卸下才能拆除。旧式吊索的锚头直接锚固在加劲梁内的锚垫上，本身不具备卸荷功能。

②在换缆处考虑缩短梁与缆的距离，使旧吊索“松口气”完成卸荷。梁与索之间距离的缩短被认为是通过使用具有可张紧结构的临时吊索来实现的。悬索桥加劲梁起重机 加劲梁吊装施工时留下的临时吊耳，间隔布置。经计算分析，间隔布置的临时吊耳可作为临时吊索的底部锚点。

加劲梁吊点现有临时吊耳见图2。

图2 加劲梁临时吊耳计算模型图

③ 没有临时吊耳的旧吊索不能仅通过临时吊索满足卸载要求。另外，考虑到更换新吊索后的索力控制，新吊索设计成具有张紧功能，更换新吊索完成，最后通过张紧缩短梁索间距参与卸载相邻的旧吊索。

④虎门大桥是珠三角东西向的重要通道。首先考虑在应急车道和慢车道关闭的情况下更换吊索，即吊索施工应与桥面作业共存，吊索施工不影响桥面作业。运行状态。桥梁结构安全。

综合考虑以上因素，确定采用“临时吊索+新吊索”的常用张拉方式对旧吊索进行卸卸，并将新吊索底部设计为可张紧的锚固结构。整体换线方案安排如下：

对于有吊耳的吊点，主要采用临时吊索具保护和卸荷，通过拉紧临时吊索带实现吊点处旧吊索具的卸卸，并在单个吊点更换新吊索具. 吊装完成后拆除临时吊装带，用换上的新吊装带张紧，完成另一根旧吊装带的卸装。必要时，相邻起吊点已更换的新吊具参与卸料。以46#吊点为例，吊耳处吊点换缆流程示意图如图3所示。

一个。临时吊索拉紧卸下待更换的旧电缆

b. 安装的新电缆的张力有助于拆除临时吊索和更换另一根旧电缆

图3 吊耳吊点换缆过程示意图

对于无吊耳的起吊点，可通过相邻一侧已更换的新吊索与另一侧未换缆处的临时吊索联合张紧，实现其卸卸。换缆点吊索更换完成后，在相邻的换缆点恢复新的吊索张力。

新吊带设计

新型吊索具的结构既要满足其使用功能，又要满足电缆更换的施工要求。新型吊索采用带拉杆的可张紧结构，可实现索力的调节。它由吊索钢丝绳、锚杯、连接套筒、拉杆、球形支架和球形螺母、防扭装置、吊索之间的夹具等组成。

图4 新型吊索具结构图

新型吊索具钢丝绳采用8×55SWS+IWR-52mm镀锌钢丝绳，标称抗拉强度1960MPa汽车吊型号，理论破断拉力1830kN。吊具钢丝绳两端设有锚杯，锚杯通过连接套与拉杆连接。拉杆穿过加劲梁中的锚板孔后，采用锚垫+球面螺母的形式进行锚固。

与旧吊索具相比，新型吊索具的安全性和耐用性较旧吊索具有所提高，主要表现在以下几个方面：

①新型吊带的强度等级（1960MPa）高于原装吊带（1770MPa）。当吊带截面腐蚀至相同程度时，新型吊带的承载能力仍比原吊带高10%，结构更安全。

②新索镀锌采用最高等级A，并增加了新的镀层，提高了综合防腐性能。

③钢箱梁锚固区出现旧缆腐蚀破坏，吊索下锚头积水造成；新电缆改进了锚固结构，设置了排水通道，有效解决了积水现象。

④ 新索下锚头增加球形垫圈，适应转角，有效解决短吊索疲劳问题。

⑤ 新型拉索优化了锚固结构，便于箱内张拉，增加了可更换性；其次，它配有螺纹，可以调节吊带的长度。

⑥ 部分吊索装有永久压环传感器或磁弹仪，可以更准确地检测索力。

临时吊带设计

临时吊索是电缆更换施工过程中重要的临时结构。临时吊装系统设计由工具绳、螺栓、吊耳和拉杆、连接套筒、拉力梁、拉杆和千斤顶、拉杆螺母和细拉杆螺母组成。之类的组件。其中，工具绳采用8×55SWS+IWR-84mm镀锌钢丝绳，标称抗拉强度1960MPa，理论破断拉力4790kN。考虑到临时吊耳的结构安全，设计最大工作载荷为70t。临时吊索系统结构如图5所示。

图5 临时吊索系统结构图

从低到高严格把控施工细节

换绳过程

更换缆索的总体顺序是从低到高进行的，即更换吊索是从中跨到两塔依次进行的。吊索具更换时，应按上游、下游、东西三面同步的原则进行。

单吊点换缆顺序为：安装临时设施→拆除腻子→卸旧吊索→拆除吊索夹具→吊索锚头处解锚→拆除旧吊索并拆除缆索→ 清除绳夹和凹槽内的旧腻子并涂上新腻子 → 安装新吊索上索 → 安装新吊索夹具 → 安装新吊索底部锚固装置 → 调整新吊索张力吊索到目标电缆力。

施工临时设施

(1) 桥面工作区围护

虎门大桥每天的车流量很大。为尽量减少对两岸交通和经济的影响，未考虑全封闭施工，仅关闭1条应急车道和1条慢车道作为吊索更换作业通道。

(2)加强梁风口处工作平台

采用可拼装的模块化操作平台，拆装方便，安全性和效率大大提高。

旧吊索的卸载和拆除

通过张紧临时吊索和新吊索，改变横梁和缆索之间的距离来卸载旧吊索。在卸载临时吊索之前，先安装并张紧临时吊索系统。根据临时吊索具的长度，如果满足汽车吊装作业要求，则采用汽车吊进行安装和拆卸。对于超出该车起重能力范围的，采用两台8t卷扬机组成单线往复牵引系统，作为安装和拆卸的起重工具。

临时吊索具系统安装完成后，根据监测提供的数据，逐步拉紧临时吊索具，监测待更换吊索具及相邻两组吊索具的索力。过程中得到加强。

旧吊索卸完后，可依次拆除旧吊索夹具和底部锚固结构，然后用汽车吊或卷扬机吊装拆除，拆除下缆。

图6 旧吊带夹拆除实拍

新吊索的安装和张紧

新吊索具的安装操作是旧吊索具拆卸的逆操作。新吊带安装完成后，应根据吊带上的标记线将新吊带调直，防止新吊带在扭曲状态下被拉伸。然后使用加固梁锚固内的定制千斤顶系统对梁进行张紧和施压。

钢丝绳索具会随着张紧力的施加而发生扭曲，因此，张紧过程中钢丝绳扭转的控制是新型吊索具张紧施工的关键。在张紧过程中，吊索具的抗扭曲是通过使用专门设计的抗扭曲扳手来实现的。防扭扳手固定在吊索拉紧杆上的预设六角截面区域，尾部通过方形木顶固定在竖直加劲梁上。在钢板上。

实时监控，保障行车安全

施工监测的目的

换缆施工中旧吊索的卸载和新吊索的张拉，都涉及悬索桥受力的重新分配和梁索间距的变化，对悬索桥的受力有一定的影响。桥梁结构和桥面板的对齐。虎门大桥换缆施工期间，不封闭交通。为确保换缆施工安全和桥梁结构安全，为换缆施工提供指导和支持，施工监控必不可少。

光缆距离监测

换缆施工过程中汽车吊型号，监测单位在换缆吊点和左右两个吊点共5个吊点处对梁索间距进行监测，并将理论计算数据与实际监测数据进行对比。指导施工，及时发布预警，确保桥梁结构安全。

梁与索之间的距离由线式位移传感器监测，及时采集数据进行比对分析。

图7 束索间距监测数据分析

由于旧吊索具卸载时梁索间距的缩短，以及新吊索具安装后的张拉施工，单吊点梁索间距会产生残余变形，无法恢复到原来的状态。这种残余变形也是电缆更换施工监测的控制重点。通过比较更换吊具前后单个吊点的梁索间距，可知该点的残余变形值。

监测数据显示，已更换的48个悬挂点中，残余变形量最大为-10.71mm，平均值为-3.7mm，均导致梁索间距减小，控制残余变形效果好，对桥面线形影响小。大的。

新型吊索索力的监测与控制

除了在新型吊索具张拉施工中利用千斤顶油位计的读数来控制张力外，监测和控制新型吊索具的索力还有三方面的意义：一是控制新型吊索具的张紧力。吊装带使新吊装带的拉力、拉制精度符合设计要求；二是通过拉紧新索具卸旧索时，将拉力控制在允许范围内，确保桥梁结构安全。种类。

根据吊索长度，采用新型索力结合压环传感器监测方式、新型磁弹性仪监测方式、振动频率测量方式。

对于23#~50#吊点等跨中区域的吊索，长度较短，无法采用测振频法监测索力。为此，在吊带锚固端设置永久性压力传感器进行监测。同时，在吊带本体处设置了新型磁弹仪，与压力传感器配合使用。两种监测方式的数据相互校验，保证数据的准确性。

对于长度满足振动频率测量法要求的吊索，振动频率测量法结合拉力千斤顶油量表的读数使用。此外，还选用了另一款具有代表性的吊带，并在其上布置了一种新型磁弹仪作为永久性监测设施。

图8 振动频率测量法监测索力

新型背带扭动监测

悬索桥吊索具采用钢丝绳本体结构，吊索具钢丝绳受力后容易发生扭转，在吊索具安装施工过程中会限制扭转。但由于新吊索具锚端螺母垫圈与锚板的接触面积小于旧吊索具锚头的接触面积，更换吊索具后，新吊索具可能长期处于术语动态负载。会发生反弹。

新型吊索具的回扭监测是通过在吊索具锚头处粘贴环形刻度尺，并在锚板和锚头处划出标记线来进行的。通过标记线的对比，可以直观的得到吊索具的扭力。

目前已更换的96根吊索中，发现部分锚头存在反扭现象。持续监测显示在更换吊带 20 天后未发生扭曲。为了安全起见，提供了防扭装置。

从老问题中规避新风险

旧电缆外观检测

(1)钢丝绳断裂检测

截至2020年1月8日，在25-48号吊点双向共更换96根吊索。旧吊索具钢丝绳断丝检测结果如下：

①不同程度断丝的吊索有14条，占14.6%；

②除西行38#东侧吊索断丝严重外，其余断丝较轻。单根吊索最大断丝数为5根，一般为13根；

③ 除西行38#东侧吊索锚头断丝外，其他旧吊索断丝均发生在吊索与索夹相切点；

④随着吊索长度的增加，断丝数量逐渐减少。

(2)钢丝绳腐蚀检测

钢丝绳腐蚀试验结果如下：

①更换的96条吊索具中，82条吊索具发生不同程度腐蚀，占85.4%；

②腐蚀主要分布在锚头和切点处，切点腐蚀比锚头处腐蚀严重；

③随着吊索长度的增加汽车吊型号➤96吊索辞旧迎新——虎门大桥悬索桥短缆更换介绍，腐蚀有减小的趋势。

(3)锚头检测

选取4个状态最差的锚头进行解剖检查，结果如下：

①内部有2个不密实的零件，4个锚头底部有孔洞；

②四个锚头内部有不同程度的腐蚀。

旧电缆断裂试验

为进一步验证旧吊索具的实际承载能力，选取4根处于最不利状态的旧吊索具进行破断​​试验。拉断试验分为直拉试验和弯曲拉试验两部分。直拉试验，将旧吊索展开平放后，对两端锚头施加拉力；在弯曲试验中，通过模拟旧吊索具的实际受力状态施加拉力。

旧吊索具破断拉力测试结果如表1所示：

弯曲试验中断线的成缆力和试验破断力均大于直线试验。旧缆弯曲试验结果表明，开始出现断线的最小缆力为208t。

旧电缆老化原因分析

经分析，造成虎门大桥悬索出现锈蚀、断丝等老化现象的原因如下：

① 虎门大桥作为珠三角地区重要的东西通道，车流量巨大。在长期高负荷运行下，桥梁容易出现构件疲劳老化。

②虎门大桥地处亚热带多雨区，常年高温高湿，且由于靠近大海，空气中的氯离子含量较高。电缆夹和锚头是吊索具防腐和密封的薄弱环节，水汽容易进入。造成腐蚀和断丝，锚头容易进水造成积水，腐蚀效果明显。

③悬索桥跨中区吊索最短，柔度最低。对柔性系统悬索桥结构的适应性最差，吊索最容易老化损坏。

目前，悬索桥已完成96根短吊索的更换，并将利用绳夹更换长吊索技术试验和旧吊索试验结果，总结短吊索更换技术经验，优化长吊索更换计划，实施长吊索更换工作。同时，在更换过程中对缆索更换施工和桥梁结构进行严格监控。

本文发表/《桥梁维护与运营》杂志2020年第1期第9期

作者/熊峰美博徐硕华

作者单位/虎门大桥大修办公室