自锚式悬索桥吊索张拉方案研究QC.doc

自锚式悬索桥吊索张拉方案研究QC
中铁大桥局集团第三工程有限公司平胜大桥体系转换QC小组
一、小组概况
1、小组简介
平胜大桥体系转换QC小组成立于2006年3月10日，并同时在大桥局第三工程公司工管中心登记注册。小组成员详细情况见下表：
序号
姓名
年龄
性别
职称
文化
程度
接受TQC教育时间
组内
职务
1
冯朝军
34
男
高工
本科
48小时
组长
2
邓 刚
36
男
高工
本科
48小时
副组长
3
王海峰
31
男
工程师
本科
48小时
组员
4
张立军
24
男
助工
本科
48小时
资料员
5
梅 波
27
男
助工
本科
48小时
组员
2、小组活动情况
小组自成立以来，坚持每月活动两次以上，积极解决问题，探索施工方法，积累施工经验。
二、工程简介
平胜大桥是佛山市和顺至北滘公路主干线的重要工程。主桥为独塔单跨四索面自锚式悬索桥，主跨跨径350米，在同类型桥梁中居世界首位 。
本桥只在主跨设置吊素，顺桥向设27组吊索，吊索标准间距为12米。临近和顺岸锚跨的26#、27#吊索为单根的刚性吊索，其余25组吊索为顺桥向间距0.4米的73Φ5.1平行高强钢丝双吊索，其中最长吊索为1#吊索107.65m，最短为27#吊索2.99m。
吊索张拉是体系转换的一个部分，而体系转换则是各构件应力、应变重分配的过程。在此期间，应力最大的是钢箱梁，达到160MPa；变位最大的是主缆跨中下挠7m，钢箱梁跨中上抬1米多。最终形成主缆受拉、整个主梁受压的自锚体系。
三、选题理由张拉过程中，吊索的受力远大于成桥状态受力，且四个索面共用一个主塔，任何一根吊索的变化都会影响到其它吊索的受力。

理由一：

吊索张拉作业面广，最多时3组吊索同步张拉，两幅桥共24根吊索要求同步，同时达到控制目标，难度巨大。

理由二：

吊索张拉作为一种全新的施工工艺，是平胜大桥的最后一道技术难关，也是本桥难度最大、目前在国内外尚无任何成熟经验可借鉴的工作，确定最佳施工方案，是吊索张拉成败的关键。

理由三：

综上所述，我们QC小组选择了“自锚式悬索桥吊索张拉方案研究”为活动课题。

四、目标设定
吊索的施工受力不超过120t，同一编号吊索
不同步拉力不超过5t。
目标二

当线形达到要求时，索力误差控制在±5%以内。

目标一

五、提出方案确定最佳方案

Ø 确定吊索张拉顺序：
负责人：邓刚 完成时间：2006年3月16~18日
小组成员运行“头脑风暴法”进行分析，并请多
名桥梁界专家列席会议，提出了以下三种张拉顺序：
1、从1#向27#顺序张拉；
2、从跨中向两侧对称张拉；
3、从27#向1#倒序张拉。
并将三种张拉顺序的优缺点进行比较。

张拉顺序比较

序号
张拉顺序
优点
缺点
分析结论
1
顺序张拉
1、吊索与锚管交角小，不会破坏吊索。
2、便于对结构状态进行观测。
3、所用机械设备少。
当张拉完成一半吊索后，有较长梁段没有吊索支撑，梁上的轴向力相对变大
1、便于对质量的控制。
2、方便施工。
3、轴向力在安全范围内。
2
对称张拉
结构变形明显，主缆下降、主梁上升很直观
1、吊索与锚管交角大，可能会对吊索造成破坏。
2、所用机械设备较多。
能够达到预期效果，但可操作性不强
3
倒序张拉
所用机械设备较少
吊索与锚管交角更大，很容易对吊索造成破坏
很难保证质量，可操作性差
经过以上分析，决定采用从1#向27#顺序张拉的方式作为平胜大桥吊索张拉的施工顺序。

Ø 确定每组吊索的张拉步骤：
负责人：王海峰 完成时间：2006年3月21~22日
考虑到吊索的施工安全系数不小于2，因此在施工
中，单根吊索的最大受力不得超过120t。若采用直接张拉到位的方法来满足设计线形时，有些吊索的施工受力就会超过120t，因此必须将这些吊索多步张拉到位。
我们采用PDPC图的方式进行分析，根据每根吊索的施工受力，确定此根吊索的张拉步骤。

13

PDPC图

体系转换开始
索夹安装
吊索安装
吊索张拉

主索鞍顶推
小于120t
大于120t并小于240t

大于240t并小于360t

控制索力
张拉方法
一步张拉到位
二步张拉到位
三步张拉到位
体系转换结束
螺栓张拉

Ø 确定张拉级数
负责人：梅波 完成时间：2006年3月25~30日
平胜大桥四个索面共用一个主塔，任何一根吊索的变化都会影响到其它吊索的受力。在施工过程中，同一编号的吊索张拉必须同步，因此小组研究决定采用分级张拉的方法，提出了以设计索力的10%、15%、20%为一级的三种分级方式，并列出对比表格来确定最佳分级比例。

分级对比表

序号
分级方式
优点
缺点
分析结论
1
10%一级（共10级）
划分细致，同步性强
需要回油的次数多，影响工作效率
能够很好的保证质量，但可操作性不强
2
15%一级（共7级）
同步性较强，回油次数适中
可能会超出千斤顶伸长量
能够较好的保证质量，可操作性强，若
超出伸长量则多一次回油
3
20%一级（共5级）
张拉次数少，节省工期
划分过大，同步性不强，并且会超出千斤顶伸长量。
不能很好的保证同步，可操作性差，很难达到预期效果

通过分析，小组研究决定采用第2种方案，即以设计索力的15%为一级，进行分级张拉，来保证施工的同步性。

最佳方案

平胜大桥体系转换过程中的吊索张拉，采用从主塔侧的1#吊索向锚跨侧的27#吊索顺序张拉的方式，单根吊索分步、分级张拉，每级为设计索力的15%。

方案实施中可能
产生的影响因素

吊

索

张

拉

方

案
错位张拉
从1#至27#顺序张拉

吊索受力超过120t

一步、二步、三步到
位的分步张拉方式

多根吊索同时张拉

吊索受力相互影响
以设计索力的15%
为一级分级张拉

六、对策表

序号
影响因素
对策
目标
措施
地点
负责人
完成时间
1
错位张拉
按照顺序张拉
不出现跳跃张拉
从1#至27#依次张拉到设计索力
施工现场
张立军
2006年4月17日～5月20日
2
单根吊索受力
超过120t
分步张拉
单根吊索施工受力不超过120t
1、分为一步、二步、三步
张拉到位。
2、严格控制油表读数。
施工现场
张立军
2006年4月17日～5月20日
3
吊索受力
相互影响
分级张拉
同一编号吊索不同步拉力不超过5t
每一级张拉结束后，锚固并将油顶归零，等待总指挥下达张拉下一级的命令
施工现场
梅 波
2006年4月17日～5月20日
4
多根吊索
同时张拉
分别循环张拉
同时达到 指定拉力
1、先张拉短吊索，再张拉中吊索，最后张拉长吊索。
2、进行3~4次循环。
施工现场
王海峰
2006年4月30日～5月18日

七、对策的实施
按照顺序张拉
实施一

从靠近主塔侧的1#吊索向锚跨侧的27#吊索依次张
拉，并将每根吊索张拉到设计索力。

效果：现场实施后，实施情况良好。

分步张拉
实施二

1） 根据模拟运算的结果，1~7#、26#、27#这9组吊索
采用一步张拉到位；8~10#、25#这4组吊索采用二步张
拉到位；11~24#这14组吊索采用三步张拉到位。

2）将每一编号吊索张拉到位所需的步骤进行技术交底，
并以文字的形式发放给每一个管理及操作人员。

3）预先计算出每台千斤顶受力达到115t时所对应的油
表读数，以卡片的形式悬挂在油表旁边，并提醒现场技
术人员及操作人员时刻注意油表读数。

效果：体系转换过程中，没有一根吊索的施工受力达到115t，均满足吊索的施工安全系数，实施效果很好。

分级张拉
实施三

1） 每天施工前，由现场技术员按照待张拉吊索的指定拉力计算
出每一级油表读数，交给油泵操作人员，并进行现场监督。

2）每一级张拉结束后，做好临时锚固，并将千斤顶行程归零，
报告总指挥。待各组都报告后，由总指挥下达张拉下一级的命
令，如此反复。若张拉过程中某一组出现问题不能继续张拉，
则及时向总指挥报告，由总指挥下达全部暂停的命令，并临时
锚固。待问题得到解决后，再由总指挥下达继续张拉的命令。

效果：经现场检查，同一编号的吊索不同步拉力都没有超过5t，效果良好。

分别循环张拉
实施四

由于两幅桥同步共24根吊索要求同步张拉，同时达到控制目标，施工难度巨大，且安全隐患大。为达到这一要求，在调索过程中，先张拉短吊索，再张拉中吊索，最后张拉长吊索，每次将索力分级张拉至该步目标值。经过3～4次循环，将这一步的三组吊索张拉到该步的目标值2t以内。

2）当三组吊索受力达到该步的目标值2t以内时，同时开动24台千
斤顶，利用控制阀将油表读数控制在目标值，并持续2分钟，报告
总指挥，由总指挥下达张拉完毕的命令，关闭所有千斤顶，将吊
索锚固。

效果：现场实施后，三组吊索能够同时达到指定索力，效果很好。

在施工中我们发现，当索力达到设计吨位时，吊索的无应力
长度与设计线形存在一些误差，综合温度的影响、梁塔的实际刚度与理论值的差异以及梁塔的不断变化，决定以无应力索长控制主梁线形，并以索力作为复核，索力误差不超过±5%。

1） 将指定吊索张拉到设计索力后，进行无应力索长的复核。
若无应力索长满足设计线形要求，则无需对索力进行调整，记录每台千斤顶对应的油表读数及传感器读数；若无应力索长不满足设计线形要求，则应对索力进行微调，直到满足要求后，再记录读数。

2）将记录的读数换算成索力，与设计索力进行对比，并列出对
比表格，作为后续施工的参考数据。

效果：通过对比，我们发现208根吊索在无应力索长满足设计线形后，索力与设计值相差均在±4.5%以内，合格率达
100%，整体效果良好。

索力误差统计图

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
5%
4%
3%
2%
1%
0%
-1%
-2%
-3%
-4%
-5%

八、效果检查
质量效果

目标实现了！

≤120t
≤±5%

≤115t

≤±4.5%

≤5t

社会效益

我们的进步得到了业主、监理、监控单位及专家的认可和
赞同，整个施工过程不断有单位参观、学习，并有很多记者前
来采访报道，提升了企业的形象，提高了企业的信誉。

九、巩固措施
通过小组成员的共同努力，确定了自锚式悬索桥吊
索张拉的最佳施工方案，并且在施工过程中得到了很好
的实施。现在，吊索张拉工作已经结束了，标志着平胜
大桥主体工程顺利完工。
我们将吊索张拉的施工方案做了较详实的书面化，
并总结出《悬索桥吊索张拉施工工艺》（PS2006-0301），
制定了自锚式悬索桥吊索张拉施工的质量评定标准，为
今后公司在相关领域的发展奠定了基础。

十、今后努力的方向

通过此次小组活动，小组成员的综合能力得到了全面提
高，在创新能力和团队合作方面得到了增强，尤其在技术水平
上有了很大的进步。
此次活动的成功，坚定了我们小组成员参加小组活动的
信念，小组决定将“环氧沥青混凝土铺装的质量控制”作为小
组下一阶段的活动课题。