馬鞍山公路長江大橋貓道設(shè)計與安裝施工技術(shù)

尚龍

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241009）

1 工程概況

馬鞍山長江公路大橋位于安徽省東部，起自馬鞍山市和縣姥橋鎮(zhèn)省道206，接規(guī)劃中的馬鞍山至合肥高速公路，跨江后進入馬鞍山市，終點止于馬鞍山市當(dāng)涂縣牛路口（皖蘇界），與規(guī)劃中的馬鞍山至溧水公路（江蘇段）相接。馬鞍山長江公路大橋左汊主橋為三塔兩跨懸索橋，結(jié)構(gòu)呈對稱布置，兩邊塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中塔為鋼混疊合塔結(jié)構(gòu)[1]，塔高均為178.3 m。主橋跨徑為2×1 080 m，橋跨布置為（360＋1 080＋1 080＋360）m，主橋凈寬33 m，設(shè)計車速100 km/h。全橋共兩根主纜，主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股，每根主纜由154根索股組成，每根索股由91絲、直徑為5.2 mm的高強鍍鋅鋼絲組成，單根索股無應(yīng)力長約3 045.53 m。

馬鞍山長江公路大橋共設(shè)兩幅貓道作為主纜施工作業(yè)平臺，單幅貓道長約2 986.5 m，寬4 m，并在兩幅貓道之間設(shè)置橫向通道增加貓道的抗風(fēng)性[2]，也作為貓道作業(yè)人員的行走通道。

2 貓道結(jié)構(gòu)設(shè)計

三塔懸索橋貓道結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)橋跨特點可為“四跨連續(xù)”、“兩跨連續(xù)”（錨碇和中塔處錨固）、“四跨分離”。根據(jù)對三種構(gòu)造形式貓道的線形、靜力、與索塔的連接關(guān)系構(gòu)造的對比研究，“四跨連續(xù)”貓道具有以下優(yōu)勢：

1）不需在中塔塔壁上設(shè)置貓道錨固構(gòu)造，對永久結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)中塔的成品保護有利。

2）連續(xù)式貓道布置方式理論上不會對主塔產(chǎn)生不平衡力，實際施工中可以做到貓道對永久結(jié)構(gòu)的附加影響（如塔頂偏位） 控制到最小程度，對降低施工過程中調(diào)索難度，對提高成橋安裝精度均有好處。

3）貓道線形在端部區(qū)段更接近平行于主纜，豎向距離較為均勻，方便上部施工作業(yè)。

因此貓道形式選擇四跨連續(xù)無抗風(fēng)纜構(gòu)造[3]。在上下游對應(yīng)于主纜中心線下方設(shè)一幅貓道，貓道主要由承重索、扶手索、貓道面層、塔頂轉(zhuǎn)索鞍及變位系統(tǒng)、橫向通道、錨固體系等組成。貓道索布置采用對應(yīng)主纜位置對稱布置形式，兩側(cè)貓道中心距35 m，單側(cè)貓道采用8根φ54承重索，2根φ54門架承重索。貓道門架在貓道上每隔45 m布置一道，將貓道承重索與門架承重索連接成空間結(jié)構(gòu)，以提高貓道整體抗風(fēng)穩(wěn)定性，上下游貓道間每隔135 m設(shè)置一道貓道橫向通道作為兩側(cè)貓道橫向通行便道，如圖1。

貓道承重索與主纜的徑向距離為邊跨1.7 m，中跨1.5 m。

圖1 貓道布置總圖

2.1 貓道承重索布置及錨固

2.1.1 貓道承重索布置形式

根據(jù)計算，貓道索采用對稱布置形式，每條貓道設(shè)8根φ54鋼芯鍍鋅鋼絲繩貓道承重索，橫橋向采用0.42×3+1.3+0.42×3的布置形式，如圖2。單根貓道索分兩段制造，在中塔靠南岸側(cè)約13.5 m處對接。

圖2 貓道斷面結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 貓道承重索塔頂變位及轉(zhuǎn)索鞍

貓道為四跨連續(xù)式結(jié)構(gòu)，貓道線形與主纜平行，邊跨距主纜中心線高1.7 m，中跨距主纜中心線高1.5 m，設(shè)計寬度4.0 m，設(shè)置轉(zhuǎn)索鞍（如圖3），保證貓道承重索順利通過塔頂及在塔頂固定，通過變位鋼架進行貓道收分，將貓道承重索的間距由0.42 m變?yōu)?.10 m。

2.1.3 貓道承重索錨固

圖3 貓道中塔塔頂轉(zhuǎn)索鞍

在錨碇散索鞍支墩上設(shè)置錨固調(diào)節(jié)系統(tǒng)。錨固系統(tǒng)由預(yù)埋件、拉桿和錨梁等組成，通過千斤頂調(diào)整貓道索錨固拉桿長度，以滿足貓道各階段線形要求。錨固系統(tǒng)如圖4、圖5。

圖4 型鋼預(yù)埋件

圖5 貓道調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2.2 門架承重索及門架

2.2.1 布置形式

貓道門架承重索采用2φ54（6×36SW+IWR）鋼芯鋼絲繩，單根門架承重索分兩段制造，在中塔塔頂正中對接。并在中塔、邊塔頂門架和錨碇門架上設(shè)置轉(zhuǎn)索小索鞍，形成4跨連續(xù)式結(jié)構(gòu)。

為縮短牽引索的空間跨距，保證牽引索的垂度不至于過低，貓道上每隔45 m布置一道貓道門架與貓道連接，門架上設(shè)置兩組牽引索導(dǎo)輪組。門架承重索與貓道承重索的垂直距離為7 m，橫橋向間距3.6 m，貓道承重索與門架承重索通過門架連接，形成空間結(jié)構(gòu)，提高抗風(fēng)穩(wěn)定性。

2.2.2 門架承重索錨固

門架承重索錨固在錨塊一頂面，通過預(yù)埋件、門架索調(diào)節(jié)裝置錨固。

2.3 扶手索布置及錨固

扶手索采用φ22+φ16+φ16的布置形式，采用鋼芯鋼絲繩，單根扶手索分4段制作，在塔頂斷開，與貓道承重索的豎向間距為0.5 m、1.0 m、1.2 m，分別錨固在塔頂門架和錨碇門架上。

2.4 貓道面層

貓道面層中心與主纜中心一致，上下游兩側(cè)貓道中心間距為35 m，單側(cè)貓道寬度為4 m，貓道底面網(wǎng)采用φ5 mm×50 mm×70 mm的粗面網(wǎng)及φ2 mm×25 mm×25 mm的細面網(wǎng)，貓道側(cè)面網(wǎng)采用φ5 mm×80 mm×100 mm的側(cè)面網(wǎng)；貓道每隔500 mm布置一道60 mm×30 mm×1 500 mm的短踏步木方，每隔5 625 mm布置一道60 mm×50 mm×4 000 mm的長踏步木方；每隔5 625 mm布置一道扶手立柱（∠75×8），在扶手立柱底部布置一道［12×4 400 mm的槽鋼橫梁，形成貓道框架；貓道門架底部設(shè)置2[16a×4 800 mm的槽鋼橫梁。

2.5 橫向通道

單側(cè)貓道共設(shè)置18道橫向通道，每個主跨設(shè)置7道橫向通道，每個邊跨設(shè)橫向通道2道。橫向通道由三角桁架、面層網(wǎng)、欄桿、扶手繩等組成。除滿足左右幅貓道之間人員的通行外，還可提高貓道自身的整體穩(wěn)定性，使貓道具備足夠的抗風(fēng)能力。

2.6 下拉裝置

為了調(diào)整貓道線形，需在邊塔位置設(shè)置貓道下拉裝置，全橋范圍內(nèi)各邊塔靠江側(cè)設(shè)置2個下拉裝置，通過邊塔靠中跨側(cè)變位剛架外側(cè)型鋼上設(shè)置下拉耳板，連接下拉鋼絲繩，通過滑輪組進行調(diào)整。

2.7 照明系統(tǒng)

貓道使用期間涉及到夜間施工，在其扶手立柱位置安裝照明燈，用于夜間的照明和景觀效果。

3 貓道安全性能設(shè)計

貓道計算主要分為5種工況進行（見表1），其中3，4為設(shè)計工況；1，2為校核工況；5為檢驗工況。在施工期間，考慮每側(cè)貓道最多放置兩根主纜索股，并考慮20 a一遇的風(fēng)載，同時考慮溫度荷載，溫差按15℃考慮。

表1 貓道各計算工況統(tǒng)計表

貓道承重索和門架承重索均采用φ54（6×36SW＋IWR）鋼芯鍍鋅鋼絲繩。張力計算結(jié)果見表2。

安全系數(shù)均滿足安全要求。計算恒載狀態(tài)索塔處四跨連續(xù)貓道水平力差為0，不會造成索塔偏位。

表2 貓道承重索恒載貓道張力計算結(jié)果

4 貓道架設(shè)施工

馬鞍山長江公路大橋，地處長江黃金水道，航運繁忙，為減小貓道架設(shè)對航道的影響，主跨貓道承重索采用空中托架法間接架設(shè)，托架間距100 m一道。面網(wǎng)鋪設(shè)由塔頂向主跨跨中、錨碇方向下滑鋪設(shè)，初期設(shè)置反拉系統(tǒng)控制下滑速度，以策安全。面網(wǎng)鋪設(shè)主跨一側(cè)設(shè)置配重輔助下滑，減小貓道鋪裝難度。

4.1 貓道架設(shè)施工工序

準備工作→上游南主跨先導(dǎo)索過江→先導(dǎo)索垂度調(diào)整→上游南主跨過渡索架設(shè)→上游南側(cè)牽引索架設(shè)→上游南側(cè)單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)架設(shè)完畢→上游北主跨先導(dǎo)索過江→先導(dǎo)索垂度調(diào)整→上游北主跨過渡索架設(shè)→上游北側(cè)牽引索架設(shè)→上游南北2套單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)架設(shè)完畢→上游牽引系統(tǒng)空中架設(shè)下游側(cè)過渡索→上游南北主跨過渡索橫移至下游側(cè)→下游南北側(cè)牽引索架設(shè)→全線4套單線牽引系統(tǒng)全部架設(shè)完成→主跨托架承重索架設(shè)→托架安裝→貓道承重索架設(shè)→托架拆除→貓道承重索垂度調(diào)整→變位鋼架安裝→貓道面層鋪設(shè)及橫向通道安裝→門架承重索架設(shè)施工→貓道門架安裝→貓道防護、照明及警示裝置安裝→邊塔處貓道主跨側(cè)下拉施工→貓道整體系統(tǒng)調(diào)整→貓道架設(shè)完成。

4.2 貓道索制備

4.2.1 貓道索制作

貓道索以中塔為界分為二段，其中一段的兩端接頭為開式接頭，另外一段的兩端為一端開式接頭，一端閉式接頭。貓道索的聯(lián)接采用“ISO7595－鋼絲繩套接方法-熔融金屬套接”的方法進行。鋼絲繩與接頭連接用合金澆鑄而成，澆鑄用的接頭應(yīng)符合“ISO3189一般用途鋼絲繩索節(jié)”的規(guī)定。

4.2.2 貓道索鋼絲繩下料

在氣溫穩(wěn)定的時段采用溫度修正的方法，將預(yù)張拉后的鋼絲繩在持荷（最小破斷拉力20%）狀態(tài)下按設(shè)計無應(yīng)力長度+彈性伸長量的修正長度進行精確測長、下料、標記。

4.2.3 灌鑄錨頭

對錨頭澆注工藝進行評定，并制作試驗段進行靜載試驗，確保澆鑄部分實際抗拉力大于鋼繩最小破斷力，以策安全。然后按灌鑄工藝完成承重索錨頭灌注工作。

4.3 托架施工

托架系統(tǒng)含兩根托架承重索、若干托架和一根定位索組成。托架承重索采用36 mm鋼絲繩，托架承重索采用吊環(huán)法假設(shè)。托架定位索采用16mm鋼絲繩。托架由支架、導(dǎo)輪和滾輪等組成，沿跨度每隔100 m一道布置于中跨，邊跨不布置。施工由塔頂塔吊、塔頂卷揚機、牽引系統(tǒng)配合完成。

4.4 貓道承重索安裝

4.4.1 貓道承重索架設(shè)順序

根據(jù)上下游對稱施工、南北跨同步施工的順序依次架設(shè)，以減小不均衡荷載對主塔的影響。施工順序為先貓道外側(cè)后貓道內(nèi)側(cè)。

4.4.2 貓道承重索架設(shè)

貓道承重索南邊跨、南中跨與北中跨均采用托架法架設(shè)，北邊跨采用北塔頂10 t卷揚機直接牽引架設(shè)，至塔頂后與拽拉器相連。

由牽引系統(tǒng)將貓道承重索向中塔方向牽引，牽引速度控制在18 m/min，保持勻速牽引；當(dāng)經(jīng)過塔頂轉(zhuǎn)索鞍時，安裝在正確的槽口內(nèi)。

當(dāng)索盤上索長不足50 m時，將貓道承重索從索盤上取出，使用上錨通道運行小車送至錨體門架處，錨體門架10 t卷揚機連接后錨頭，并施加適當(dāng)?shù)姆磸埩?，繼續(xù)牽引貓道承重索至設(shè)計位置。

貓道承重索接頭位置位于中塔靠南側(cè)約13.5 m處，牽引到位后，使用人工將兩個索節(jié)連接，然后解除與牽引系統(tǒng)的連接。

使用錨體門架卷揚機反拉，將后錨頭牽引至錨體鞍部錨固系統(tǒng)上，與錨固系統(tǒng)固定。

待貓道承重索全部架設(shè)連接就位后，根據(jù)監(jiān)控單位計算出空纜階段貓道承重索線性，進行垂度調(diào)整。

4.5 變位剛架、下拉裝置安裝

4.5.1 變位剛架安裝

貓道承重索的轉(zhuǎn)索鞍布置在主索鞍的兩側(cè)，在離塔頂轉(zhuǎn)索鞍前方適當(dāng)位置，對貓道承重索用變位剛架進行變位，使各承重索向主纜中心線方向集中，以滿足貓道斷面設(shè)計要求。

4.5.2 邊塔下拉裝置安裝

為確保貓道線型與主纜線型一致，在邊塔中跨近塔部位設(shè)置貓道承重索下拉裝置。在貓道變位剛架安裝完成之后，利用塔吊和塔頂卷揚機將下拉裝置的錨固梁與變位剛架端頭相連并予以固定，連接滑車組，并使滑車組系統(tǒng)另一端連接在與塔身預(yù)埋件相連的耳座板上。待貓道架設(shè)完成后，通過卷揚機調(diào)整滑車組鋼絲繩，對貓道承重索施加向下的拉力。

4.6 貓道面層鋪設(shè)

貓道索變位剛架安裝后，進行貓道面層的鋪設(shè)工序。貓道面層采用下滑鋪設(shè)法，分單元段（135 m左右）鋪設(shè)。根據(jù)計算確定先進行中跨貓道面層鋪設(shè)，待架設(shè)至相應(yīng)位置進行邊跨貓道面層鋪設(shè)。

4.6.1 鋪設(shè)準備

貓道面網(wǎng)采用片網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在地面將組成貓道面層的各種材料，如防滑木條、粗面層網(wǎng)等，按設(shè)計位置進行綁扎，形成貓道面層基本單元，如圖6。

圖6 面層單元綁扎

4.6.2 貓道面層拼裝

在塔頂進行橫向通道和配重安裝。

在塔頂工作平臺開始鋪設(shè)面層，將貓道面層與橫向通道或配重連接；用螺栓將面網(wǎng)與型鋼吊掛在貓道承重索上，螺栓不宜過緊，以確保面層能在承重索上自由滑動。

每安裝一個面層基本單元，即下滑一段，再鋪設(shè)另一個面層單元，并在設(shè)計位置安裝貓道下橫梁型鋼，如此循環(huán)至一個貓道面層單元段。

為防止貓道面層基本單元間發(fā)生下滑擠壓情況，將塔頂卷揚機鋼絲繩依次連結(jié)在面層網(wǎng)及型鋼上，保證貓道面層下放安全。

4.6.3 貓道面層下放

將中跨側(cè)第一個貓道面層單元段與牽引索連接，如圖7。

圖7 貓道面層下放

通過牽引索牽引或反拉，下放第一個貓道面層單元段。

將貓道面層單元段下放至相應(yīng)設(shè)計位置，將貓道面層單元段兩端及中間部分位置與貓道承重索固定，避免貓道面層下滑。

依次交錯下放中跨南、北側(cè)貓道面層單元段，至貓道面層全部合龍。

南、北邊跨貓道面層下放采用與中跨相同的方法，由南、北塔頂下放至南、北錨碇處。由于塔頂兩側(cè)坡度較陡，面網(wǎng)依靠自重便能下滑，為防止面網(wǎng)下滑速度過快，將貓道面層兩端分別與牽引索連接，由牽引索控制貓道面層下滑速度。在當(dāng)面網(wǎng)下滑至坡度平緩地段，依靠自重不能下滑時，利用牽引索牽引貓道面層，直至跨中合攏。

面層全部鋪裝完畢后，分段逐個緊固螺栓，固定面層。

4.7 側(cè)網(wǎng)及欄桿安裝

由于貓道型鋼橫梁與欄桿立柱焊成整體，貓道面層下滑鋪設(shè)安裝型鋼橫梁時，欄桿立柱已安裝到位，同時安裝側(cè)面網(wǎng)，同面層一同下滑。

貓道面層合攏、緊固后，將扶手索置入扶手立柱鞍槽內(nèi)，螺栓固定。將側(cè)網(wǎng)扶正，將側(cè)網(wǎng)上、下端與扶手索和貓道承重索連接固定，側(cè)網(wǎng)間亦進行連接固定。

4.8 橫向通道安裝

橫向通道在塔柱中、邊跨側(cè)承臺上拼裝成整體，在貓道面層鋪設(shè)過程中，由塔吊吊至橫向通道在貓道相應(yīng)位置安裝。橫向通道與面層連接后，隨面層一起下滑。

4.9 面層托架滾輪安裝

在貓道鋪裝完成后，安裝面層托架滾輪。托架滾輪采用人工安裝，在牽引系統(tǒng)將托架滾輪吊放至正確位置后，人工用鐵絲將托架支架與貓道承重索固定。

4.1 0 貓道門架安裝

由塔吊將門架吊至塔頂，將門型門架置于門架承重索上，利用塔頂門架卷揚機反拉，將門架逐個下滑至設(shè)計位置安裝。利用牽引索將門架導(dǎo)輪組及托架滾輪牽引到相關(guān)位置，安裝固定。貓道門架安裝順序為由中跨跨中向塔頂、邊跨錨碇向塔頂方向進行安裝。

4.1 1 貓道照明設(shè)施安裝

照明系統(tǒng)沿貓道12.5 m一道在貓道單側(cè)扶手立柱上安裝貓道照明燈具，貓道燈具采用低壓節(jié)能照明燈，并按設(shè)計在相應(yīng)位置設(shè)置配電箱。

5 貓道整體垂度調(diào)整

5.1 貓道線形設(shè)計

貓道線形設(shè)計為中跨距主纜徑向距離1.5 m高，邊跨距主纜徑向距離1.7 m高。

5.2 貓道垂度調(diào)整

貓道垂度調(diào)整[4]按照由中塔開始、逐步向錨固端推進的原則進行。計算工況見表3，調(diào)整過程如下：

表3 貓道垂度計算工況表

1）中塔貓道承重索制作標記點與塔頂轉(zhuǎn)索鞍標記點對準，擰緊壓板固定螺栓，錨固貓道承重索。

2）主跨貓道承重索垂度調(diào)整。

3）考慮變位長度的影響，計算確定每根貓道承重索跨中垂度，利用邊塔塔頂門架上的卷揚機及滑車組逐根調(diào)整直至滿足垂度要求后，在邊塔塔頂轉(zhuǎn)索鞍處錨固好。

4）安裝中塔側(cè)變位架，逐根復(fù)測貓道承重索跨中標高，與計算值比較，如有誤差，邊塔處再次調(diào)整。

5）安裝邊塔變位裝置主跨側(cè)變位架。復(fù)測主跨跨中貓道承重索垂度。

6）邊跨貓道承重索調(diào)整。貓道錨固梁就位在初始設(shè)計位置，利用小拉桿調(diào)節(jié)單根承重索，消除貓道承重索制作精度誤差并調(diào)整跨中標高到考慮變位長度差的修正標高。

7）安裝邊塔邊跨側(cè)變位架，與計算值比較，如有誤差，錨固處小拉桿處再次調(diào)整。

8）鋪設(shè)貓道面層（面網(wǎng)、橫梁、橫通道、扶手等）。

9）復(fù)測主跨跨中標高?？紤]溫度修正，邊塔頂轉(zhuǎn)索鞍間千斤頂輔助整體調(diào)整系統(tǒng)整體復(fù)調(diào)主跨垂度。

10）復(fù)測邊跨跨中標高?？紤]溫度修正，貓道錨固拉桿整體調(diào)整邊跨垂度。

11）貓道邊塔主跨側(cè)下拉到位。

6 結(jié)語

馬鞍山公路長江大橋上構(gòu)安裝施工開工以來，前期由于各種因素的影響，上構(gòu)施工速度相對較慢，但是貓道架設(shè)施工開始以后，以平均2 d架設(shè)3根貓道承重索，貓道單元平均也以每1.5 d綁扎和下放135 m，為后續(xù)索股架設(shè)和鋼箱梁吊裝贏得了寶貴時間，同時這種貓道結(jié)構(gòu)體系及施工方法也為其他同類型橋梁建設(shè)提供借鑒。

[1] 楊光武，徐宏光，張強.馬鞍山長江大橋三塔懸索橋關(guān)鍵技術(shù)研究[J].橋梁建設(shè)，2010（5）：7-11.

[2] 王中文，朱宏平，鐘建峰，譚立心.大跨度懸索橋貓道抗風(fēng)設(shè)計與施工[J].橋梁架設(shè).2009（2）：65-68.

[3] 薛光雄，閆友聯(lián)，沈良成，金倉，先正權(quán).泰州長江公路大橋上部結(jié)構(gòu)施工方案綜述[J].橋梁建設(shè)，2009（4）：59-63.

[4] 周昌棟，譚永高，宋官保.懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工[M].北京：人民交通出版社，2004：82-83.