××大橋纜索吊裝施工技術

高曉冬

（中鐵十一局集團第四工程有限公司 湖北武漢 430000）

1 工程概況

××大橋是某高速公路第X合同段的一座大橋，位于××縣××鎮(zhèn)境內。

整個大橋分為左、右兩線：左線跨徑組合為：7.7（引橋）+96（主跨）+1×7.7（引橋）m，右線跨徑組合為：7.7（引橋）+96（主跨）+2×7.7（引橋）m。橋的上方結構由簡支空心板構成，其下方結構由柱式橋墩擴大基礎而構成，主橋為凈跨96m的鋼筋混凝土上承式箱板拱結構，其中主拱圈由四個箱室構成，每個箱室的寬度為2m，腹板寬度為0.2m，拱圈總的寬度是9.2m，高為1.8m，凈矢跨比為1/6，拱系數(shù)M=1.988m。底梁、立柱、蓋梁組成拱上排架的主拱圈上部構造，橋面則由預制行車道板和橋面鋪裝和排水組成。

大橋所處地區(qū)的地貌特征為中山區(qū)構造侵蝕溶蝕峰叢槽谷，河谷較寬、兩側的谷坡坡度很陡。河水流向NE～SW，河谷東測坡體的傾角大約45～85°，坡度較陡。西側坡體的前緣坡度為15～30°，坡度較緩，但上方坡度很大，坡角大約在40～50°之間，整體呈現(xiàn)出不對稱的“V”型結構。橋軸線經過地段地面標高在972.6～1020m之間，最大高差約47.4m。

2 纜索吊方案制定

××大橋根據(jù)其地質地形特點，決定采用纜索吊方案。

主索采用6-W37φ47.5鋼絲繩組成，在兩岸的鋼筋混凝土地上固定住錨。牽引索采用φ21.5鋼絲繩，牽引索采用循環(huán)方式并統(tǒng)一卷揚機，采用一臺卷揚機進行牽引工作，使進退統(tǒng)一，降低失誤率。起重索采用φ21.5的鋼絲繩，起重索與隧道進、出口在同一直線上，與跑車縱橫對稱，使之受力均勻，起重索兩頭均進卷揚機，通過地錨滑輪轉向進入卷揚機。施工時，萬能桿件、鋼管骨架籠等通過纜索吊進行吊裝，一片鋼管骨架籠重為9.25T。一幅纜索吊滿足一幅橋的需要，兩幅纜索吊同時施工。

安裝纜索吊之后，首先進行兩次循環(huán)的空鉤運行，其次在緩慢加載，直至最大起重的120%，再模擬拱架的吊裝試運行，核驗纜索吊跑車以及吊鉤工作時的變形情況，地錨及風纜地錨的穩(wěn)定狀態(tài)等，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。以確保拱架吊裝時的絕對安全。

纜索吊鑒定工作是對其各項性能指標的綜合評定，邀請省指、安監(jiān)局、中交二院、鐵二院監(jiān)理公司、工作站等單位及集團公司進行全面考核，審查發(fā)現(xiàn)不足之處提出整改意見，以便于纜索吊的改進，確保安全運行。

根據(jù)承載索的載荷大小與其垂度相關聯(lián)，承重索的垂度與張力成反比，與承載索的承載能力成正比，相反，要想提高承載索的承載能力，就要加大承重主索的垂度。但是如果垂度太大，就會使跑車的牽引阻力增大，從而增加動力消耗，以及施工困難。一般垂度選擇在L/14～L/20范圍比較合適。根據(jù)實際情況，選擇垂度Fmax為L/14。纜索跨度211.245，fmax=1/14=15m。

大橋配置纜索吊機設計凈吊重設計為9.25t。承重索所承受的均布荷載主要為自重。集中荷載主要來自于吊重、跑車、吊鉤、滑輪及部分工作索等的自重。隨著跑車的運動，集中載荷也沿承重索運動，承重索將受到動力作用，采用類似于橋梁設計作用的沖擊系數(shù)法，在垂度介于L/14～L/20時，沖擊系數(shù)為0.2～0.3，集中荷載為11T（見圖1）。

3 纜索吊設計驗算

3.1 設計依據(jù)

圖1 ××大橋纜索吊布置圖

（1）路橋施工計算手冊；

（2）公路施工手冊橋涵篇；

（3）××大橋施工設計圖。

3.2 纜索吊設計

3.2.1 主要技術參數(shù)選擇

纜索跨度211.245m，最大撓度fmax=L/14=211.245/14=15m。骨架籠重G拱=18.5T，滑輪組重G滑=1T，跑車重G跑=1T。一次吊半片骨籠，最大吊重G=G拱/2+G滑+G跑=11T=112.5kN。

3.2.2 承重索受力計算

（1）計算承重索單位重和破斷力

承重索單位重；選用2根6×37φ47.5的鋼絲繩。

g=2×7.929=15.858kg/m=0.159kN/m

采用公稱強度為1700MPa的鋼絲繩，其破斷力總和等于843.47mm2×1700MPa=1433.9kN。

其換算系數(shù)為0.82。

所以鋼絲繩總破斷力：Tn=2×1433.9×0.82=2351.6kN。

（2）承重索最大張力和強度驗算

跨中彎矩：

3.2.4 牽引索的計算

牽引索采用φ21.5（637+1）鋼絲繩走2線，為避免牽引索發(fā)生對拉現(xiàn)象，本橋兩岸牽引索采用同一卷揚機（能正反向運轉的5雙滾筒卷揚機）。

在吊裝的過程中：牽引索最大張力W=W1+W2+W3

（1）跑車運行阻力W1

W1=Q（sinθ+μcosθ）

式中：

Q——載總重為：Q=112.5+33.499+39×2×1.658×10-2+214×2×1.658×10-2=154.17kN；

θ——最大升角經計算為13°；

μ——鋼絲繩與跑車的運動阻力系數(shù)，取青銅襯套軸承系數(shù)0.0145。

代入式中：

W1=36.84kN

（2）起重索運行阻力

式中：Tq——起重索拉力為38.54kN。

η——起重索穿過滑車的效率，青銅襯套滑車取0.96。

n——起重索穿過跑車的滑車和下面動滑車的數(shù)量為4。

代入公式：

W2=5.81kN

（3）后牽引索自然張力

式中：

q——牽引索單位長度重為0.01658×2=0.0332kN。

x——后牽引索跨度取150m。

f——后牽引索垂度：f=13.238m。

代入公式：

W3=7.05kN

（4）總牽引阻力

W=W1+W2+W=49.7kN

（5）牽引索的最大拉力

TY=（W+2Lq）（2-ηm）

式中：m——牽引索穿過滑車的數(shù)量為2。

代入公式：

TY=（49.7+2×211.245×0.0332）（2-0.962）=68.73kN

（6）牽引索安全系數(shù)

3.3 注意事項

（1）承重索的安裝垂度要和設計值保持一致，如果低于設計值，便會使地錨、主索等關鍵零件過載，甚至嚴重過載，這會大大增加安全事故的概率；如果纜索的安裝垂度高于設計值，就會導致工作垂度不合格，構件吊運上下坡的坡度過大，不利于進行構件的安裝工作。

（2）起重索采用φ21.5（637+1）鋼絲繩走4線，其進出口在同一直線，對跑車縱橫對稱，使其均勻受力。

（3）牽引索采用φ21.5（637+1）鋼絲繩走2線，為避免牽引索發(fā)生對拉現(xiàn)象，在橋兩岸牽引索采用同一卷揚機。

（4）地錨要進行預拉實驗。

（5）纜索架設完成以后，為了對其系統(tǒng)和各種設備進行全面檢查和觀測地錨的位移情況，要進行試吊，以便對設備及所有系統(tǒng)的技術狀況和受力進行分析和鑒定。

4 試吊

4.1 試吊程序

本次纜索吊系統(tǒng)試吊主要有兩個工作內容：

（1）模擬拱肋吊裝（即一組纜索吊裝）：

由一組纜索模擬拱肋吊裝，吊裝加載程序為：7.4T（80%G）→9.25T（100%G）→10.2T（110%G）。注：加載噸位由兩個吊鉤平均分擔且“G”為拱肋的最大吊重9.25T。

（2）各程序吊重模擬完成后，纜索吊各循環(huán)一個來回，并在靠近主墩位置的北岸將吊鉤升到距天車4～5m的位置一次且相關人員要做好各項檢查記錄。

4.2 注意事項

（1）要安排專人在兩地錨處（北岸人員配對講機）對主索拉板、銷軸卡子進行觀察，如果發(fā)生突發(fā)情況要及時上報，以便及時處理。

（2）安排2個起重索和1個牽引卷揚機操作人員（配2個對講機）負責檢查和操作卷揚機的運行，并遵從指揮人員的指揮操作，卷揚機如有異常，立刻上報指揮人員，以便及時處理。

（3）安排測量人員對地錨位移和塔架傾斜度進行測量監(jiān)控。

（4）安排一個指揮人員，負責整個試吊過程中的指揮和與各個檢查人員的聯(lián)系工作。如發(fā)現(xiàn)試吊運行過程有異常情況及時同技術負責人聯(lián)系，以便及時采取措施。

5 結論

××大橋纜索吊裝施工技術很好地利用了地形條件，解決了山區(qū)高速公路橋梁吊裝困難的問題，同時通過各種計算和試吊準備，確保了施工安全，該橋采用纜索吊施工節(jié)約了施工成本約300余萬元，具有較好的經濟效益，施工中減少了施工便道和施工平臺，也較好地保護了生態(tài)環(huán)境，該橋采用的纜索吊施工技術對后續(xù)同類型橋梁施工具有較大的借鑒意義。