纜索吊裝系統(tǒng)在上承式拱橋箱拱吊裝施工中的應(yīng)用

馮文博

摘 要：重慶東聯(lián)絡(luò)線北線道路工程影視城大橋主跨采取上承式拱橋跨越御臨河，因現(xiàn)場施工條件所限，箱拱僅能在預(yù)制場預(yù)制后吊裝。擬采用纜索吊裝系統(tǒng)進行箱拱節(jié)段的安裝，但新建橋梁路幅寬達29.5m，主跨跨度為110m，箱拱安裝具有難度大、技術(shù)要求高、工藝復(fù)雜等特點，本項目根據(jù)具體情況設(shè)計了安全可靠、施工簡便纜索吊裝系統(tǒng)，順利完成箱拱吊裝施工。

關(guān)鍵詞：上承式拱橋;纜索吊裝;系統(tǒng)設(shè)計;纜索檢算;吊裝工工藝

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0139-02

0 引言

因拱橋具有較大的跨越能力，受力明確簡潔，且構(gòu)造較簡單，外形美觀;能夠充分發(fā)揮圬工及其它抗壓材料的性能;另外，隨著經(jīng)濟建設(shè)和公路、鐵路建設(shè)的蓬勃發(fā)展及橋梁設(shè)計、建設(shè)技術(shù)的發(fā)展提高，采取大跨度拱形橋跨越大江大河及其它構(gòu)造物成為未來的趨勢。雖然我國在拱橋建設(shè)方面歷史悠久，但以小跨度為主。以往拱橋工程的施工經(jīng)驗已難以適應(yīng)現(xiàn)代的大跨徑拱橋的建設(shè)。因此，迫切需要吸收以往施工經(jīng)驗及技術(shù)成果，制定出適合現(xiàn)代大跨徑拱橋吊裝施工的技術(shù)方案，以適應(yīng)我國大跨徑拱橋發(fā)展的需要。

1 工程概況

重慶東聯(lián)絡(luò)線北線道路工程影視城大橋起始樁號為K3+825，終點樁號為K4+045，橋梁全長220m，橋?qū)?9.5m，為上承式拱橋，墩柱采用承臺接樁基礎(chǔ)形式，橋臺采用重力式橋臺接樁基礎(chǔ)。主跨凈跨徑110m，拱腹矢高為16m，采用等截面懸鏈，拱軸系數(shù)m=2.932。主拱采用鋼筋混凝土箱拱預(yù)制吊裝而成，主梁均為預(yù)制吊裝簡支空心板梁。

主拱圈構(gòu)造：每個拱肋由9個箱拱組成。全橋共2個拱圈18條拱肋，位于拱圈外側(cè)的兩片拱肋為邊箱，中間7片為中箱。拱肋分五段預(yù)制，采用無支架纜索吊裝。

因本拱橋跨度大，橋面寬，吊裝的構(gòu)件重，可借鑒的類似纜索吊系統(tǒng)經(jīng)驗少，需根據(jù)本項目的實際情況，進行纜索系統(tǒng)的發(fā)展及創(chuàng)新設(shè)計，以使順利完成本項目的施工。

2 上部結(jié)構(gòu)纜索吊裝法總體方案

本項目纜索吊系統(tǒng)采用一套吊裝設(shè)備單基肋合攏成拱方案，根據(jù)箱拱設(shè)計結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場施工條件等進行纜索吊總體方案的設(shè)計，具體如下。

（1）為了減少扣索數(shù)量和吊裝次數(shù)，每條拱肋在預(yù)制拼裝成5節(jié)段后再吊裝成拱。箱拱最重節(jié)段為拱腳段邊箱，其重量為74.54t。（2）先進行拱圈跨中1號拱肋節(jié)段的裝吊，然后按左側(cè)→右側(cè)的循環(huán)順序（1→2→3→4→5→6→7→8→9）兩側(cè)對稱吊裝，拱肋節(jié)段吊裝順序如圖1所示。

3 施工方法及技術(shù)措施

3.1 纜索吊整體方案

主索、扣索共用塔架，塔架的高度根據(jù)安裝的最高拱頂節(jié)段頂面標高來確定，控制吊重按最重的拱腳段邊箱來設(shè)計，最大吊重P=119.3t（考慮吊鉤等配重及沖擊荷載）。根據(jù)地形條件，主纜索凈跨取270m，兩岸塔架等高32m，采用83式軍用墩搭建而成，主地錨采用重力式結(jié)構(gòu)。

拱肋節(jié)段在御復(fù)路側(cè)預(yù)制，設(shè)一套纜索吊，因橋面較寬，為了使兩側(cè)邊拱的節(jié)段安裝到位，通常有采用下述2種方案：一是拱肋在纜索吊下拼裝好后橫移到設(shè)計位置;二是纜索吊可橫移，節(jié)段直接就位。前者塔架、錨固等用料少，但本項目橋面寬，橫移幅度大，安全風(fēng)險高。為此，本項目采用后者方案，拱肋箱段采取吊起后直接對正安裝，避免了拱肋節(jié)段橫移，安全性好。

纜索吊可橫移方案可采取下述2種方案：一是塔架橫移;二是索鞍橫移。因本項目塔架高度為36m，進行橫移時的安全穩(wěn)定性較差，故本項目采取了索鞍橫移的方式。

纜索吊總體設(shè)置如圖2、圖3所示。

3.2 主索系統(tǒng)及主跑車

設(shè)置主索一組，主索由8根φ60鋼絲繩（結(jié)構(gòu)為6×37S+IWR）構(gòu)成，吊裝時通過橫移塔頂?shù)目梢剖街魉靼皝韺崿F(xiàn)逐肋對中。主索兩端設(shè)置100t轉(zhuǎn)向滑車將主索并成8排，以確保主索繃緊并承力均勻，主索的垂度、張力通過收緊滑車組進行調(diào)節(jié)，以確保符合設(shè)計要求，使用以小拖大的拖拉方法間接安裝主索。主索的最大張拉為H=494.6t，最大吊重時跨中產(chǎn)生的最大垂度為19.3m，空載情況下垂度為15.38m，主索的安全系數(shù)為K=3.8。

主跑車采用8門80t級，雙跑車設(shè)計吊重為160t，施工時在兩側(cè)拱座上預(yù)埋千斤扣，將兩臺主跑車固定，并穿好跑車間的間距繩。布設(shè)主索的同時將主跑車穿繞在主索上，完成主索穿繞后逐漸松開跑車固定繩，同時收緊主索，使跑車緩緩升空，主索布設(shè)和收放、跑車的布置在主錨與橋臺間的空間進行。

3.3 起重系統(tǒng)

箱拱節(jié)段由御復(fù)路預(yù)制場移運至主索下方，采取預(yù)留孔穿吊帶作箱拱節(jié)段吊點的方式起吊。節(jié)段每端設(shè)4點起吊，每臺主跑設(shè)置一套起吊機構(gòu)，在御復(fù)路端主地錨上設(shè)置2臺10t的卷揚機組作為起吊動力。每根起重索采用φ22鋼絲繩（結(jié)構(gòu)為6×37S+FC）走“8”布置，活端由塔架頂轉(zhuǎn)向進入10t的卷揚機，死端通過跑車定滑輪固定在濱河西路地錨上。在收緊主索前需將起重索穿繞好。起重索采取花穿，以使跑車均衡受力。

3.4 扣索系統(tǒng)

采用塔扣的扣索方式，扣索與主索共用塔架，扣索采用八字形正扣結(jié)構(gòu)?？鬯鞯劐^設(shè)在主地錨上，在橋臺與主地錨之間的空上設(shè)置收緊滑車，并利用橋臺作為地錨以調(diào)整扣索的收放?？鬯鞑捎?φ15.2鋼絞線。最大扣索拉力發(fā)生在濱河西路側(cè)的中間段邊箱，拉力為41.8t，扣索拉力角度為23度，扣索安全系數(shù)為2.8。

3.5 塔架

塔架采用穩(wěn)定性能好、承載能力強的83式軍用墩上，兩側(cè)塔架均為等高32m，因采用可移動索鞍的方式，塔架橫橋向?qū)挾扰c橋?qū)拰?yīng)，為30m。

4 纜索系統(tǒng)檢算

纜索吊裝系統(tǒng)需要承載驗算的構(gòu)件多，本文僅將主索、塔架承載驗算過程闡述如下。

4.1 主索受力驗算

①主索安全系數(shù)。主索由8根φ60鋼絲繩（結(jié)構(gòu)為6×37S +IWR）構(gòu)成，公稱抗拉強度σb=1770MPa，重量q=15.0kg/m，截面積Fk=2826mm2，破斷拉力∑S=2270kN，彈性模量Ek=75600MPa。

主索承受的荷載主要來源于主索自重及吊裝構(gòu)件的重量，主索自重G為均布線性荷載，吊裝構(gòu)件重量為集中荷載P。

G=15.0×10-3×270=40.5kN

集中荷載由兩部分組成，即主拱肋最大段重P1=745.4kN，吊具、施工荷載及配重P2=50kN，為安全起見，荷載增加20%的超重，則單根主索集中荷載為：

P=1.2（P1+P2）/8=1.2×（745.4+50）/8=119.3kN

當集中荷載作用于跨中時，主索承受最大水平張力，其值由下式求得：

H主=（GL+2PL）/（8fmax）

式中，fmax為主索工作最大垂度，按主索長度的1/14取值，得fmax=270/14=19.3m。代入上式。得：

H主=（40.5×270+2×119.3×270）/（8×19.3）=488.1kN

豎向力V=（G+P）/2=（40.5+119.3）/2=79.9kN

主索最大張力：T主=（H2主+V2）1/2=（488.12+79.92）1/2= 494.6kN

主索張力安全系數(shù)：K=∑S/（1.2T主）=2270/（1.2×494.6）= 3.8>[K]=3.5，滿足要求。

式中：1.2為起吊時的沖擊影響動載系數(shù)。

②主索接觸應(yīng)力驗算。接觸應(yīng)力按下式計算：σ觸=T主/A+EK×d/Dmin

式中：A為鋼絲繩斷面面積;EK為鋼絲繩彈性模量;d為鋼絲直徑，d=2.84mm;Dmin為跑車平滾最小直徑，Dmin=0.35m。將數(shù)據(jù)代入上式得：

σ觸=494.6×103/（2826×10-6）+（75600×106×0.00284）/ 0.35=788.45MPa

安全系數(shù)K=[σ]/σ觸=1770/788.45=2.24>2，滿足要求。

4.2 塔架檢算

塔架采用83式軍用墩拼裝而成，塔架底部立柱為最不利承載處，主要承受自身重量及纜索產(chǎn)生的壓力，經(jīng)計算：

∑V=4240t

作立柱的單根83式軍用墩①號桿件允許承受的壓力為117t，本項目塔架水平截面由48根桿件構(gòu)成，則單根①桿件需承受壓力為4240/48=88.3t<117t。

5 箱拱吊裝工藝

5.1 懸掛箱拱拱腳段、中間段

（1）跑車將1號拱肋的拱腳段吊離運梁車，持續(xù)吊起以超過起拱線，牽引索牽引拱腳段至安裝位置的正上方，降下拱腳段下端與拱座對位，并扭緊接頭螺栓，掛好拱腳段上端扣索及纜風(fēng)繩。然后起重索稍稍提起或下降調(diào)整拱腳節(jié)段的上接頭端標高，滿足要求后（使接頭處標高較設(shè)計值高7cm，即設(shè)置7cm超高）收緊扣索。然后通過收放兩側(cè)纜風(fēng)索，以調(diào)整箱拱中線。

（2）調(diào)整好拱腳段中線位置后，檢查下接頭與拱座預(yù)留孔的兩底鐵間是否有不均勻空隙，否則用類似形狀的薄鋼板楔緊，防止合攏后拱肋中線出現(xiàn)偏差，調(diào)好拱腳段的中線、標高并固定后，摘除跑車。隨后進行中間節(jié)段吊裝，安裝方法與拱腳段相同，中間節(jié)段與拱腳段對接并扭緊接頭螺栓后，掛好中間段上端的扣索及纜風(fēng)繩。通過升降起重索調(diào)整中間節(jié)段的上接頭端標高，滿足要求后（使上接頭處標高較設(shè)計值高14cm，即設(shè)置14cm超高）收緊扣索。然后通過收放兩側(cè)纜風(fēng)索調(diào)整箱拱中線。

另側(cè)岸的拱腳段、中間段箱拱按上述方法進行吊裝。

5.2 箱拱合攏段定位及合攏

（1）用跑車將拱肋合攏段就位，使合攏段兩端接頭較安裝標高高3cm，然后采用“定長松索”的方法兩岸同時對稱松索，使兩岸的拱腳段、中間段箱拱逐漸向合攏段靠攏，松索不能過快，每次松索控制接頭標高下降幅度在1cm內(nèi)，松索時要確保拱腳段與中間段接頭、中間上接頭下降后的預(yù)抬高量基本按1：2的比例，每次松索后需對兩處接頭標高進行測量，下降值不符合要求或是不成1：2的比例，則需在下次松索時進行調(diào)整（通過起重索、扣索和纜風(fēng)繩調(diào)整），通過上述循環(huán)施工，以便有效控制接頭標高。（2）當合攏接頭快要重合時，將兩節(jié)段箱拱的接頭螺栓孔對中并裝上螺栓，繼續(xù)松索使兩節(jié)段端面抵緊，再繼續(xù)松索，當合攏處接頭下降至比設(shè)計標高1cm時。暫停松索，檢查和調(diào)整合攏段兩端接頭標高，確保兩端接頭標高相同，采用鋼板將接頭端面間空隙楔緊，然后將接頭螺栓全部擰緊。（3）按照扣索→起重索→扣索的順序循環(huán)進行松索。當接頭標高下降很小，且起重索、扣索承受的拉力也很小時，表明拱肋節(jié)段間已抵緊成拱。此時基本全部放松扣索，僅起重索施加部分拉力，以控制合攏接頭不低于設(shè)計標高，同時調(diào)整下拉索，以控制拱腳段與中間段接頭不超過設(shè)計標高。（4）當各接頭處標高基本穩(wěn)定后，將纜風(fēng)繩、下拉索及起重索臨時固定，把接頭處連接螺栓擰緊，此時拱肋完全合攏成拱，完成上述連接工序后摘除起重索、扣索。但纜風(fēng)繩、下拉索保持工作，直到第3條拱肋合攏成拱后方可拆除。（5）在拱肋軸線偏差完成調(diào)整、接頭空隙鋼板楔緊后和全部松索成拱前進行拱肋接頭的焊接作業(yè)。采取間隔、分層和交錯的方式進行接頭鋼構(gòu)件的焊接連接，每層焊接不宜過厚，以防燒壞結(jié)構(gòu)周邊漆膜，最終將擰緊的接頭螺栓焊死。（6）完成單條拱肋成拱后，按照上述施工工藝吊裝其余拱肋，成型的拱肋及時施做與相鄰拱肋的橫向聯(lián)接，增加整體安全穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

在重慶東聯(lián)絡(luò)線北線道路工程影視城大橋主跨拱肋施工中采用纜索系統(tǒng)吊裝。通過采用承載能力強的83式軍用墩作塔架，塔架頂部設(shè)置移動索鞍，加強施工管理，加強纜索吊狀態(tài)監(jiān)控等措施，確保了拱肋的安裝質(zhì)量及施工安全，取得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益，期望能夠?qū)ζ渌皹虻牡跹b施工起到借鑒作用。

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