淺談高速公路橋梁工程纜索系統(tǒng)施工方案

孔余江

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司)

淺談高速公路橋梁工程纜索系統(tǒng)施工方案

孔余江

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司)

某高速公路互通連接線II號(hào)大橋位于貴州省赫章縣，地處深溝峽谷，如該地形采用塔式吊車施工，無(wú)法對(duì)塔式吊車進(jìn)行拼裝，經(jīng)過(guò)方案比選后，決定采用纜索吊裝方案進(jìn)行施工。對(duì)纜索系統(tǒng)的施工方案進(jìn)行了詳細(xì)的驗(yàn)算，供同行借鑒。

高速公路;纜索吊裝;系統(tǒng);計(jì)算

1 工程概況

赫章互通連接線II號(hào)橋橋跨布置為7×20空心板，全長(zhǎng)140 m。

2 采用纜索施工方案的原因

(1)臨時(shí)設(shè)施搭設(shè)臨時(shí)便橋，主要用于施工中人員運(yùn)輸材料及澆筑混凝土通道。

(2)墩柱施工采用卷陽(yáng)機(jī)施工，混凝土澆筑采用輸送棒進(jìn)行運(yùn)輸，經(jīng)過(guò)費(fèi)用及多方面比選，此方案具有費(fèi)用較高、工期不可控、需要投入大量勞動(dòng)力、施工人工成本不可預(yù)見(jiàn)等不足。

3 纜索布置

為滿足施工需要，平行布置兩套纜索吊裝設(shè)備(按單吊點(diǎn)、吊重4 t設(shè)計(jì))，1#主索架設(shè)在橋軸線左3.63 m上方，2#主索架設(shè)在橋軸線右側(cè)3.63 m的上方。一端主塔架設(shè)在赫章岸，高程為1 598.544;另一端主塔架設(shè)在赫章岸，高程為1 598.544。兩主塔的距離為201.83 m。卷?yè)P(yáng)機(jī)房和倒拐地籠布置在赫章互通岸，倒拐地籠高程為1 584.172。

4 穩(wěn)定性、抗傾覆力計(jì)算

(1)主索的計(jì)算

根據(jù)《纜索天線安裝施工方案》“纜索天線的布置”提供的數(shù)據(jù)可知。主索跨徑L=201.83 m，采用Φ47.5(6×37+1)的麻芯鋼絲繩，吊運(yùn)塊件重40 kN(設(shè)計(jì)吊裝重48 kN，另加吊具、跑車等重8 kN)采用單吊點(diǎn)。

①計(jì)算主索單位重和破斷力

主索單位重:g=7.929 kg/m=0.079 29 kN/m。

起重索單位重:g=2 ×1.638 kg/m=0.032 76 kN/m。

起重索單位重:g=2 ×1.638 kg/m=0.032 76 kN/m。

g=0.079 29+0.032 76+0.032 76=0.144 81 kN/m。

采用公稱抗拉強(qiáng)度為1 700 MPa的鋼絲繩，其破斷拉力總和等于843.47 mm2×1 700 MPa=1 433.899 kN。

其換算系數(shù)為0.82(見(jiàn)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》)°所以鋼絲繩總破斷力:Tn=758.4 ×0.82=1175.797 kN

②主索最大張力和強(qiáng)度驗(yàn)算

跨中主索垂度:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取1/15L(L為主索跨徑，一般經(jīng)驗(yàn)取值范圍〔1/14～1/18〕L)，fmax=201.83×1/15=13.455 m

(主索受力延伸到平衡以后的數(shù)值)

主索最大水平張力:Hmax=Mmax/f

Mmax=Ql/4+gl2/(8cosβ)=48 ×201.83/4+0.144 81 ×201.832/(8 × cosβ)=3 159.321 kN·m

式中:tgβ =h/l=0/201.83，cosβ =1

代入后得:Hmax=234.806 kN

主索最大張力:Tmax=Hmax/cos7.594 45=236.884 kN。

不考慮沖擊系數(shù)，主索的安全系數(shù):

k=Tn/Tmax=1 175.797/236.884=4.96

③主索應(yīng)力驗(yàn)算

式中:n是指行車輪數(shù)，其值為2

(2)起重索計(jì)算

起吊物重Q=48 kN，采用單跑車、單吊點(diǎn)。轉(zhuǎn)向滑輪輪數(shù)μ=3，起重索工作線數(shù)n=2，滑輪組輪數(shù)m=1，滑輪直徑D=340 mm。起重索:采用 Φ21.5(6×19+1)麻芯繩;g起=0.016 58 kN/m;F起=175.4 mm2;［δ］=1 700 MPa;Tn=253.4 kN(換算系數(shù)取0.85);進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。

η =［δ］/δmax=1 700/747.686=2.274 ＞2(滿足)

安裝張力H0

吊重 Q=48 kN，G=gl=0.14481 ×201.83=29.227 kN，空載狀態(tài)Q0=8 kN，不計(jì)算溫度變化影響，由于兩岸錨固段長(zhǎng)度較長(zhǎng)，主索按三跨計(jì)算。

換算彈性模量:7

(3)牽引索計(jì)算

起吊總重Q=48 kN，采用單跑車。跑車靠近塔架時(shí)的升角為 θ，牽引索采用 Φ21.5(6×19+1)麻芯繩;g起=0.016 58 kN/m;F起=175.4 mm2;［δ］=1 700 MPa;Tn=253.3 kN(換算系數(shù)取0.85);跨中垂度f(wàn)取為主索垂度13.455 m，牽引索穿過(guò)的滑車數(shù)量n為5，根據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算:

跑車靠近塔架時(shí)的升角總牽引阻力

W=Qsinθ+0.15Q=48 ×sin14.93+0.15 ×48=19.57 kN牽引索最大張力

T引=(W+2Lq)(2- ηn)=(19.57+2 × 201.83 ×0.016 58)× (2-0.965)=31.114 kN

牽引索的安全系數(shù)

K=Tn/T引=253.3/31.11=8.14 ＞3(容許)

(4)地籠計(jì)算

赫章地籠及互通岸地籠

地籠承受主索應(yīng)力。地龍布置:半徑R為0.7 m，總長(zhǎng)H為4.3 mC30混凝土樁一根，其中入3.3 m，出土1 m土樁身配設(shè)主筋為28根 φ25，螺旋箍筋 φ10@15，φ25@1.5加勁箍2道。樁中軸線與主索垂直，地龍上套主索用繩卡連接，主索套繞位置地面以下超過(guò)70～80 cm。驗(yàn)算以混凝土地龍樁與地基土的摩擦力及地基土的承載力來(lái)平衡拉力。

抗上拔力穩(wěn)定性驗(yàn)算

樁身重G=24πR2H=24 ×3.14 ×0.7 ×0.7 ×4.3=158.783 kN

樁身與樁周巖石的摩擦力

τ為樁周土的極限摩阻力，按碎石卵石低值取算(路橋施工計(jì)算手冊(cè))°

抗拉穩(wěn)定性驗(yàn)算

樁身側(cè)向受拉時(shí)的主要抵抗力來(lái)自樁前巖土壓力，只要樁前巖土有足夠的抵抗力，樁就是穩(wěn)定的。地基土為灰?guī)r，巖石的容許應(yīng)力按極軟巖碎塊狀破碎程度低值取算，有

取自《實(shí)用土木工程手冊(cè)》1052頁(yè)，巖石的容許承載力［σ0］表。

［τ］取 1.5 MPa。

5 塔架驗(yàn)算

(1)塔架布置

赫章岸塔架總高12 m及15 m，互通岸塔架總高18 m。由321桁架片兩片一組，一組一節(jié)，節(jié)間以水平、豎向連接片相互聯(lián)接組拼而成，中部采用7.5號(hào)熱軋角鋼及12號(hào)熱軋槽鋼組拼的1.5 m高橫梁聯(lián)結(jié)，頂部采用3根20a熱軋工字鋼作橫梁，塔腳下端鉸接，頂部安裝索鞍。用4φ36(6×37)鋼絲繩作穩(wěn)定纜風(fēng)索，纜風(fēng)索在前后方與主索成45°方向。

(2)穩(wěn)定性、抗傾覆力計(jì)算

纜索安全性按極限荷載下進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、抗傾覆力的驗(yàn)算，其安全系數(shù)符合JTJ041—2000“公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范”中15.3.1條規(guī)定。由于桁架片本身各部分具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，主要對(duì)塔架的銷接部位(即插銷)進(jìn)行驗(yàn)算。

(3)塔架及纜風(fēng)索的計(jì)算(赫章岸15 m高塔架)塔架外力

①主索產(chǎn)生外力

桁架插銷所受剪力即為立桿銷接點(diǎn)的軸向力，考慮桿內(nèi)不均勻受力因素，按單側(cè)受力驗(yàn)算，則銷子的剪應(yīng)力

τ =N/AQ=133.828/(0.049 5/2)2/3.14/2/1 000=34.78 MPa＜［τ］=585 MPa 滿足要求。

安全系數(shù)K=τ/［τ］=16.82滿足承載力要求

6 纜索架設(shè)安裝

(1)地龍基坑開(kāi)挖

纜索錨碇施工采用全站儀進(jìn)行平面定位及高程測(cè)量。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中采用人工開(kāi)挖或淺眼爆破，嚴(yán)禁放大炮，按較小坡比放坡，以減少對(duì)土體的擾動(dòng)，確?；舆吰碌姆€(wěn)定。

(2)地龍錨碇施工

地龍基坑附近平整混凝土拌和場(chǎng)地，采用人工背運(yùn)河砂、卵石、水泥、預(yù)埋工字鋼及槽鋼等材料，預(yù)埋件安裝穩(wěn)固后按照配合比澆注砼及預(yù)埋主索。卷?yè)P(yáng)機(jī)地錨按照牽引、起重所有卷?yè)P(yáng)機(jī)同時(shí)負(fù)載控制總重量:1.4×［(20+55.1)×2+26.4+28.2］/10=28.7 t。

(3)主索安裝

地籠混凝土達(dá)到7 d強(qiáng)度后，安裝纜索，用工作線將主索牽引過(guò)河，將Φ47.5主繩扣在正安岸塔架及地籠上。在桑壩岸用5T卷?yè)P(yáng)機(jī)將主索調(diào)到受力狀態(tài)，使主索達(dá)到最佳撓度。然后安裝起重繩、牽引繩、承瑪、跑車、滑輪等。1#纜索安裝完畢后配合工作線起吊、牽引2#纜索所需材料并完成安裝。在施工期間設(shè)專職安全員在纜索安裝區(qū)域負(fù)責(zé)安全警戒。

(4)纜索主索試?yán)?/p>

纜索安裝完畢，用5 t重的物體反復(fù)試吊和水平運(yùn)行后檢查各部位和部件均正常完后，才能進(jìn)行正常施工。

7 結(jié)語(yǔ)

本纜索吊裝設(shè)施于2012年4月份投入使用，直到2012年8月此橋施工完畢°，運(yùn)行良好，但須經(jīng)常檢查鋼繩、滑輪、卸扣、跑車、繩卡等部件，若發(fā)現(xiàn)損壞和異?，F(xiàn)象應(yīng)立即停止使用并更換。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C 文章編號(hào):1008-3383(2014)03-0128-02

2013-12-25