山區(qū)陡坡條件下高墩大跨纜索吊裝施工技術(shù)

■林國樑

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350002）

1 概述

1.1 工程概況

莆炎高速沙溪大橋位于三明市三元區(qū)莘口鎮(zhèn)，為線路橫跨205 國道、 沙溪河及月亮灣景區(qū)而設(shè)，是全線重難點(diǎn)、控制性工程。 大橋采用雙向六車道設(shè)計(jì)，右幅橋長1398 m，左幅橋長1408 m，橋面寬度為15.5 m。 其中，主橋設(shè)計(jì)為變截面鋼桁梁連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑布置為(100+176+176+100)m；主桁架上弦桿為2.0%縱坡，主桁桁高5.5～16 m，在順橋向按二次拋物線變化； 桁架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間水平長12 m，兩片主桁架弦桿中心間距9.5 m， 鋼桁梁在江面拼裝平臺分節(jié)段制作及儲存，采用纜索吊裝技術(shù)進(jìn)行架設(shè)安裝（圖1）。

圖1 沙溪大橋施工現(xiàn)場

1.2 纜索吊裝總體布置

本纜索吊裝機(jī)設(shè)計(jì)以不影響主、 引橋施工、同時(shí)滿足上部鋼結(jié)構(gòu)、 橋面板等的安裝需要為目的。纜索吊裝機(jī)系統(tǒng)由主索、工作索、起重索、牽引索、塔架風(fēng)纜、起重小車及起吊滑車組、索鞍、塔架、錨碇、卷揚(yáng)機(jī)和控制系統(tǒng)等組成[1-2]。

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場地形（地質(zhì)）等情況，設(shè)計(jì)兩岸塔架皆設(shè)置在每岸交界墩頂部，纜索運(yùn)輸系統(tǒng)主索跨徑L=552 m。 根據(jù)起吊高度的要求，莆田岸塔架高度為74.69 m， 含3# 交界墩總高度為144.89 m；炎陵岸塔架高度為80.69 m，含7# 交界墩總高度為167.99 m。 為使塔柱不影響主橋鋼桁架梁的安裝及墩頂引橋排架墩的施工，考慮設(shè)置凈高10 m 的門式墩過渡，門式墩與過渡墩頂固結(jié)。

纜索系統(tǒng)全橋共設(shè)置2 組主承重索及2 組工作索（圖2）。 2 組主承重索橫向間距9.5 m，與主桁架梁寬度相對應(yīng)。 每組承重索額定起吊能力65 t（2 組共130 t）， 每組承重索由6 根φ56 mm （6×37S+IWR 1870 MPa）的鋼絲繩組成，每組承重索上設(shè)置前后2 個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)額定起吊能力32.5 t。

圖2 纜索吊裝布置圖

2 施工工藝

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 施工工藝流程

2.2 施工要點(diǎn)

2.2.1 塔架預(yù)埋件施工

柱腳預(yù)埋板在交界墩蓋梁施工時(shí)預(yù)埋，埋設(shè)位置應(yīng)準(zhǔn)確，并設(shè)置一定的架立鋼筋（或小型鋼骨架）定位牢固，防止?jié)仓艜r(shí)移位；每塊預(yù)埋板四角及各預(yù)埋板之間高程誤差不大于±1 mm， 平面位置誤差不大于±2 mm[3]。 預(yù)埋板底面砼澆筑密實(shí)，確保砼的局部承壓能力。

2.2.2 塔架安裝

（1）塔架在廠家進(jìn)行精加工后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場將每肢4 根立柱鋼管兩相鄰2 節(jié)段應(yīng)在工廠與腹桿一起進(jìn)行整體預(yù)拼裝，拼裝合格并對應(yīng)編號采用STT153 型自升式塔吊進(jìn)行安裝。 （2）塔腳第1 節(jié)立柱安裝質(zhì)量是整個(gè)下部塔架安裝的關(guān)鍵，必須控制好其平面位置、頂面高程及垂直度。 塔架基礎(chǔ)施工完成后， 在基礎(chǔ)預(yù)埋板頂面放樣立柱對位大樣，先初步對位立柱位置，然后將一側(cè)塔腳的4 根立柱通過腹桿連接成整體，然后通過塔吊配合千斤頂精確對位立柱位置， 必要時(shí)用1～2 mm 薄鋼板調(diào)節(jié)立柱垂直度， 當(dāng)立柱平面位置及垂直度調(diào)整滿足要求后，將一側(cè)4 根立柱先與基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板點(diǎn)焊，然后再按設(shè)計(jì)焊縫厚度要求將立柱與預(yù)埋鋼板焊接，為減小焊接變形，對稱立柱最好同時(shí)進(jìn)行焊接。 （3）塔腳立柱安裝完成后，開始安裝第二節(jié)段立柱，立柱安裝利用塔吊進(jìn)行，每節(jié)段先安裝立柱鋼管，再安裝立柱間連接腹桿，安裝時(shí)確保立柱垂直度。（4）塔間橫梁由萬能桿件組拼而成，塔間橫梁的安裝采用懸臂拼裝，也可根據(jù)起吊設(shè)備能力在地面拼裝成整體后，利用塔吊或吊車整體吊裝。 （5）下塔頂分配梁采用單根安裝，然后栓接綴板形成整體組合梁，下分配梁L1 為2 根HN600×200×11×17 的窄翼緣H 型鋼組合梁， 上分配梁L2 為3 根HN600×200×11×17的窄翼緣H 型鋼組合梁， 正對鉸座共6 根組合梁。（6）上塔分配梁為700 mm 高×470 mm 寬鋼箱梁，根據(jù)起吊重量可分節(jié)安裝， 接頭采用坡口對接焊，保證等強(qiáng)度連接，焊縫必須達(dá)到二類焊縫要求并進(jìn)行超聲波探傷。 分配梁安裝完成后，在其上安裝滑道，滑道接頭采用栓接，接頭頂面應(yīng)平順，必要時(shí)應(yīng)打磨，以利索鞍支架滑行，減少索鞍移動(dòng)時(shí)的摩擦力。（7）塔架風(fēng)纜索主要用來平衡承重主索、工作索、起吊牽引索及風(fēng)荷載產(chǎn)生的不平衡水平力。 塔架風(fēng)纜索的設(shè)計(jì)不僅要考慮風(fēng)纜強(qiáng)度，同時(shí)要保證風(fēng)纜有足夠的剛度（風(fēng)纜截面積）來約束塔頂位移，上下塔架皆設(shè)置前后風(fēng)纜各4 道，上塔架前風(fēng)纜采用通風(fēng)纜，塔架安裝過程中，應(yīng)在每20 m 左右設(shè)置縱橫向臨時(shí)風(fēng)纜，在塔架固定風(fēng)纜安裝完成后拆除，以方便塔架垂直度調(diào)整和確保臨時(shí)穩(wěn)定。

2.2.3 主錨碇的施工

全橋共設(shè)4 個(gè)鋼筋砼樁基承臺結(jié)構(gòu)錨碇。 主錨碇設(shè)置于纜索吊裝機(jī)縱軸線兩側(cè)且對稱于縱軸線布置，左右幅橋分別布置，一幅橋主梁安裝完成后，2 組承重索在塔架及錨碇上的錨固位置同時(shí)移至另一幅，進(jìn)行另一幅橋主梁的安裝，以減少承重索等后拉索對塔架的橫向水平荷載作用。 主錨碇單個(gè)承臺平面尺寸為9.5 m×9.5 m，承臺高2.5 m，每個(gè)承臺下部設(shè)置4 根C40 鋼筋砼樁，前后排各2 根。

2.2.4 纜索系統(tǒng)安裝

（1）主索安裝。 主要包括兩個(gè)關(guān)鍵的工序：一是主索牽引過跨，二是垂度調(diào)整[4]。 主索過跨采用從炎陵岸展放牽引至莆田岸的方法。 主索在運(yùn)至工地前由廠家提前進(jìn)行預(yù)張拉處理，并根據(jù)施工要求的每根長度進(jìn)行截取。 在每根主索的跨中涂紅油漆標(biāo)識，以便于測量主索跨中矢度。

（2）導(dǎo)引索安裝。 因主索單位長度重量較大，若直接牽引主索過跨，所需張拉力較大，且安裝困難，所以在安裝主索前先安裝導(dǎo)引索，通過導(dǎo)引索將主索牽引過跨。 導(dǎo)引索采用直徑φ24 mm 的6×37S+FC-1670 鋼絲繩，利用麻繩牽引過跨，麻繩利用渡船牽引過跨。 先在兩岸主錨碇位置各設(shè)置一個(gè)16 t轉(zhuǎn)向滑車， 轉(zhuǎn)向滑車通過φ32 mm 預(yù)埋錨環(huán)固定，在兩岸錨碇附近各布置一臺8 t 導(dǎo)引索牽引卷揚(yáng)機(jī)并錨固牢固， 將導(dǎo)引索一端進(jìn)入炎陵岸牽引卷揚(yáng)機(jī)，另一端繞過主錨碇位置的導(dǎo)向滑輪后與麻繩連接利用人工或卷揚(yáng)機(jī)翻過兩岸塔頂索鞍輪從炎陵岸牽錨碇位置引至莆田岸錨碇位置（麻繩利用塔吊提升上塔），繞過16 t 導(dǎo)向滑輪后，再進(jìn)入莆田岸的牽引卷揚(yáng)機(jī)，然后利用卷揚(yáng)機(jī)對導(dǎo)引索進(jìn)行張拉收緊，使導(dǎo)引索跨中垂度控制在約L/15，至此導(dǎo)引索安裝完成。 導(dǎo)引索牽引卷揚(yáng)機(jī)利用預(yù)埋錨環(huán)或埋置式地壟錨固。

（3）主索垂度調(diào)整。 主索從炎陵岸向莆田岸牽引，先在炎陵岸設(shè)置一個(gè)16 t 轉(zhuǎn)向滑車，將主索一端繞過16 t 轉(zhuǎn)向滑車后與導(dǎo)引索索夾連接，60 索夾卡4～5 個(gè)，另一端設(shè)置尾梢繩用5 t 卷揚(yáng)機(jī)牽引。然后開動(dòng)導(dǎo)引索牽引卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)引索，莆田岸卷揚(yáng)機(jī)收，炎陵岸卷揚(yáng)機(jī)放，從而帶動(dòng)主索前端從炎陵岸向莆田岸移動(dòng)，尾梢隨著慢慢放松，尾梢不應(yīng)收得太緊，否則牽引力過大。 前端隨導(dǎo)引索移動(dòng)通過兩岸塔頂座索鞍至莆田岸主錨碇后， 停止?fàn)恳?，將主索與錨碇位置的32 t 收緊滑車組連接。主索在牽引途中不能扭轉(zhuǎn)，牽引過程中必須有人在一旁監(jiān)視，隨時(shí)整理。

（4）牽引索及起重小車連接索安裝。 牽引索采用φ28 mm 鋼絲繩（6×37S+FC）“走4”布置，主索空載調(diào)整完成后，可安裝起重小車牽引索。

（5）起重索安裝。 起重索采用4 根φ24 mm 鋼絲繩（6×37S+FC）,每根起重索“走10”布置，牽引索安裝完成后可進(jìn)行起重索安裝。 具體安裝工藝流程為：卷揚(yáng)機(jī)垂直運(yùn)輸下吊點(diǎn)→下吊點(diǎn)臨時(shí)就位在起重小車的下面→下吊點(diǎn)固定→將起重索的一端穿過炎陵岸主錨碇處的轉(zhuǎn)向輪→向前穿過索鞍下的轉(zhuǎn)向輪→向前穿過上吊點(diǎn)的滑輪→向下穿過下吊點(diǎn)的滑輪→共上、 下穿繞10 次→繩頭從上吊點(diǎn)穿出至莆田岸塔頂索鞍下的導(dǎo)向輪→進(jìn)入莆田岸錨碇處導(dǎo)向輪→進(jìn)入莆田岸8 t 起重卷揚(yáng)機(jī)→另一端進(jìn)入炎陵岸8 t 起重卷揚(yáng)機(jī)→提升下吊點(diǎn)→解除上、下吊點(diǎn)之間的連接繩。

（6）起重小車安裝。 纜索吊裝起重小車由主索索輪，墻板及吊點(diǎn)下掛滑車等組成。 在塔架拼裝完成后，在其頂部索鞍的前方搭設(shè)一工作平臺，該平臺必須具有能夠支撐起重小車重量、吊點(diǎn)重量的強(qiáng)度及剛度， 將小車安放在工作平臺上并確保其穩(wěn)定，等主索安裝完畢后再安裝下掛滑車組，在牽引索和起重索安裝完成后進(jìn)行起重小車連接。 具體施工工藝流程為：帶緊靠主塔邊起重小車的牽引索→用臨時(shí)索帶緊靠跨中邊的起重小車→將連接索把兩起重小車連接→解除前起重小車固定裝置→放松臨時(shí)索使靠跨中的起重小車向跨中移動(dòng)→使連接索受力、臨時(shí)索不受力→解除臨時(shí)索→解除后起重小車固定裝置→放松牽引索， 使起重小車前移20 m 左右。

2.2.5 動(dòng)力系統(tǒng)施工

纜索吊裝機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由牽引機(jī)構(gòu)、 起升機(jī)構(gòu)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成。 牽引機(jī)構(gòu)為2 臺15 t 卷揚(yáng)機(jī)，鋼絲繩采用φ28 mm；起升機(jī)構(gòu)為8 臺8 t 卷揚(yáng)機(jī)，鋼絲繩采用φ24 mm；卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)向均通過預(yù)埋在主錨碇內(nèi)的轉(zhuǎn)向輪及塔頂導(dǎo)向輪實(shí)現(xiàn)。 設(shè)置砼地錨梁， 在地錨梁內(nèi)預(yù)埋鋼板及型鋼來固定每臺卷揚(yáng)機(jī)，注意卷揚(yáng)機(jī)四角固架應(yīng)與預(yù)埋鋼板對應(yīng)并焊接牢固，每臺卷揚(yáng)機(jī)前緣設(shè)置2 根I16 工字鋼防止卷揚(yáng)機(jī)滑脫。

2.2.6 系統(tǒng)調(diào)試

纜索吊裝安裝完成后，按吊機(jī)實(shí)際使用存在的各種工況進(jìn)行試吊，加強(qiáng)主塔架的監(jiān)控監(jiān)測，隨時(shí)掌握塔架的偏位情況，驗(yàn)證纜索吊裝的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)是否與設(shè)計(jì)值相吻合，確保使用過程中索吊結(jié)構(gòu)的絕對安全；同時(shí)，制定了詳細(xì)的纜索吊裝安全操作規(guī)程和檢查制度，避免因操作失誤而帶來不良影響，定期檢查塔架、纜吊系統(tǒng)和機(jī)械部分，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，保障纜吊的正常運(yùn)行。

3 荷載試驗(yàn)

對纜索吊裝系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查并進(jìn)行荷載試驗(yàn)[5]，其主要目的是檢驗(yàn)系統(tǒng)的吊重能力是否滿足設(shè)計(jì)要求、系統(tǒng)的安全可靠性及其工作狀態(tài)。

3.1 試吊重量的確定及重物的選擇

根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定并結(jié)合本橋的實(shí)際情況，以本橋最大設(shè)計(jì)吊重G=65 t 為100%試吊重量，按空載→60%G（39 t）→100%G（65 t）→110%G（71.5 t）→125%G（81.25 t）確定。 其中，125%G 僅做靜載試驗(yàn)。

本橋試吊重物選用成捆綁扎的粗筋（圖4）。

圖4 試吊荷載圖

3.2 主要檢測項(xiàng)目

主索吊重垂度及張力觀測：塔架頂位移觀測；交界墩頂變形觀測；地錨位移量觀測；塔頂結(jié)構(gòu)、塔架桿件、緊固件的局部變形觀測。

3.3 加載程序

3.3.1 空載試運(yùn)行

從起吊平臺將空載起重小車起吊離地面50 cm并停留10 min，進(jìn)行觀測卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組、電氣等機(jī)組控制系統(tǒng)是否運(yùn)行正常并做好記錄。 如無異常，提升并牽引分別至跨中及兩岸塔前15 m 處并停留10 min，重復(fù)觀測是否運(yùn)行正常并做好記錄；如無異常，最后將空載起重小車返回起吊平臺。

3.3.2 60%G 試吊

從起吊平臺起吊離地面50 cm 并停留10 min，進(jìn)行前述的各項(xiàng)觀測并做好記錄。 如無異常，提升并牽引重物分別至跨中及兩岸塔前15 m 處并停留10 min，重復(fù)各項(xiàng)觀測并做好記錄；如無異常，最后返回起吊平臺卸載，并觀測卸載后的各部殘余變形。

3.3.3 100%G 試吊

從起吊平臺起吊離地面50 cm 并停留10 min，進(jìn)行前述的各項(xiàng)觀測并做好記錄。 如無異常，提升并牽引重物分別至跨中及兩岸塔前15 m 處并停留10 min，重復(fù)各項(xiàng)觀測并做好記錄；如無異常，最后返回起吊平臺卸載，并觀測卸載后的各部殘余變形。

3.3.4 110%G 試吊

從起吊平臺起吊離地面50 cm 并停留10 min，進(jìn)行前述的各項(xiàng)觀測并做好記錄；如無異常，提升并牽引重物分別至跨中及兩岸塔前15 m 處并停留10 min，重復(fù)各項(xiàng)觀測并做好記錄；如無異常，最后返回起吊平臺卸載，并觀測卸載后的各部殘余變形。

3.3.5 125%G 試吊

從起吊平臺吊離地面50 cm 并停留10 min，進(jìn)行前述的各項(xiàng)觀測并做好記錄；如無異常；卸載并觀測卸載后的各部殘余變形。

通過各項(xiàng)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證顯示，各機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈敏，工作平穩(wěn)可靠，各項(xiàng)安全性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，各限位開關(guān)及安全保護(hù)聯(lián)銷裝置的動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，各部零部件和結(jié)構(gòu)無損傷現(xiàn)象，電器系統(tǒng)和電機(jī)無過熱現(xiàn)象，滿足安全使用功能要求，可順利投入正常使用。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）主塔架必須保證對稱安裝，中心構(gòu)件先吊裝，再向兩端安裝，并加強(qiáng)對塔架位移、標(biāo)高的跟蹤觀察，確保塔架的安裝符合規(guī)范要求；（2）承重索地錨，地錨梁、轉(zhuǎn)向輪、索鞍、卷揚(yáng)機(jī)每個(gè)地方必須安排專人觀察、檢查；（3）塔架螺栓的緊固、桿件安裝是否正確，線形順直、初始位移達(dá)到設(shè)計(jì)要求；（4）錨碇砼、鋼筋、結(jié)構(gòu)尺寸、錨固深度等符合設(shè)計(jì)要求；錨索錨固深度及風(fēng)纜錨索張拉力是否符合設(shè)計(jì)要求；錨具夾片是否松動(dòng)或退錨，鋼索對應(yīng)錨固位置是否正確；（5）鋼絲繩（牽引、起重），鋼絲繩質(zhì)量、磨損、斷絲情況、轉(zhuǎn)向的布置、摩擦等，穿索是否正確；（6）牽引卷揚(yáng)機(jī)啟動(dòng)要緩慢，行進(jìn)速度要平穩(wěn)；構(gòu)件在吊運(yùn)時(shí)，起重卷揚(yáng)機(jī)要協(xié)調(diào)配合，并控制構(gòu)件在空中的位置； 起重卷揚(yáng)機(jī)不得突然起升和下降構(gòu)件，避免產(chǎn)生過大的沖擊；（7）起重指揮人員在吊物起吊前應(yīng)及時(shí)檢查、清理吊物上的雜物，吊物起吊后下方不得站人；（8）起重作業(yè)前起重指揮及司索人員嚴(yán)格檢查吊裝作業(yè)使用的鋼絲繩、卡環(huán)、吊耳等關(guān)鍵吊具，不得“帶病”使用；加強(qiáng)安全教育和現(xiàn)場監(jiān)督，起重操作和指揮人員必須持證上崗，并嚴(yán)格遵守各項(xiàng)安全操作規(guī)程。

5 結(jié)語

纜索吊裝施工技術(shù)的成功架設(shè)，有效地解決了山區(qū)陡坡地形條件下大跨度橋梁拼裝施工難題，吊裝系統(tǒng)的安裝與運(yùn)行要滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，安排專人重點(diǎn)把控主塔架、承重索地錨、鋼絲繩、起重卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組等施工質(zhì)量。 目前該施工技術(shù)還成功運(yùn)用于浙江省衢黃高速公路城底線1# 橋獨(dú)墩橋梁加固施工中的鋼蓋梁吊裝，取得良好效果。 可見，纜索吊裝施工技術(shù)在特定施工環(huán)境下，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。