自頂升高索塔異型跨徑纜索吊系統設計與施工

高 輝

(中交集團第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065)

1 工程概況

某斜拉橋橋長180 m，跨徑布置為62.5 m+55 m+62.5 m，分左右幅，單幅橋寬21 m，中央鏤空分隔帶寬12 m，主塔為大直徑圓環鋼塔。主塔橫橋向呈“人”字形，在近主梁頂面處分為左、右幅塔，順橋向呈圓環形，圓環外徑為83 m，內徑為77 m，塔頂距橋面高度為86.07 m，“人”字形以上環形塔身截面高6 m，寬5 m，“人”字形以下環形塔身截面高3 m，寬5 m，在近橋面處分離出塔腳，塔頂至塔腳高度為100 m。

2 纜索吊系統設計與施工

受施工現場既有運煤鐵路、輸油管線及其他條件限制，纜索吊跨徑組合設計為255 m(邊跨)+120 m(中跨)+255 m(邊跨)，設左右幅兩組起吊系統，單索道起重能力65 t，雙索道抬吊130 t，每組工作索道吊裝重量5 t。纜索吊系統包括纜索體系、錨固體系和塔柱體系等。塔柱采用液壓自升、自卸結構模式，塔柱高約128 m，塔柱基礎位于12 m寬中央分隔帶內，采用樁基礎+混凝土承臺結構，主索錨碇、纜風索錨碇均采用重力式混凝土漿砌片石組合結構，主索及跑車采用塔柱頂部施工平臺進行安裝。

2.1 纜索體系設計

纜索體系包括主索、起重索、牽引索、跑車系統、吊具等。

1)主索。主索采用12根φ54鋼絲繩，設計為2組，單組6根φ54鋼絲繩。主索通過索鞍的滑輪組和錨碇系統前的轉輪形成往復系統，最終通過轉輪和U形卡錨固在錨碇上。2)起重索。起重索采用2根φ36鋼絲繩，起重索布置與主索相同，均采用兩組，每組一根，每組布置一組跑車及一組起重滑輪組，滑輪組擬定為走8線。3)牽引索。牽引索采用兩組，滑輪組走3線，牽引索拉動跑車時，牽引索的拉力大小與跑車所持的位置有關，距離主塔越近，牽引力越大，牽引索越不利，選定最不利吊點為距離纜索吊索塔軸線11.8 m處。4)跑車系統。跑車系統由主索索輪、牽引索輪、起重索輪及吊點下掛架組成。主索索輪由12-Φ800 mm滑輪組成;牽引索輪由4-Φ640 mm滑輪組成;起重索輪由5-Φ640滑輪組成;天車下吊點由4-Φ640組成;滑輪間通過軸承及連接板組合成整體。5)吊具。吊具由三腳架、橫向分配梁1及橫向分配梁2組成。三腳架斜撐采用[]32a型鋼組焊而成，縱向水平桿采用][36a型鋼組焊結構，橫向分配梁1、橫向扁擔梁、橫向分配梁2均采用HN700×300型鋼組焊結構。隨著鋼塔節段吊點位置變動，先根據節段重心點位置，再結合吊帶節段長度，確定鋼塔節段上吊耳位置，保證節段定位準確。6)設計計算。計算結果匯總見表1。

2.2 錨固體系設計

錨固體系包括索塔塔柱基礎、主索錨碇基礎及纜風索地錨基礎等。

1)索塔塔柱基礎共4個，采用樁基礎+混凝土承臺結構。每個承臺下設4根φ1.2 m C35的鉆孔灌注樁，單根樁長14.0 m。

2)主索錨碇基礎采用重力式錨碇。錨碇為縱橋向10.0 m、橫橋向12.0 m、高5.5 m的長方體，下部2.0 m采用 C25混凝土，上部3.5 m采用花崗巖漿砌片石;其中一個錨碇布設6個轉向輪，另外一個設置8個轉向輪，每個轉向輪通過鋼板帶與錨碇C25承臺部分預埋件連成整體。

3)纜風索地錨基礎采用重力式地錨結構。后斜纜風索地錨錨碇共4個，后正纜風索地錨錨碇共2個，前斜纜風索地錨錨碇共2個。地錨結構下部為C25混凝土底座，上部為漿砌片石結構，均采用明挖施工。

表1 纜索體系計算結果匯總表

2.3 塔柱體系設計

設左右側兩個塔柱，每個塔柱由兩根立柱組成，立柱底標高均為201.5 m。立柱采用液壓自升、自卸結構模式，主要由加強節立柱、標準節立柱、十字總成梁、過渡節立柱及抱箍平聯組成。立柱頂部采用H428型鋼組拼鋼架用于安放塔頂索鞍吊輪，設置抗風纜基座。

1)立柱節段。立柱節段采用1 200 tm塔吊標準節/加強節，輪廓尺寸為4.26 m(長) ×4.26 m(寬) ×5.7 m(高)，標準節立柱壁厚20 mm，加強節壁厚26 mm，平聯及斜撐分別為φ80×10 mm和φ100×10 mm鋼管。每根立柱底部第1節～第3節及頂節采用加強節，其余節段均采用標準節，采用上置式頂升模式整體同步頂升。

2)過渡節立柱。立柱頂節與纜索吊索鞍支架之間設置一過渡節，輪廓尺寸為2.8 m(長) ×2.8 m(寬) ×5.8 m(高)。

3)平聯抱箍。每個塔柱共設置4層橫橋向平聯，下三層平聯安裝在立柱標準節上，最上層平聯安裝在過渡節上。第一層標高為238.780 m，第二層標高為267.250 m，第三層標高為295.720 m，第四層為過渡節平聯，頂升前安裝完成。其中第二層，第三層抱箍平聯上設置纜風索錨固座，需要安放纜風錨固立柱。

4)頂升系統。每根立柱上布置一套頂升系統，由2個頂升油缸、油缸泵站、控制計算機、提升套架、行程傳感器等結構組成。其中提升套架外形尺寸為5.238 m(長)×4.778 m(寬)×13.55 m(高)。每個塔柱的兩根立柱軸心間距為8 m，兩根立柱須同步頂升，要求4個頂升油缸同步工作，同步控制精度要求較高。

5)立柱頂索鞍支架橫梁。立柱頂橫梁系統中橫梁及縱梁為H428型鋼，剪刀撐為2[20，剪刀撐與總橫梁通過節點板連接。索鞍支架橫梁構造見圖1。

圖1 立柱頂橫梁和索鞍系統圖

6)安裝平臺。纜索吊索鞍跑車安裝平臺采用鋼管+型鋼組合結構。平臺立柱采用φ273×3.5 mm鋼管，橫梁及縱梁采用HW300×300型鋼組合。

立柱標準節提升采用安裝平臺從中跨側提升，平聯分成前后兩片分別提升。安裝平臺構造見圖2。

圖2 安裝平臺立面圖

3 設計要點、疑難及解決方案

1)與傳統纜索吊中跨大、邊跨小的布置不同，該纜索吊跨徑屬于異型跨徑，這將造成空載時中跨主索張力小于邊跨主索張力，主索向邊跨滑動;吊重時中跨主索張力增大，主索將向中跨滑動。由于安裝平衡狀態和吊重平衡狀態是兩種受力工況完全不同的狀態，主索受力計算工況復雜，影響因素眾多，例如塔柱偏位、溫度級差、實際風荷載、鋼繩實際彈性模量偏差等，這些因素都會影響主索安裝精度及塔柱受力安全。解決方案:根據兩種狀態下平衡條件，建立平衡方程，再根據實際塔偏位、溫度級差和實際風荷載值進行擬合微調，可保證主索垂度滿足受力要求。2)塔柱立柱采用塔吊標準節、加強節，空間框架結構受力較復雜，加之主索受力工況復雜，這樣給塔柱受力計算帶來較大難度。解決方案:根據纜索吊系統各工況下不同荷載類型施加實際作用力，利用Midas/civil軟件進行塔柱桿系單元結構模擬計算，確保塔柱結構受力安全。3)傳統纜索吊設計中，纜風索計算主要考慮體系抗風受力，主索、起重索及牽引索對塔柱產生的不平衡力非常小;該纜索吊設計在空載和吊重狀態下主索、起重索及牽引索對塔柱均產生較大偏載力，纜風索除了用于抗風設計還應抵抗塔頂不平衡力，整個纜風系統計算較復雜。解決方案:原設計思路通過后正纜風索平衡索塔偏載力，因張拉設備噸位限制，后正纜風鋼絞線利用25 t千斤頂逐根張拉，未能使整束鋼絞線同步受力，致使部分鋼絞線受力滑脫。最終通過在索塔頂與主索錨碇間增設4根φ36鋼絲繩備索解決了偏載受力問題。4)纜風索采用普通預應力鋼絞線，千斤頂同步張拉控制難度較大，若同步性控制不好、張拉力不均衡或夾片錨固不牢固都將造成安全隱患。施工過程中出現數根纜風索鋼絞線滑脫的現象，原因有兩點:1)張拉行程過長，工作夾片齒槽磨損較大。2)錨固時部分工作夾片未壓平，影響錨固性能。解決方案:為了防止纜風索鋼絞線滑脫，在鋼絞線張拉端設置防脫裝置，同時對纜風錨碇上的波紋管孔道進行壓漿處理。

4 結語

通過對自頂升高索塔異型跨徑纜索吊系統的設計、施工積累寶貴的設計和施工經驗，為相似項目的大型吊裝、鋼結構施工提供一種參考方案。

[1] GB T3811-2008，起重機設計規范[S].

[2] GB 5976-1986，鋼絲繩夾[S].

[3] GB 8918-2006，重要用途鋼絲繩[S].

[4] 黎桂英，何悅勝，陶亞秋，等.最新五金手冊(修訂版)[M].廣州:廣東科技出版社，2001.

[5] 楊文淵.起重吊裝常用數據手冊[M].北京:人民交通出版社，2001.