【原】陽寶山特大橋纜索吊設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)研究

職稱申報 2022-05-25 發(fā)布于河南

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楊博郭瑞施昊

中交二公局第二工程有限公司

摘要：陽寶山大橋纜索吊機設(shè)計起吊荷載270 t,采用雙塔三跨方案，跨徑組成為160 m+650 m+200 m。通過方案比選，纜索吊起吊系統(tǒng)采用“兩點吊”結(jié)構(gòu)，承重索錨固系統(tǒng)采用預(yù)埋鋼板帶“一拖二”錨固形式，保證了結(jié)構(gòu)受力安全，節(jié)約了施工成本。綜合考慮矢跨比、吊裝高度及安全凈空要求，確定了主塔橫梁上塔架的高度，保證了吊裝梁段從已安裝梁段上方順利通過。同時對纜索系統(tǒng)架設(shè)工藝進行了介紹，為類似工程施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：270 t纜索吊;吊機設(shè)計方案;兩點吊;架設(shè)工藝;

1 工程概況

陽寶山特大橋橫跨獨木河大峽谷，橋跨布置為5×40 m+650 m+2×(3×40 m),主橋采用650 m單跨鋼桁梁懸索橋，引橋為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁，其橋型布置如圖1所示。

主橋加勁主梁采用板桁結(jié)合結(jié)構(gòu)，桁架梁寬36 m, 桁高5.5 m。全橋設(shè)有57個吊裝節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長11.6 m, 梁重220 t; 端部梁段最大梁重230 t。加勁主梁均采用纜索吊從一岸側(cè)進行起吊安裝。

2 纜索吊方案比選

陽寶山特大橋纜索吊設(shè)計初期，考慮了兩種起吊系統(tǒng)吊裝方式及兩種主索錨固形式。起吊系統(tǒng)兩種吊裝方式分別為采用四點吊及兩點吊，四點吊方式即上、下游各設(shè)置兩套獨立的跑車系統(tǒng)、上下掛架吊裝系統(tǒng)；兩點吊方式即纜索吊上、下游各設(shè)置一套獨立的跑車系統(tǒng)及上下掛架系統(tǒng)，為滿足吊裝受力要求，單套跑車系統(tǒng)由兩組跑車通過上掛架連為整體。兩種錨固系統(tǒng)分別為采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固和預(yù)埋鋼板帶錨固。從結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)受力性能、設(shè)備及材料用量、施工安全風(fēng)險或施工工藝、經(jīng)濟性等幾個方面進行了比選，見表1、表2。

圖1 陽寶山特大橋結(jié)構(gòu)布置

表1 纜索吊起吊系統(tǒng)吊裝方式對比

起吊系統(tǒng)吊裝方式	結(jié)構(gòu)特點	結(jié)構(gòu)受力性能	施工設(shè)備及材料	施工安全風(fēng)險	經(jīng)濟性
四點吊	上、下游各設(shè)置2套獨立的跑車系統(tǒng)及對應(yīng)的上、下掛架，上、下游4個下掛架與加勁主梁吊具對應(yīng)的吊點相連接；單點起重繩走線數(shù)目較少。	單個吊點受力較小，但在吊裝過程易出現(xiàn)吊點受力不均、三點受力或?qū)莾牲c受力、結(jié)構(gòu)受力不均等情況。	需要投入4臺起重卷揚機及4套跑車系統(tǒng)、4套上、下掛架系統(tǒng)及對應(yīng)數(shù)量的起重鋼絲繩。	4臺起重卷揚機同步性要求高，施工過程易出現(xiàn)偏載、受力不均情況，安全風(fēng)險較高。	投入設(shè)備、材料較多，施工成本較高。
兩點吊	為滿足跑車受力要求，上、下游各兩組跑車合二為一，通過設(shè)計的專用上掛架連為整體，上、下游各設(shè)置1組下掛架與上掛掛架匹配并與吊具相連接。	單個吊點受力較大，但吊具是兩點受力，受力均勻，起重繩走線數(shù)多(10線),起重繩需選用直徑較大、抗拉強度高的鋼絲繩。	需配置2臺起重卷揚機，2套上、下掛架系統(tǒng)及對應(yīng)起重鋼絲繩。	吊點受力均勻，2臺起重卷揚機易同步控制，不易出現(xiàn)偏載，安全風(fēng)險較小。	投入的起重卷揚機、上下掛架及起重鋼絲繩數(shù)量較少，經(jīng)濟性較好。

通過上述綜合分析對比，考慮結(jié)構(gòu)安全、施工方便性及經(jīng)濟性，陽寶山特大橋纜索吊起吊系統(tǒng)采用兩點吊裝方式，承重索采用預(yù)埋鋼板帶錨固。

3 纜索吊設(shè)計

3.1纜索吊總體布置

陽寶山特大橋纜索吊系統(tǒng)由錨固系統(tǒng)、索鞍、起重裝置、繩索系統(tǒng)(承重索系統(tǒng)、起重索系統(tǒng)、牽引索系統(tǒng))、數(shù)控及監(jiān)控系統(tǒng)組成。纜索吊系統(tǒng)選用雙塔三跨方案：跨徑組合為160 m+650 m+200 m, 上、下游兩組承重索的中心間距為18 m; 鞍座設(shè)置在主塔上橫梁塔架上，錨固系統(tǒng)設(shè)置在兩岸錨碇散索鞍支墩基礎(chǔ)上，兩組索以橋梁中心線對稱布置。

纜索吊設(shè)計起吊荷載270 t, 包括最大吊重梁段重230 t及旋轉(zhuǎn)吊具重量40 t。最大吊重在跨中時，跨中最大垂度為44.8 m, 垂跨比1/14.5?？傮w布置圖如圖2所示。

表2 纜索吊錨固形式對比

承重繩錨固方式	結(jié)構(gòu)特點	結(jié)構(gòu)受力性能	施工設(shè)備及材料	施工工藝	經(jīng)濟性
預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固	在錨碇背面設(shè)置錨固塊，預(yù)應(yīng)力鋼絞線埋入錨碇及錨塊內(nèi)，錨塊前段設(shè)置主索錨固件并通過預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固。	充分利用了預(yù)應(yīng)力受力特點，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力安全可靠。	需投入預(yù)應(yīng)力鋼絞線及對應(yīng)的錨具、張拉、壓漿設(shè)備，需設(shè)計加工專用組合錨梁，另外需在錨碇背部設(shè)置獨立的錨塊。	錨碇混凝土施工過程中按設(shè)計位置安裝預(yù)應(yīng)力管道及鋼絞線，并澆筑錨塊，安裝組合錨固梁，錨塊混凝土強度達到要求后，依次進行預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿施工。施工工序較多，鋼絞線管道定位精度及預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量要求高。	投入的施工材料及設(shè)備較多，施工成本較高。
鋼板帶錨固	在錨碇支墩基礎(chǔ)內(nèi)埋入鋼板帶，通過銷子與主索錨固輪連接。	鋼板帶在混凝土內(nèi)錨固可靠，結(jié)構(gòu)受力安全，充分利用了鋼板抗拉受力性能，是纜索吊成熟的錨固方式。	需加工鋼板帶。	支墩基礎(chǔ)混凝土施工過程中按照設(shè)計位置及角度安裝鋼板帶，施工方便簡單，施工質(zhì)量容易控制。	施工材料單一，工序簡單，安裝方便，經(jīng)濟性較好。

圖2 纜索吊總體布置

3.2纜索吊主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)

(1)承重索走線。

纜索吊承重索采用?60 mm鋼絲繩(6×36WS+IWR),共24根(單套12根)。承重索走線布置圖如圖3所示。

(2)起重系統(tǒng)。

起重索采用1?42 mm鋼絲繩(6×36WS+IWR),走“10”線布置，全橋共布設(shè)兩套纜索吊機，左右幅各一套。起重索走線方式如圖4所示。

起重裝置由跑車、上掛架、下掛架等3部分組成。單幅纜索吊跑車系統(tǒng)由2個跑車、2個牽引滑車組成，并通過上掛架連接裝置組裝成一體，共同參與結(jié)構(gòu)受力。全橋共需2套起重裝置，2臺30 t起重卷揚機均布置在貴陽側(cè)。起重裝置整體布置如圖5所示。

圖3 承重索走線布置

圖4 起重索走線布置

圖5 起重裝置整體布置

(3)牽引系統(tǒng)。

纜索吊左、右幅各設(shè)1套牽引系統(tǒng)，牽引索采用2?42 mm鋼絲繩(6×36WS+IWR),走“4”線布置，牽引索走線方式如圖6所示。在兩岸各布置2臺30 t牽引卷揚機。

圖6 牽引索走線布置

(4)纜索吊索鞍。

纜索吊索鞍采用鋼管支架安裝在索塔上橫梁頂，索鞍由支架、底部墊梁、連接橫梁、耳板、銷軸、承重索輪及起重牽引過輪等構(gòu)件組成。本項目鋼桁加勁主梁采用纜索吊從一岸進行起吊安裝。為保證吊裝梁段能從已安裝梁段上方運輸通過，在主塔橫梁上設(shè)置塔架，塔架高度需考慮纜索吊矢跨比、索鞍高度、加勁主梁吊裝高度及安裝梁段上方通過的安全距離，陽寶山大橋纜索吊塔架高度設(shè)置為6 m。纜索吊在運行過程中，承重索在中、邊跨的水平分力也會隨著不斷變化，中、邊跨承重索的水平力差會對索塔產(chǎn)生較大的水平推力，對索塔受力不利。因此，在索鞍頂部設(shè)置滑輪組，使承重索可在其中自由滑動，從而起到平衡中、邊跨承重索水平張力的作用。纜索吊索鞍結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 纜索吊塔頂索鞍結(jié)構(gòu)布置

(5)承重索錨固系統(tǒng)。

纜索吊承重索、牽引索、起重索錨固點布置在散索鞍支墩基礎(chǔ)上，在澆筑混凝土?xí)r預(yù)埋錨固鋼板帶。鋼板帶采用厚度為40 mm鋼板，同排鋼板帶采用型鋼連為整體。單幅承重索鋼板帶前后交錯布置2排，每排設(shè)置3組，以節(jié)約錨固空間及減小承重繩邊跨偏角，保證塔架及主索受力安全。為減少錨固鋼板數(shù)量，同時保證承重繩錨固性能安全可靠，承重索采用 “一拖二”錨固形式，即三角錨固鋼板+兩組錨固輪結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)為：三角板前端設(shè)置2個獨立錨固輪分別錨固承重索，尾端通過銷軸與錨固預(yù)埋鋼板組件連接，如圖8所示。

圖8 承重索錨固布置

4 纜索吊施工

4.1承重索及跑車安裝

承重索采用臨時單線往復(fù)牽引系統(tǒng)安裝。單套臨時牽引系統(tǒng)由2臺卷揚機、牽引鋼絲繩及設(shè)置塔架索鞍外側(cè)的豎向?qū)蜉喗M成，左右幅各設(shè)置1套。卷揚機利用纜索吊牽引卷揚機，待牽引索最終牽引到位后，置換出臨時牽引繩。放索場設(shè)置在地形條件較好的貴陽岸側(cè)，主索牽引由貴陽岸側(cè)向黃平岸側(cè)方向牽引。為避免主索牽引過程中出現(xiàn)交叉干擾現(xiàn)象，承重索牽引由靠近橋梁中心側(cè)向外側(cè)依次逐根架設(shè)，施工順序為(12)→(11)→⑩→⑨→⑧→⑦→⑥→⑤→④→③→②→①,如圖9所示。

圖9 承重索架設(shè)順序

主索安裝完成后，采用用滑車組配合卷揚機進行垂度調(diào)整，保證主索實際垂度與設(shè)計垂度吻合，在同一個橫斷面使一組承重索基本在一個水平面。

4.2牽引索安裝

兩岸側(cè)各設(shè)置2根牽引索，黃平岸側(cè)牽引索由黃平岸向貴陽岸側(cè)牽引，貴陽岸側(cè)牽引索由貴陽岸側(cè)向黃平岸側(cè)牽引。以黃平岸側(cè)牽引索架安裝為例，介紹牽引索施工工藝。

采用臨時牽引系統(tǒng)，將牽引索一端繩頭從黃平岸側(cè)向貴陽岸側(cè)方向牽引。到達黃平岸側(cè)塔頂后，利用塔吊+人工輔助牽引索穿過塔頂塔架牽引索轉(zhuǎn)向輪，導(dǎo)向后再次將繩頭與臨時牽引系統(tǒng)連接。解除黃平岸側(cè)邊跨臨時固定，留夠足夠的繩頭，確保繩頭能夠穿過跑車牽引輪，繼續(xù)牽引至貴陽岸側(cè)跑車位置。人工輔助牽引索穿過跑車牽引輪進行導(dǎo)向，牽引回黃平岸側(cè)塔頂。穿過塔頂塔架牽引索轉(zhuǎn)向輪至錨碇支墩基礎(chǔ)轉(zhuǎn)向后，采用同樣的方式將牽引鋼絲繩穿過黃平岸側(cè)塔架導(dǎo)向輪和貴陽岸側(cè)跑車，再返回穿過黃平岸側(cè)塔架導(dǎo)向輪，最終牽引在黃平岸側(cè)錨碇處。牽引索一端錨固于預(yù)埋鋼板帶，另一端繩頭進入纜索吊牽引卷揚機。如圖10所示。

4.3起重索安裝

起重索安裝工藝流程為：塔吊運輸下吊點→下吊點臨時就位在跑車的下方→下吊點固定→將起重索的一端穿過黃平岸側(cè)塔頂塔架的轉(zhuǎn)向輪→向前穿過上吊點的滑輪→向下穿過下吊點的滑輪→共上、下穿繞10次→繩頭從上吊點穿出至貴陽岸側(cè)塔頂塔架的轉(zhuǎn)向輪→向前進入起重卷揚機→另一端捆綁黃平岸側(cè)錨碇支墩基礎(chǔ)錨固鋼板帶→提升下吊點→解除上、下吊點之間的連接繩。

圖10 牽引索安裝示意

4.4纜索吊試吊

纜索吊安裝完成后進行性能試驗，包括空載試驗、1.25倍額定荷載靜載荷試驗和1.1倍額定荷載動載荷試驗。空載試驗驗證纜索系統(tǒng)的聯(lián)動性，以保證各系統(tǒng)運行順暢。動載試驗利用施工現(xiàn)有鋼筋逐級加載進行全工況運行，加載程序按級進行，即設(shè)計額定荷載的50%、80%、110%、125%,每級荷載需完成全高度的垂直運輸和全跨度的水平運輸并在跨中停留，測量承重索的垂度。靜載試驗中，起吊及離地面10 cm時，各停留10 min驗證纜索系統(tǒng)的安全性。

5 結(jié)語

陽寶山大橋纜索吊設(shè)計起吊噸位大，且加勁主梁均從一岸側(cè)起吊。通過方案比選，采用兩點吊結(jié)構(gòu)，“一拖二”承重索錨固形式，選擇合適的矢跨并在索塔橫梁上增設(shè)塔架等措施，優(yōu)化了纜索吊設(shè)計方案，節(jié)約了施工成本，保證了結(jié)構(gòu)安全。纜索吊的順利實施，保證了陽寶山特大橋從一岸側(cè)高效、安全地完成鋼桁加勁主梁安裝任務(wù)，同時也為后續(xù)類似工程提供了參考。