核桃溝大橋拱箱吊裝施工技術(shù)

吳建成吳榜林（.重慶云陽縣交通工程技術(shù)服務(wù)中心，重慶 404500；.攀枝花公路橋梁工程有限公司，四川 攀枝花 67000）

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核桃溝大橋拱箱吊裝施工技術(shù)

吳建成1吳榜林2
（1.重慶云陽縣交通工程技術(shù)服務(wù)中心，重慶 404500；2.攀枝花公路橋梁工程有限公司，四川 攀枝花 617000）

摘 要：本文以重慶市云陽縣的核桃溝大橋為例，從懸索吊裝系統(tǒng)的總體布置、試吊裝前的準備工作、試吊方案、拱肋安裝方法等方面詳細介紹了拱箱吊裝施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：橋梁；拱橋；纜索吊裝；施工技術(shù)

1. 工程概況

核桃溝大橋位于重慶市云陽縣，是云萬高速公路云陽互通連接線上的一座大型橋梁。主橋結(jié)構(gòu)為凈跨100m鋼筋混凝土箱形板拱橋，引橋為20m簡支預應(yīng)力帶翼小箱梁，橋跨組合為4×20m（黃石岸）+100m+2×20m（雙江岸），橋總長236m。橋面凈寬：2.0m人行道+凈-8.0m+2.0m中央分隔帶+凈-8.0m+2.0m人行道，橋梁全寬22m。核桃溝大橋總體布置如圖1和圖2所示。

在其結(jié)構(gòu)中，主橋上部所采用的結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土等截面懸鏈線箱形板拱。它的主孔的跨度為100m，凈矢跨比1/4，拱軸系數(shù)m=1.543。它的主拱圈內(nèi)，有一個高度為1.8m的拱箱。在這個拱箱內(nèi)，預制拱箱的高度為1.7m，現(xiàn)澆頂板厚0.1m；拱圈頂寬19.6m，由11片1.5m寬中箱及2片1.55m寬邊箱構(gòu)成，圖2為拱圈橫斷面尺寸圖。在設(shè)計當中，每片箱肋分5段預制吊裝合攏，節(jié)段最大吊裝凈重量45t。全橋共需預制安裝拱箱65段。拱箱節(jié)段全部吊裝完成，等完成接頭焊接之后，對縱橫接縫及頂板現(xiàn)澆層混凝土進行澆筑，保持拱圈的整體性。

2. 懸索吊裝系統(tǒng)的總體布置

參考核桃溝大橋?qū)嶋H的地形狀況，將吊裝主索跨設(shè)計為282.77m。其中，黃石岸塔被架設(shè)在①號橋臺的臺尾旁邊；雙江岸塔被架設(shè)于⑧號橋臺臺后42m處。將拱箱預制場設(shè)置在⑧號橋臺與索塔之間，利用軌道平車，可以將預制好的拱箱節(jié)段橫移至天線下方起吊。兩岸主錨碇為鋼筋砼樁式錨碇，用于主索、二扣扣索、工作索及塔架后風纜等的錨固；兩岸一扣扣索分別利用引橋墩進行錨固。在拱箱安裝系統(tǒng)中，使用的是單組主索，同時按照吊箱肋位置在塔頂進行橫移。在這個過程中，由于橋梁的寬度比較大，所以在主索橫移后，拉索會給塔架造成較大的橫向水平力。為減少這種荷載力，需要主索在主錨碇上的錨固位置上橫移3次，之后產(chǎn)生的后拉索橫向水平分力也需要采取一定的措施解決，通常需要借助塔架的剛度或者是設(shè)置塔架橫向風纜的方式來解決。圖3為纜索系統(tǒng)總體布置圖。

圖1　核桃溝大橋總體布置圖

圖2　拱圈橫斷面圖

圖3　纜索吊裝系統(tǒng)總體布置圖

（1）主索

運輸主索采用4φ56.5mm（6×37+ FC）鋼索，公稱抗拉強度1670MPa。主索正對所安裝肋布置，并隨安裝程序進行橫移。主索跨徑L=282.77m，空索垂度f0=14m，按引橋主梁計算重量66.4t（含吊具及沖擊系數(shù)），吊重最大垂度fmax=22.905m，最大張力Tmax= 215.530t，安全系數(shù)K=3.04＞［3］；拱肋計算重量60t（含吊具及沖擊系數(shù)），吊重最大垂度fmax=22.412m，最大張力Tmax=200.960t，安全系數(shù)K=3.26＞［3］。

（2）扣索

單肋合攏共4道扣索，扣索采用（6×37+FC）鋼索，公稱抗拉強度1670MPa；兩岸一扣采用1φ43mm鋼索，二扣采用2φ43mm鋼索，扣索張力安全系數(shù)按大于3控制。

扣索張力利用《微機結(jié)構(gòu)分析通用程序SAP2000》按空間梁單元計算，拱腳與各分段點按鉸接考慮，風纜用兩端鉸接梁單元模擬，每道風纜按初始張力5t進入計算，風纜初張力用單元初始應(yīng)變模擬。在計算過程中，每岸按扣掛拱腳段、第二段和拱頂合攏段分別進行計算，每道扣索按各階段的最大索力控制設(shè)計。計算合攏狀態(tài)時，按規(guī)范合攏段計入一半重量。

扣掛系統(tǒng)計算模型如圖4所示，各階段扣索力計算結(jié)果見表1?？梢?，各扣索安全系數(shù)皆滿足大于3的規(guī)范要求。

兩岸一扣及黃石岸二扣扣索與扣點捆綁千斤繩的連接采用H板及轉(zhuǎn)向輪；雙江岸為拱箱起吊岸，為便于單肋合攏拱箱出臺，二扣扣索利用扣架將兩根鋼索分開，拱箱從兩根扣索之間吊運通過?？鬯鞑捎没嚱M卷揚機調(diào)整。

（3）起吊、牽引索

拱箱兩個吊點抬吊，起重索采用φ19.5mm（6×37+FC）的麻芯鋼索，公稱抗拉強度1670MPa，鋼繩破斷拉力為19.65t。起吊滑車組走12線布置，跑頭拉力F=3.276t，安全系數(shù)K=6.0＞［5］，采用5t中速卷揚機做起吊動力。

吊拱箱階段最大牽引力W=14.041t，選用φ24mm鋼索，滑車組穿4線布置（不含來回線通線），跑頭最大拉力F=3.767t，安全系數(shù)K=7.79＞［5］，采用8t中快速卷揚機作為牽引動力。

（4）拱箱浪風繩

在使用2φ19.5mm鋼索的過程中，要控制好風纜和地面的夾角，一般以30°左右為宜，而水平面投影與橋軸線夾角則以控制在50°左右為宜；為減少風纜垂度的影響和風力作用下的拱肋的橫向位移，每道風纜安裝張力按5t控制。

（5）塔架

塔架用M型萬能桿件組拼，考慮塔架較寬，設(shè)計塔架為三柱式；兩岸塔架高皆為29.207m，塔腳全寬20m，塔頂全寬24m，縱向?qū)挾?m；因后拉索傾角較大，構(gòu)件在安裝過程中塔架將產(chǎn)生較大的向前的水平力，為克服這種水平力的作用，在塔頭分別設(shè)置了3道10φ19.5mm后風纜，后風纜拉于每籠立柱頂部，并進入主錨碇錨固；在這個過程中，為控制好扣索之后的橫向水平力，使它保持在一定范圍內(nèi)，需要在每岸塔架兩側(cè)設(shè)置橫向風纜繩，繩子的參數(shù)為5φ19.5mm。橫向風纜與地面夾角按30%%D左右布置，并設(shè)置抗拉力不小于30t的風纜錨碇錨固。

（6）錨碇

雙江岸主錨碇總索拉力為352.696t，黃石岸主錨碇總索拉力為350.630t；按索拉力由3根φ1.6m鋼筋混凝土錨樁承受進行設(shè)計，同時考慮主索橫移后塔架橫向水平力因素，每岸設(shè)置6根φ1.6m鋼筋混凝土錨樁，根據(jù)所安裝箱肋的位置纜索在錨碇上的錨固位置共進行3次橫移。

吊裝系統(tǒng)索道與云開路交叉位置應(yīng)設(shè)置保護棚，以保證施工期間過往行人和車輛的安全。

圖4　扣掛系統(tǒng)計算模型

表1　各階段扣索力計算成果表（噸）

3. 拱箱的吊裝

3.1 吊裝前的準備工作

等到吊裝系統(tǒng)安裝完成之后，在開始正式吊裝之前，要做好以下準備：①復核跨徑、起拱線標高，放樣拱腳對位大樣并畫線；②對拱腳預埋件進行檢查，找出設(shè)置不妥當?shù)牡胤讲⑶疫M行糾正；③在吊裝段拱箱內(nèi)，測量好它的幾何尺寸，檢測其施工是否符合施工標準；④等吊裝系統(tǒng)安裝后，做一個全面的檢查，有必要的情況下可需要開展試吊工作，這樣做的主要目的是為了觀察系統(tǒng)的工作情況。其中，試吊的內(nèi)容有：確定吊重、選擇重物、系統(tǒng)觀測等等。

3.2 試吊裝

3.2.1 試吊裝前的準備工作

在全面地對纜索系統(tǒng)進行檢查的過程中，需要檢查以下的項目，具體如下：

①保證卷揚機的安裝合理、錨固結(jié)實、排繩順暢、機械電器穩(wěn)定運行（尤其是剎車系統(tǒng)）；②全面地檢查鋼絲繩（牽引、起重）的質(zhì)量，具體如下：材料的性能、鋼絲繩磨損程度、斷絲程度、布局和摩擦情況，并且觀察穿索的方式是否正確；③檢查轉(zhuǎn)向滑車、索鞍、滑車組等轉(zhuǎn)動是否流暢，和鋼絲索的聯(lián)接是否符合施工標準；④檢查塔架，檢測螺栓的結(jié)實程度、桿件安裝的方式是否正確，同時觀察初始位移、線形合理是否滿足實際情況；⑤對纜風索進行檢查，主要檢查內(nèi)容有：初張力、錨固牢固、鋼絲繩磨損等等；⑥觀察主索，做主索的保護工作、錨固、聯(lián)接的穩(wěn)定性、它的垂度是否滿足實際狀況；⑦砼、鋼筋、結(jié)構(gòu)尺寸、錨固深度等與施工設(shè)計是否相一致；⑧對試吊過程中的每個物件以及工具做好檢查，并且觀察吊點連接、觀察跑車、塔頂、塔架、索鞍、卷揚機等等的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤必須立馬校正。如果有條件，還可以對纜索系統(tǒng)進行一定的試驗，確保施工的安全；⑨指揮系統(tǒng)（通信）、準備工作檢查；⑩檢查復核拱肋安裝接頭及控制點坐標及高程計算數(shù)據(jù)的準確性，并對測量設(shè)備進行必要的檢查和校核。

3.2.2 試吊方案

（1）根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范，并結(jié)合本橋的實際，以本橋最大設(shè)計吊重G=50.305噸為100%試吊重量，按60%G（30.183t）→100%G（50.305t）→120%G（60.366t）確定。

吊重物分別選用：主橋7m空心板中板n塊（約30t）→引橋20m小箱梁邊梁（50.305t）→引橋20m小箱梁邊梁+10t鋼材（60.3t）。

（2）試吊的目標：①和施工設(shè)計相比較，觀察加載起吊后至跨中主索的垂度情況有無發(fā)生變化。②仔細檢查主塔受力之后，有無發(fā)生變形、塔架基礎(chǔ)狀況以及施工的安全性等狀況。③檢查內(nèi)容還應(yīng)包括：倒拐滑車、跑車、滑車輪組等的運行狀況。④此外，還需要觀察整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)合作能力。

（3）試吊需檢查項目和檢查方法

①主索的吊重最大垂度：在最大重量節(jié)段，開展試吊工作。跑車運行至跨中后，利用全站儀等工具，實施懸高測量任務(wù)。測量結(jié)果中，參考標高就是兩岸塔架頂連線標高；②塔架頂位移情況：根據(jù)測量任務(wù)，可以將塔架位移分成兩個過程進行測量。開始測量的是風纜初張力作用下，塔架能夠產(chǎn)生的最大位移；然后就是在加載之后塔架產(chǎn)生的位移。通常，以下兩種測量方式比較常見：第一，將吊墜下放在塔架頂兩側(cè)邊沿橫向中軸線，測量出塔架中心的縱、橫向軸線和吊墜中心的距離，同時分別計算出塔架的縱、橫向位移量；第二，在塔頂?shù)膬蛇?，沿橋縱軸方向以及上分配梁上沿橋縱橫軸線方向，把標尺捆綁好，使用經(jīng)緯儀直觀地測量塔架的位移情況。然后把數(shù)據(jù)交給指揮的人員，及時做出對應(yīng)的調(diào)整措施；③ 塔架基礎(chǔ)沉降量：計算出塔架基礎(chǔ)沉降的多少，在完成塔架的基礎(chǔ)施工之后，先測量出基礎(chǔ)頂面標高，之后用工具記錄作為備案。值得注意的是，安裝好纜索及塔架安裝后，要再次測量基礎(chǔ)頂面標高。做好上述的工作后，再將這個數(shù)據(jù)與試吊中的測量基礎(chǔ)標高加以比較，算出沉降量；④地錨位移量：這就需要使用到一個重要的計量工具——千分表。開始正式試吊之前，必須對千分表進行固定，一般是安裝在地錨的錨樁后側(cè)。一段時間后，千分表頂桿和地錨會完全接觸，這時只需要把各個千分表的初讀數(shù)讀出來并且做好記錄就行。還需指出的是，試吊時不能忽視吊運階段千分表的讀數(shù)。最后，工作人員還需要把這些信息遞交給指揮人員；⑤塔頂結(jié)構(gòu)、塔架桿件、緊固件的局部變形情況：這需要進行人工檢查，主要方式是敲擊、目測等；⑥ 對塔架頂座滑輪、起重索等的動作進行檢查，與此同時，測量出卷揚機組的行走和跑車的運轉(zhuǎn)速度。主要途徑有：目測、計時試運行等等；⑦在纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)備滿負荷運行狀態(tài)下，檢查它的供電系統(tǒng)以及用電設(shè)備，能否滿足實際的需要，這就要利用電表讀數(shù)以及每個電路的電壓來進行檢測；⑧觀察通訊設(shè)備的數(shù)量是否滿足施工需要，要保持對話的清楚。

3.3 拱肋安裝方法

整個安裝過程主要是按照每肋分五段吊裝的方式。預制好的拱箱利用軌道平車橫移至主索垂直下方位置，通過檢查節(jié)段的一些參數(shù)達到施工標準后，進行吊裝工作。

在拱肋吊裝過程中，需要使用千斤繩輔助吊架捆綁。具體的吊點，最好是安排在端頭第二塊橫隔板處。它的扣點主要是使用捆綁連接的方式，扣點則位于端頭第二塊橫隔板處；兩岸一扣通過35tH板及轉(zhuǎn)向輪與扣索連接，黃石岸二扣通過60tH板及轉(zhuǎn)向輪與扣索連接；雙江岸為起吊岸，二扣設(shè)置70t扣架將兩根扣索分開，以利在單組主索吊運的情況下后續(xù)拱箱從兩根扣索之間通過，以免與扣索發(fā)生干擾。

（1）拱肋合攏施工工藝

①對兩個拱腳段進行吊裝，將施工預抬高值控制在10cm以上；②在安裝兩個第二段時，也需要對施工預抬高值進行控制，應(yīng)控制在20cm以上；③ 最后吊運拱頂段至跨中并下放至約高于設(shè)計標高，同時兩岸對稱循環(huán)逐漸下放拱腳段扣索、第二段扣索和拱頂段滑車組，使接頭慢慢抵緊，盡量避免拱頂段簡支擱置沖擊第二段。

④合攏松索控制

令第二段前接頭下放，直到它和拱頂段端頭標高接近時，在拱頂段把一端接頭螺栓先弄好，再對接頭標高和拱頂進行觀察。如果它們比設(shè)計標高低，還大于規(guī)范容許值，則需要采取措施對其進行調(diào)整。具體操作為：在另一接頭處加墊鋼板進行調(diào)節(jié)至設(shè)計標高后上好螺栓完成合攏，將加墊鋼板點焊于連接角鋼上。

在扣索及起吊滑車組松索時，要做好第二段扣索、拱腳段扣索和拱頂段滑車組的下放，按照兩岸對稱循環(huán)逐漸下放原則進行。要盡可能縮小各扣索一次松索長度、拱頂段起吊滑車組，利用增多循環(huán)的次數(shù)可以使扣索實現(xiàn)基本放松，保證工程順利進行。在松索過程中，選擇的是定長松索方法，扣索一次松索量可2cm～3cm，起吊滑車組跑頭可25cm～35cm，同時使用粉筆做好一定的標記；在松索（對稱）的過程中，需要觀測各接頭及拱頂?shù)臉烁?。每松一次索，進行一次觀測，并且按照收集的標高動態(tài)調(diào)整松索的次數(shù)。通過滑車組以及卷揚機，可以調(diào)整扣索。

進行多次松索循環(huán)之后，各扣索及起吊滑車組都幾乎放松（保持10%～20%左右索力），加上拱肋標高達到施工標準，對拱肋軸線再次調(diào)整至準確位置。

⑤拱肋軸線控制

吊裝拱肋的控制指標為拱肋軸線橫向偏位、標高，這個過程相對復雜。進行吊裝時，測量人員必須進行跟蹤觀察，利用拱肋側(cè)風纜調(diào)整軸線偏位。在兩岸的陸地上，需要進行風纜錨固。

調(diào)整拱肋軸線標高，需要使用到扣索調(diào)節(jié)。保證拱肋軸線達到施工標準，是進行扣索調(diào)節(jié)的目的。然而在實際安裝時，過多地調(diào)索容易導致拱肋結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及施工進度的變化。為降低這種負面作用，必須使得調(diào)整次數(shù)減少。因此，在安裝階段，對拱肋設(shè)置預抬高量十分必要。

通過調(diào)節(jié)拱肋側(cè)風纜長度，可以對拱肋軸線橫向偏位進行調(diào)整。在扣索收緊、放松（合攏）的過程中，工作測量人員必須對這個過程實施動態(tài)觀察，并且把全部已經(jīng)安裝拱肋的標高和軸線橫向偏位觀測數(shù)據(jù)進行記錄，之后遞交給有關(guān)人員。等技術(shù)組整理分析數(shù)據(jù)之后，做出一定的調(diào)整辦法，以保證吊裝節(jié)段又快又好地完成對接就位工作，并且切換為完全扣掛狀態(tài)。等拱肋基本放松并且調(diào)節(jié)好其標高后，還需繼續(xù)利用側(cè)風纜，再次調(diào)節(jié)拱肋橫向偏位以保證它的準確度，之后再進行焊接工作。

⑥拱肋接頭焊接：在進行每項接頭焊接時，通過在拱肋上設(shè)置吊架保證施工順利進行。這種吊架的材料可以是腳手架管，也可以是鋼筋焊接成的。但是，必須驗算吊架的受力，保證吊架具備一定的安全性，并采取相應(yīng)的安全保護舉措。

⑦單肋合攏的穩(wěn)定性措施

因為拱肋的本身單肋的橫向穩(wěn)定性不好，也沒有較大的橫向?qū)挾?，根?jù)《公路橋涵設(shè)計手冊》（拱橋）下冊的部分內(nèi)容觀察，受風力作用和自重的影響，拱肋無法適應(yīng)橫向穩(wěn)定的需要（不考慮風纜的穩(wěn)定作用）。

為保證拱肋的橫向穩(wěn)定性，需要借助一道纜風索來保證，將其設(shè)置在各吊裝段上下游。這樣以來，纜風索會對拱肋產(chǎn)生一定的作用力，這就等同于拱肋在橫向的多點彈性支承，使得拱肋的自由長度得以縮短。所以對風纜進行設(shè)計的過程中，不僅要分析它的強度，也要分析把它的剛度考慮進來。如此，便保證了最大設(shè)計風力作用下，拱肋的橫向位移不會過度增大。計算風纜的初始張力時，以最大設(shè)計風力作用下，拱肋橫向位移最小為依據(jù)，利用相對大的初張力來降低垂度等非線性因素的作用，進而約束拱肋。

根據(jù)計劃，在安裝拱肋的每個過程中，它的受力需要風纜的參與，在拱肋的自重作用和最大風力下，穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范不小于4的要求。

另外，布置風纜的過程中，要根據(jù)一定的原則進行，即保證上下游對稱布置。同時，要參照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，使得它的風纜角度盡量接近標準。

（2）拱箱總體吊裝順序

①先吊裝中肋，單肋合攏控制好標高以及拱肋軸線后，保證接頭螺栓擰緊，吊、扣索松而不解（保持10%～20%左右索力），收緊拱肋浪風，并進行拱肋縱向接頭焊接；完成接頭焊接工作之后，除去起吊索，扣索暫時保存。②之后，完成左側(cè)次中肋的吊裝及合攏。③雙肋合攏。④同理，用一樣的方式將剩下的拱肋安裝好。等到縱橫向焊接好之后，除去扣索和全部浪風索即可。完成好拱肋的安裝工作后，需要檢查補焊、加強悍每個接頭角鋼、墊塞鋼板，同時把焊接過程中產(chǎn)生一些渣滓清理干凈，之后對縱橫接頭及頂板現(xiàn)澆層混凝土進行澆筑。具體的吊裝順序如圖5所示。

3.4 塔架風纜張力及塔頂位移控制

核桃溝大橋所采用的塔架是塔腳固接式。使用這種塔架，塔頂水平的荷載力會導致塔腳的彎矩過大。所以，為使得塔架受力平衡，必須令塔頂?shù)奈灰坪退胶奢d在合理范圍內(nèi)。要把握好塔架的水平位移，一方面需要保證風纜索截面夠大，另一方面需要穩(wěn)定風纜的初張力。

據(jù)統(tǒng)計，在風纜初張力、空索（主索及工作索等）和塔架自重力作用下，塔架縱向位移為-10.47cm（負值表示向后）?？紤]風纜作為單元參與共同受力，在塔頂?shù)踔厮魍饬Γê魉鳌⒐ぷ魉?、扣索、起吊牽引索等）、風纜初張力及索塔自重作用下，計算各工況塔架桿件受力皆滿足規(guī)范要求；邊箱拱頂段運輸至索跨跨中時塔架最大縱向位移為9.99cm；最大橫向位移為0.90cm。對拱肋進行安裝時，控制兩岸塔頂?shù)目v向位移在一定范圍內(nèi)，以保持在±10.5cm范圍內(nèi)為最佳狀態(tài)。除此之外，它的橫向位移應(yīng)該保持在±2cm范圍內(nèi)，要參照塔頂位移的實際情況調(diào)整好風纜張力，確保塔架位移不超過此控制范圍。

圖5　拱肋吊裝順序示意圖

結(jié)語

核桃溝大橋拱箱吊裝施工過程中，嚴格執(zhí)行規(guī)范，進度明顯加快，在保障安全的基礎(chǔ)上，施工質(zhì)量優(yōu)良，實現(xiàn)了快速高效的施工目的。在監(jiān)理和業(yè)主的全力配合下，拱箱和預應(yīng)力空心梁吊裝圓滿安全完成，確保了施工質(zhì)量和工程進度，為該項目如期通車提供了堅實基礎(chǔ)。

參考文獻

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中圖分類號：U416

文獻標識碼：A