纜索吊裝系統在上承式拱橋箱拱吊裝施工中的應用

馮文博

摘 要：重慶東聯絡線北線道路工程影視城大橋主跨采取上承式拱橋跨越御臨河，因現場施工條件所限，箱拱僅能在預制場預制后吊裝。擬采用纜索吊裝系統進行箱拱節段的安裝，但新建橋梁路幅寬達29.5m，主跨跨度為110m，箱拱安裝具有難度大、技術要求高、工藝復雜等特點，本項目根據具體情況設計了安全可靠、施工簡便纜索吊裝系統，順利完成箱拱吊裝施工。

關鍵詞：上承式拱橋;纜索吊裝;系統設計;纜索檢算;吊裝工工藝

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0139-02

0 引言

因拱橋具有較大的跨越能力，受力明確簡潔，且構造較簡單，外形美觀;能夠充分發揮圬工及其它抗壓材料的性能;另外，隨著經濟建設和公路、鐵路建設的蓬勃發展及橋梁設計、建設技術的發展提高，采取大跨度拱形橋跨越大江大河及其它構造物成為未來的趨勢。雖然我國在拱橋建設方面歷史悠久，但以小跨度為主。以往拱橋工程的施工經驗已難以適應現代的大跨徑拱橋的建設。因此，迫切需要吸收以往施工經驗及技術成果，制定出適合現代大跨徑拱橋吊裝施工的技術方案，以適應我國大跨徑拱橋發展的需要。

1 工程概況

重慶東聯絡線北線道路工程影視城大橋起始樁號為K3+825，終點樁號為K4+045，橋梁全長220m，橋寬29.5m，為上承式拱橋，墩柱采用承臺接樁基礎形式，橋臺采用重力式橋臺接樁基礎。主跨凈跨徑110m，拱腹矢高為16m，采用等截面懸鏈，拱軸系數m=2.932。主拱采用鋼筋混凝土箱拱預制吊裝而成，主梁均為預制吊裝簡支空心板梁。

主拱圈構造：每個拱肋由9個箱拱組成。全橋共2個拱圈18條拱肋，位于拱圈外側的兩片拱肋為邊箱，中間7片為中箱。拱肋分五段預制，采用無支架纜索吊裝。

因本拱橋跨度大，橋面寬，吊裝的構件重，可借鑒的類似纜索吊系統經驗少，需根據本項目的實際情況，進行纜索系統的發展及創新設計，以使順利完成本項目的施工。

2 上部結構纜索吊裝法總體方案

本項目纜索吊系統采用一套吊裝設備單基肋合攏成拱方案，根據箱拱設計結構、現場施工條件等進行纜索吊總體方案的設計，具體如下。

（1）為了減少扣索數量和吊裝次數，每條拱肋在預制拼裝成5節段后再吊裝成拱。箱拱最重節段為拱腳段邊箱，其重量為74.54t。（2）先進行拱圈跨中1號拱肋節段的裝吊，然后按左側→右側的循環順序（1→2→3→4→5→6→7→8→9）兩側對稱吊裝，拱肋節段吊裝順序如圖1所示。

3 施工方法及技術措施

3.1 纜索吊整體方案

主索、扣索共用塔架，塔架的高度根據安裝的最高拱頂節段頂面標高來確定，控制吊重按最重的拱腳段邊箱來設計，最大吊重P=119.3t（考慮吊鉤等配重及沖擊荷載）。根據地形條件，主纜索凈跨取270m，兩岸塔架等高32m，采用83式軍用墩搭建而成，主地錨采用重力式結構。

拱肋節段在御復路側預制，設一套纜索吊，因橋面較寬，為了使兩側邊拱的節段安裝到位，通常有采用下述2種方案：一是拱肋在纜索吊下拼裝好后橫移到設計位置;二是纜索吊可橫移，節段直接就位。前者塔架、錨固等用料少，但本項目橋面寬，橫移幅度大，安全風險高。為此，本項目采用后者方案，拱肋箱段采取吊起后直接對正安裝，避免了拱肋節段橫移，安全性好。

纜索吊可橫移方案可采取下述2種方案：一是塔架橫移;二是索鞍橫移。因本項目塔架高度為36m，進行橫移時的安全穩定性較差，故本項目采取了索鞍橫移的方式。

纜索吊總體設置如圖2、圖3所示。

3.2 主索系統及主跑車

設置主索一組，主索由8根φ60鋼絲繩（結構為6×37S+IWR）構成，吊裝時通過橫移塔頂的可移式主索鞍來實現逐肋對中。主索兩端設置100t轉向滑車將主索并成8排，以確保主索繃緊并承力均勻，主索的垂度、張力通過收緊滑車組進行調節，以確保符合設計要求，使用以小拖大的拖拉方法間接安裝主索。主索的最大張拉為H=494.6t，最大吊重時跨中產生的最大垂度為19.3m，空載情況下垂度為15.38m，主索的安全系數為K=3.8。

主跑車采用8門80t級，雙跑車設計吊重為160t，施工時在兩側拱座上預埋千斤扣，將兩臺主跑車固定，并穿好跑車間的間距繩。布設主索的同時將主跑車穿繞在主索上，完成主索穿繞后逐漸松開跑車固定繩，同時收緊主索，使跑車緩緩升空，主索布設和收放、跑車的布置在主錨與橋臺間的空間進行。

3.3 起重系統

箱拱節段由御復路預制場移運至主索下方，采取預留孔穿吊帶作箱拱節段吊點的方式起吊。節段每端設4點起吊，每臺主跑設置一套起吊機構，在御復路端主地錨上設置2臺10t的卷揚機組作為起吊動力。每根起重索采用φ22鋼絲繩（結構為6×37S+FC）走“8”布置，活端由塔架頂轉向進入10t的卷揚機，死端通過跑車定滑輪固定在濱河西路地錨上。在收緊主索前需將起重索穿繞好。起重索采取花穿，以使跑車均衡受力。

3.4 扣索系統

采用塔扣的扣索方式，扣索與主索共用塔架，扣索采用八字形正扣結構。扣索地錨設在主地錨上，在橋臺與主地錨之間的空上設置收緊滑車，并利用橋臺作為地錨以調整扣索的收放。扣索采用6φ15.2鋼絞線。最大扣索拉力發生在濱河西路側的中間段邊箱，拉力為41.8t，扣索拉力角度為23度，扣索安全系數為2.8。

3.5 塔架

塔架采用穩定性能好、承載能力強的83式軍用墩上，兩側塔架均為等高32m，因采用可移動索鞍的方式，塔架橫橋向寬度與橋寬對應，為30m。

4 纜索系統檢算

纜索吊裝系統需要承載驗算的構件多，本文僅將主索、塔架承載驗算過程闡述如下。

4.1 主索受力驗算

①主索安全系數。主索由8根φ60鋼絲繩（結構為6×37S +IWR）構成，公稱抗拉強度σb=1770MPa，重量q=15.0kg/m，截面積Fk=2826mm2，破斷拉力∑S=2270kN，彈性模量Ek=75600MPa。

主索承受的荷載主要來源于主索自重及吊裝構件的重量，主索自重G為均布線性荷載，吊裝構件重量為集中荷載P。

G=15.0×10-3×270=40.5kN

集中荷載由兩部分組成，即主拱肋最大段重P1=745.4kN，吊具、施工荷載及配重P2=50kN，為安全起見，荷載增加20%的超重，則單根主索集中荷載為：

P=1.2（P1+P2）/8=1.2×（745.4+50）/8=119.3kN

當集中荷載作用于跨中時，主索承受最大水平張力，其值由下式求得：

H主=（GL+2PL）/（8fmax）

式中，fmax為主索工作最大垂度，按主索長度的1/14取值，得fmax=270/14=19.3m。代入上式。得：

H主=（40.5×270+2×119.3×270）/（8×19.3）=488.1kN

豎向力V=（G+P）/2=（40.5+119.3）/2=79.9kN

主索最大張力：T主=（H2主+V2）1/2=（488.12+79.92）1/2= 494.6kN

主索張力安全系數：K=∑S/（1.2T主）=2270/（1.2×494.6）= 3.8>[K]=3.5，滿足要求。

式中：1.2為起吊時的沖擊影響動載系數。

②主索接觸應力驗算。接觸應力按下式計算：σ觸=T主/A+EK×d/Dmin

式中：A為鋼絲繩斷面面積;EK為鋼絲繩彈性模量;d為鋼絲直徑，d=2.84mm;Dmin為跑車平滾最小直徑，Dmin=0.35m。將數據代入上式得：

σ觸=494.6×103/（2826×10-6）+（75600×106×0.00284）/ 0.35=788.45MPa

安全系數K=[σ]/σ觸=1770/788.45=2.24>2，滿足要求。

4.2 塔架檢算

塔架采用83式軍用墩拼裝而成，塔架底部立柱為最不利承載處，主要承受自身重量及纜索產生的壓力，經計算：

∑V=4240t

作立柱的單根83式軍用墩①號桿件允許承受的壓力為117t，本項目塔架水平截面由48根桿件構成，則單根①桿件需承受壓力為4240/48=88.3t<117t。

5 箱拱吊裝工藝

5.1 懸掛箱拱拱腳段、中間段

（1）跑車將1號拱肋的拱腳段吊離運梁車，持續吊起以超過起拱線，牽引索牽引拱腳段至安裝位置的正上方，降下拱腳段下端與拱座對位，并扭緊接頭螺栓，掛好拱腳段上端扣索及纜風繩。然后起重索稍稍提起或下降調整拱腳節段的上接頭端標高，滿足要求后（使接頭處標高較設計值高7cm，即設置7cm超高）收緊扣索。然后通過收放兩側纜風索，以調整箱拱中線。

（2）調整好拱腳段中線位置后，檢查下接頭與拱座預留孔的兩底鐵間是否有不均勻空隙，否則用類似形狀的薄鋼板楔緊，防止合攏后拱肋中線出現偏差，調好拱腳段的中線、標高并固定后，摘除跑車。隨后進行中間節段吊裝，安裝方法與拱腳段相同，中間節段與拱腳段對接并扭緊接頭螺栓后，掛好中間段上端的扣索及纜風繩。通過升降起重索調整中間節段的上接頭端標高，滿足要求后（使上接頭處標高較設計值高14cm，即設置14cm超高）收緊扣索。然后通過收放兩側纜風索調整箱拱中線。

另側岸的拱腳段、中間段箱拱按上述方法進行吊裝。

5.2 箱拱合攏段定位及合攏

（1）用跑車將拱肋合攏段就位，使合攏段兩端接頭較安裝標高高3cm，然后采用“定長松索”的方法兩岸同時對稱松索，使兩岸的拱腳段、中間段箱拱逐漸向合攏段靠攏，松索不能過快，每次松索控制接頭標高下降幅度在1cm內，松索時要確保拱腳段與中間段接頭、中間上接頭下降后的預抬高量基本按1：2的比例，每次松索后需對兩處接頭標高進行測量，下降值不符合要求或是不成1：2的比例，則需在下次松索時進行調整（通過起重索、扣索和纜風繩調整），通過上述循環施工，以便有效控制接頭標高。（2）當合攏接頭快要重合時，將兩節段箱拱的接頭螺栓孔對中并裝上螺栓，繼續松索使兩節段端面抵緊，再繼續松索，當合攏處接頭下降至比設計標高1cm時。暫停松索，檢查和調整合攏段兩端接頭標高，確保兩端接頭標高相同，采用鋼板將接頭端面間空隙楔緊，然后將接頭螺栓全部擰緊。（3）按照扣索→起重索→扣索的順序循環進行松索。當接頭標高下降很小，且起重索、扣索承受的拉力也很小時，表明拱肋節段間已抵緊成拱。此時基本全部放松扣索，僅起重索施加部分拉力，以控制合攏接頭不低于設計標高，同時調整下拉索，以控制拱腳段與中間段接頭不超過設計標高。（4）當各接頭處標高基本穩定后，將纜風繩、下拉索及起重索臨時固定，把接頭處連接螺栓擰緊，此時拱肋完全合攏成拱，完成上述連接工序后摘除起重索、扣索。但纜風繩、下拉索保持工作，直到第3條拱肋合攏成拱后方可拆除。（5）在拱肋軸線偏差完成調整、接頭空隙鋼板楔緊后和全部松索成拱前進行拱肋接頭的焊接作業。采取間隔、分層和交錯的方式進行接頭鋼構件的焊接連接，每層焊接不宜過厚，以防燒壞結構周邊漆膜，最終將擰緊的接頭螺栓焊死。（6）完成單條拱肋成拱后，按照上述施工工藝吊裝其余拱肋，成型的拱肋及時施做與相鄰拱肋的橫向聯接，增加整體安全穩定性。

6 結語

在重慶東聯絡線北線道路工程影視城大橋主跨拱肋施工中采用纜索系統吊裝。通過采用承載能力強的83式軍用墩作塔架，塔架頂部設置移動索鞍，加強施工管理，加強纜索吊狀態監控等措施，確保了拱肋的安裝質量及施工安全，取得了良好的經濟效益與社會效益，期望能夠對其他拱橋的吊裝施工起到借鑒作用。

參考文獻

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