天蒙旅游區人行索橋纜索系統設計

張家鋒，王興剛

（中國交通建設股份有限公司，北京 100088）

1 工程概述

蒙山天蒙旅游區位于山東省臨沂市費縣的東北部，總體規劃面積達到了240 平方公里。項目所在地自然生態良好，且具有非常豐富的歷史文化資源、地方民俗資源、紅色旅游資源、生態農業資源和濱水休閑資源，項目建成后已經成為契合山東省山地型生態旅游和休閑度假市場需求的綜合型人文生態旅游度假區[1]。望海樓和玉皇頂是蒙山天蒙旅游區內的兩個重要景點，分別位于相鄰的兩座高峰上，南北相顧。兩峰之間以山谷相隔，谷深140 m以上。為將這兩個景點相連，加強景區的通達性，設置人行索橋。大橋建成后，山谷一跨而過，從望海樓到玉皇頂，步行時間縮減至十幾分鐘。大橋氣勢恢宏，造型優美，自身成為一個重要的景點，同時也是絕好的觀景通道。站在橋上舉目遠眺，風光無限。偶遇煙雨季節，更是如煙如霧，勝似仙境。

大橋為主跨420 m 的單跨吊懸索橋，跨徑組成為38+420+47.5 m，橋面縱坡為1.5 %。主纜在成橋狀態下的中跨垂跨比為1：12，兩根主纜中心距為3.5 m。為提高主梁的結構穩定性，在主梁下方兩側設置抗風纜[2-4]。主梁由橫梁和縱梁組成，上面鋪設混凝土橋面板。主梁在索塔中心線處設置伸縮縫，索塔處主梁下方設置豎向支座，主梁梁端側向設置抗風支座。大橋的總體布置圖如圖1 所示。

圖1 天蒙人行索橋總體布置

2 纜索體系選擇

纜索系統作為懸索橋的生命線，是大橋的關鍵受力部件。根據抗風穩定的需要，對主纜的結構體系進行了對比分析。選擇的方案有下部設置抗風纜方案和空間主纜方案[5-6]。結合景觀、地形、運輸安裝條件等綜合比選，采用適合橋位地形、便于施工的抗風纜方案。

圖2 設置抗風纜方案

圖3 空間主纜方案

3 主纜設計

按照橋梁功能要求，選擇主梁凈寬2.4 m，全橋共設2 根主纜，橫向間距為3.5 m。

3.1 方案選擇

設計中對主纜的材料進行了綜合分析論證。考慮的方案有鋼絲繩、環氧涂層鋼絞線和平行鋼絲[7]。大橋橋位處山勢險峻，運輸條件極為不便。

鋼絲繩索股有著扭轉性能好、適應變形能力大的優點，但是鋼絲繩索股的直徑較大，運輸、架設、入鞍定位和索股調整的難度都很大。考慮到本項目的建設條件，主纜不考慮采用鋼絲繩索股，重點對環氧涂層鋼絞線和平行鋼絲兩種索股進行了重點研究和比較。

環氧涂層鋼絞線通過在鋼絞線的外側涂裝環氧涂層來實現對主纜索股的保護，省去了主纜現場涂裝的工序，但是也降低了索夾和主纜之間的摩阻力。為實現環氧涂層鋼絞線索股的可行性，考慮將每側主纜分為三根。

結果綜合比較，鋼絞線索股的抗滑穩定性稍差，存在一定的技術難度，最終采用了更為成熟的平行鋼絲索股。

3.2 主纜設計

主纜采用預制平行鋼絲索股法（PPWS）制作。在主纜索股的兩端設置熱鑄錨，錨杯內澆注鋅銅合金，使平行鋼絲與錨杯相連。索股錨頭與錨碇后錨面采用承壓式連接，通過在錨頭和墊板之間增加調整墊板的方式來調整主纜長度。

鑒于本橋位運輸條件極為不便，未采用常規懸索橋常用的127 絲和91 絲索股，而采用了重量較輕的61 絲索股。單根主纜由18 股通長索股組成、直徑5.0 mm 的鍍鋅高強鋼絲組成，鋼絲公稱抗拉強度為1 670 MPa。主纜空隙率索夾內取18 %，索夾外取20 %。主纜經整形緊纜后為圓形，索夾內直徑為183 mm，索夾外直徑為185 mm。主纜斷面和索股斷面如圖4 和圖5 所示。

圖4 主纜斷面

圖5 索股斷面

4 吊索和索夾設計

大橋為單跨吊人行索橋，中跨設置吊索。吊索與橋塔中心線的水平距離、相鄰吊索之間的水平間距均為3 m。綜合考慮材料性能、制造加工、安裝維護、后期更換等多方面因素，結合本橋吊索的受力特點，經比選后選用鋼絲繩吊索，且每一吊點設1 根吊索。吊索與索夾之間采用銷鉸式連接方式，與主梁之間為承壓式連接。梁端錨頭設有球面墊圈，以減小吊索的彎折。

圖6 吊索構造

吊索分為兩種，一種是端部抗風拉索附近的吊索，由于其受力較大，定義為加強吊索；其余吊索為一般吊索。吊索均采用鍍鋅鋼芯鋼絲繩，公稱抗拉強度為1670 MPa，結構形式為6×37S+IWR。索體外包覆高密度PE 護套，以獲取更好的防護效果。

吊索纜端錨頭由錨杯與叉形耳板構成，二者通過螺紋連接。錨杯采用熱鑄錨形式，錨杯內澆注鋅銅合金，使吊索鋼絲與錨杯相連。

吊索梁端錨頭采用承壓式設計，由錨杯與大型承壓錨固螺母構成。錨杯采用熱鑄錨形式，錨杯內澆注鋅銅合金，使吊索鋼絲與錨杯相連。吊索在制造、架設過程中的長度誤差，可以通過調節錨固螺母在錨杯上的位置來進行消除。

索夾采用上下對合結構。上下兩半索夾用高強螺桿連接并抱合、夾緊在主纜上，接縫處嵌填橡膠防水條防水。

本橋索夾分為有吊索索夾和無吊索的緊纜索夾兩種。為了方便制造，本橋索夾均設計為相同長度，耳板銷孔位置稍有不同，以適應索夾傾角的變化。索夾壁厚均設計為25 mm。

5 抗風纜設計

為增加主梁的結構穩定性，在主梁下方兩側設置抗風纜。抗風纜由7 根鍍鋅鋼絲繩組成，通過抗風纜索夾鎖緊在一起，在兩端通過散索套散開，錨固于抗風索錨樁。

圖7 抗風纜構造

每根鋼絲繩公稱直徑為φ 56mm，公稱抗拉強度為1670 MPa，結構形式為8×55SWS+IWR。鋼絲繩兩端設套筒式熱鑄錨，在錨杯內澆注鋅銅合金，使鋼絲繩鋼絲與錨杯相連。鋼絲繩錨頭與抗風纜錨樁后錨面采用承壓式連接，通過在錨頭和墊板之間增加調整墊板的方式來調整抗風纜長度。抗風纜整圓后公稱直徑為φ 160mm。

6 抗風拉索和索夾設計

抗風拉索將抗風纜和主梁聯系在一起，提高主梁抗風能力的同時，也增加了結構體系的剛度。

圖8 抗風拉索構造

抗風拉索采用鍍鋅鋼芯鋼絲繩，索體外包覆高密度PE 護套防護。抗風拉索分為兩種，一種是位于端部的抗風拉索，受力較大，定義為加強抗風拉索，公稱直徑為φ42 mm；其余為一般拉索，公稱直徑為φ22 mm。

7 索鞍設計

塔頂主索鞍是用于支撐主纜的永久性結構件，安裝于索塔頂部，承受主纜的豎向壓力，并將主纜的豎向壓力均勻地傳遞到索塔。

主索鞍鞍體采用全鑄型結構，鞍體下設不銹鋼板，以適應施工中的相對移動。為了增加主纜鋼絲與鞍槽間的摩阻力，并方便索股定位，在鞍槽內部設置豎向隔板。索股全部就位并調股后，在主纜鋼絲頂部用鋅塊填平，并進行封水處理。之后，用拉桿將鞍槽側壁拉緊。

塔頂設有底座，以安裝主索鞍。底座上面設有不銹鋼板，與鞍體下表面的不銹鋼板構成不銹鋼滑動副。

圖9 塔頂主索鞍構造示意圖

人形索橋主纜直徑較小，索股根數不多，宜采用散索套將主纜索股分散后錨固于錨碇上。散索套采用上下對合結構形式，由等直徑的摩阻段和變直徑的散索段組成。上下兩半散索套體用高強螺桿連接并抱合、夾緊在主纜索股上，接縫處嵌填橡膠防水條防水。

圖10 散索套構造示意圖

8 結語

山東臨沂蒙山天蒙旅游區人行索橋是世界最大跨度的人行索橋，結構形式是單跨吊懸索橋。為提高抗風穩定性，增設抗風纜和抗風拉索，因此比常規懸索橋結構更為復雜。本文較詳細介紹了主纜、吊索和索夾、抗風纜、抗風拉索和索夾、主索鞍、散索套的設計情況，是對設計工作的技術總結，也為將來類似橋梁的設計提供參考。

圖11 天蒙景區人行懸索橋纜索系統建成效果