山區陡坡條件下高墩大跨纜索吊裝施工技術

■林國樑

（福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州 350002）

1 概述

1.1 工程概況

莆炎高速沙溪大橋位于三明市三元區莘口鎮，為線路橫跨205 國道、 沙溪河及月亮灣景區而設，是全線重難點、控制性工程。 大橋采用雙向六車道設計，右幅橋長1398 m，左幅橋長1408 m，橋面寬度為15.5 m。 其中，主橋設計為變截面鋼桁梁連續剛構橋，跨徑布置為(100+176+176+100)m；主桁架上弦桿為2.0%縱坡，主桁桁高5.5～16 m，在順橋向按二次拋物線變化； 桁架標準節間水平長12 m，兩片主桁架弦桿中心間距9.5 m， 鋼桁梁在江面拼裝平臺分節段制作及儲存，采用纜索吊裝技術進行架設安裝（圖1）。

圖1 沙溪大橋施工現場

1.2 纜索吊裝總體布置

本纜索吊裝機設計以不影響主、 引橋施工、同時滿足上部鋼結構、 橋面板等的安裝需要為目的。纜索吊裝機系統由主索、工作索、起重索、牽引索、塔架風纜、起重小車及起吊滑車組、索鞍、塔架、錨碇、卷揚機和控制系統等組成[1-2]。

根據橋梁結構、現場地形（地質）等情況，設計兩岸塔架皆設置在每岸交界墩頂部，纜索運輸系統主索跨徑L=552 m。 根據起吊高度的要求，莆田岸塔架高度為74.69 m， 含3# 交界墩總高度為144.89 m；炎陵岸塔架高度為80.69 m，含7# 交界墩總高度為167.99 m。 為使塔柱不影響主橋鋼桁架梁的安裝及墩頂引橋排架墩的施工，考慮設置凈高10 m 的門式墩過渡，門式墩與過渡墩頂固結。

纜索系統全橋共設置2 組主承重索及2 組工作索（圖2）。 2 組主承重索橫向間距9.5 m，與主桁架梁寬度相對應。 每組承重索額定起吊能力65 t（2 組共130 t）， 每組承重索由6 根φ56 mm （6×37S+IWR 1870 MPa）的鋼絲繩組成，每組承重索上設置前后2 個吊點，每個吊點額定起吊能力32.5 t。

圖2 纜索吊裝布置圖

2 施工工藝

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 施工工藝流程

2.2 施工要點

2.2.1 塔架預埋件施工

柱腳預埋板在交界墩蓋梁施工時預埋，埋設位置應準確，并設置一定的架立鋼筋（或小型鋼骨架）定位牢固，防止澆筑砼時移位；每塊預埋板四角及各預埋板之間高程誤差不大于±1 mm， 平面位置誤差不大于±2 mm[3]。 預埋板底面砼澆筑密實，確保砼的局部承壓能力。

2.2.2 塔架安裝

（1）塔架在廠家進行精加工后運輸到施工現場將每肢4 根立柱鋼管兩相鄰2 節段應在工廠與腹桿一起進行整體預拼裝，拼裝合格并對應編號采用STT153 型自升式塔吊進行安裝。 （2）塔腳第1 節立柱安裝質量是整個下部塔架安裝的關鍵，必須控制好其平面位置、頂面高程及垂直度。 塔架基礎施工完成后， 在基礎預埋板頂面放樣立柱對位大樣，先初步對位立柱位置，然后將一側塔腳的4 根立柱通過腹桿連接成整體，然后通過塔吊配合千斤頂精確對位立柱位置， 必要時用1～2 mm 薄鋼板調節立柱垂直度， 當立柱平面位置及垂直度調整滿足要求后，將一側4 根立柱先與基礎預埋鋼板點焊，然后再按設計焊縫厚度要求將立柱與預埋鋼板焊接，為減小焊接變形，對稱立柱最好同時進行焊接。 （3）塔腳立柱安裝完成后，開始安裝第二節段立柱，立柱安裝利用塔吊進行，每節段先安裝立柱鋼管，再安裝立柱間連接腹桿，安裝時確保立柱垂直度。（4）塔間橫梁由萬能桿件組拼而成，塔間橫梁的安裝采用懸臂拼裝，也可根據起吊設備能力在地面拼裝成整體后，利用塔吊或吊車整體吊裝。 （5）下塔頂分配梁采用單根安裝，然后栓接綴板形成整體組合梁，下分配梁L1 為2 根HN600×200×11×17 的窄翼緣H 型鋼組合梁， 上分配梁L2 為3 根HN600×200×11×17的窄翼緣H 型鋼組合梁， 正對鉸座共6 根組合梁。（6）上塔分配梁為700 mm 高×470 mm 寬鋼箱梁，根據起吊重量可分節安裝， 接頭采用坡口對接焊，保證等強度連接，焊縫必須達到二類焊縫要求并進行超聲波探傷。 分配梁安裝完成后，在其上安裝滑道，滑道接頭采用栓接，接頭頂面應平順，必要時應打磨，以利索鞍支架滑行，減少索鞍移動時的摩擦力。（7）塔架風纜索主要用來平衡承重主索、工作索、起吊牽引索及風荷載產生的不平衡水平力。 塔架風纜索的設計不僅要考慮風纜強度，同時要保證風纜有足夠的剛度（風纜截面積）來約束塔頂位移，上下塔架皆設置前后風纜各4 道，上塔架前風纜采用通風纜，塔架安裝過程中，應在每20 m 左右設置縱橫向臨時風纜，在塔架固定風纜安裝完成后拆除，以方便塔架垂直度調整和確保臨時穩定。

2.2.3 主錨碇的施工

全橋共設4 個鋼筋砼樁基承臺結構錨碇。 主錨碇設置于纜索吊裝機縱軸線兩側且對稱于縱軸線布置，左右幅橋分別布置，一幅橋主梁安裝完成后，2 組承重索在塔架及錨碇上的錨固位置同時移至另一幅，進行另一幅橋主梁的安裝，以減少承重索等后拉索對塔架的橫向水平荷載作用。 主錨碇單個承臺平面尺寸為9.5 m×9.5 m，承臺高2.5 m，每個承臺下部設置4 根C40 鋼筋砼樁，前后排各2 根。

2.2.4 纜索系統安裝

（1）主索安裝。 主要包括兩個關鍵的工序：一是主索牽引過跨，二是垂度調整[4]。 主索過跨采用從炎陵岸展放牽引至莆田岸的方法。 主索在運至工地前由廠家提前進行預張拉處理，并根據施工要求的每根長度進行截取。 在每根主索的跨中涂紅油漆標識，以便于測量主索跨中矢度。

（2）導引索安裝。 因主索單位長度重量較大，若直接牽引主索過跨，所需張拉力較大，且安裝困難，所以在安裝主索前先安裝導引索，通過導引索將主索牽引過跨。 導引索采用直徑φ24 mm 的6×37S+FC-1670 鋼絲繩，利用麻繩牽引過跨，麻繩利用渡船牽引過跨。 先在兩岸主錨碇位置各設置一個16 t轉向滑車， 轉向滑車通過φ32 mm 預埋錨環固定，在兩岸錨碇附近各布置一臺8 t 導引索牽引卷揚機并錨固牢固， 將導引索一端進入炎陵岸牽引卷揚機，另一端繞過主錨碇位置的導向滑輪后與麻繩連接利用人工或卷揚機翻過兩岸塔頂索鞍輪從炎陵岸牽錨碇位置引至莆田岸錨碇位置（麻繩利用塔吊提升上塔），繞過16 t 導向滑輪后，再進入莆田岸的牽引卷揚機，然后利用卷揚機對導引索進行張拉收緊，使導引索跨中垂度控制在約L/15，至此導引索安裝完成。 導引索牽引卷揚機利用預埋錨環或埋置式地壟錨固。

（3）主索垂度調整。 主索從炎陵岸向莆田岸牽引，先在炎陵岸設置一個16 t 轉向滑車，將主索一端繞過16 t 轉向滑車后與導引索索夾連接，60 索夾卡4～5 個，另一端設置尾梢繩用5 t 卷揚機牽引。然后開動導引索牽引卷揚機帶動導引索，莆田岸卷揚機收，炎陵岸卷揚機放，從而帶動主索前端從炎陵岸向莆田岸移動，尾梢隨著慢慢放松，尾梢不應收得太緊，否則牽引力過大。 前端隨導引索移動通過兩岸塔頂座索鞍至莆田岸主錨碇后， 停止牽引，將主索與錨碇位置的32 t 收緊滑車組連接。主索在牽引途中不能扭轉，牽引過程中必須有人在一旁監視，隨時整理。

（4）牽引索及起重小車連接索安裝。 牽引索采用φ28 mm 鋼絲繩（6×37S+FC）“走4”布置，主索空載調整完成后，可安裝起重小車牽引索。

（5）起重索安裝。 起重索采用4 根φ24 mm 鋼絲繩（6×37S+FC）,每根起重索“走10”布置，牽引索安裝完成后可進行起重索安裝。 具體安裝工藝流程為：卷揚機垂直運輸下吊點→下吊點臨時就位在起重小車的下面→下吊點固定→將起重索的一端穿過炎陵岸主錨碇處的轉向輪→向前穿過索鞍下的轉向輪→向前穿過上吊點的滑輪→向下穿過下吊點的滑輪→共上、 下穿繞10 次→繩頭從上吊點穿出至莆田岸塔頂索鞍下的導向輪→進入莆田岸錨碇處導向輪→進入莆田岸8 t 起重卷揚機→另一端進入炎陵岸8 t 起重卷揚機→提升下吊點→解除上、下吊點之間的連接繩。

（6）起重小車安裝。 纜索吊裝起重小車由主索索輪，墻板及吊點下掛滑車等組成。 在塔架拼裝完成后，在其頂部索鞍的前方搭設一工作平臺，該平臺必須具有能夠支撐起重小車重量、吊點重量的強度及剛度， 將小車安放在工作平臺上并確保其穩定，等主索安裝完畢后再安裝下掛滑車組，在牽引索和起重索安裝完成后進行起重小車連接。 具體施工工藝流程為：帶緊靠主塔邊起重小車的牽引索→用臨時索帶緊靠跨中邊的起重小車→將連接索把兩起重小車連接→解除前起重小車固定裝置→放松臨時索使靠跨中的起重小車向跨中移動→使連接索受力、臨時索不受力→解除臨時索→解除后起重小車固定裝置→放松牽引索， 使起重小車前移20 m 左右。

2.2.5 動力系統施工

纜索吊裝機動力系統由牽引機構、 起升機構、自動化控制系統組成。 牽引機構為2 臺15 t 卷揚機，鋼絲繩采用φ28 mm；起升機構為8 臺8 t 卷揚機，鋼絲繩采用φ24 mm；卷揚機轉向均通過預埋在主錨碇內的轉向輪及塔頂導向輪實現。 設置砼地錨梁， 在地錨梁內預埋鋼板及型鋼來固定每臺卷揚機，注意卷揚機四角固架應與預埋鋼板對應并焊接牢固，每臺卷揚機前緣設置2 根I16 工字鋼防止卷揚機滑脫。

2.2.6 系統調試

纜索吊裝安裝完成后，按吊機實際使用存在的各種工況進行試吊，加強主塔架的監控監測，隨時掌握塔架的偏位情況，驗證纜索吊裝的各項技術參數是否與設計值相吻合，確保使用過程中索吊結構的絕對安全；同時，制定了詳細的纜索吊裝安全操作規程和檢查制度，避免因操作失誤而帶來不良影響，定期檢查塔架、纜吊系統和機械部分，發現問題及時處理，保障纜吊的正常運行。

3 荷載試驗

對纜索吊裝系統進行全面檢查并進行荷載試驗[5]，其主要目的是檢驗系統的吊重能力是否滿足設計要求、系統的安全可靠性及其工作狀態。

3.1 試吊重量的確定及重物的選擇

根據有關技術規范的規定并結合本橋的實際情況，以本橋最大設計吊重G=65 t 為100%試吊重量，按空載→60%G（39 t）→100%G（65 t）→110%G（71.5 t）→125%G（81.25 t）確定。 其中，125%G 僅做靜載試驗。

本橋試吊重物選用成捆綁扎的粗筋（圖4）。

圖4 試吊荷載圖

3.2 主要檢測項目

主索吊重垂度及張力觀測：塔架頂位移觀測；交界墩頂變形觀測；地錨位移量觀測；塔頂結構、塔架桿件、緊固件的局部變形觀測。

3.3 加載程序

3.3.1 空載試運行

從起吊平臺將空載起重小車起吊離地面50 cm并停留10 min，進行觀測卷揚機、滑輪組、電氣等機組控制系統是否運行正常并做好記錄。 如無異常，提升并牽引分別至跨中及兩岸塔前15 m 處并停留10 min，重復觀測是否運行正常并做好記錄；如無異常，最后將空載起重小車返回起吊平臺。

3.3.2 60%G 試吊

從起吊平臺起吊離地面50 cm 并停留10 min，進行前述的各項觀測并做好記錄。 如無異常，提升并牽引重物分別至跨中及兩岸塔前15 m 處并停留10 min，重復各項觀測并做好記錄；如無異常，最后返回起吊平臺卸載，并觀測卸載后的各部殘余變形。

3.3.3 100%G 試吊

從起吊平臺起吊離地面50 cm 并停留10 min，進行前述的各項觀測并做好記錄。 如無異常，提升并牽引重物分別至跨中及兩岸塔前15 m 處并停留10 min，重復各項觀測并做好記錄；如無異常，最后返回起吊平臺卸載，并觀測卸載后的各部殘余變形。

3.3.4 110%G 試吊

從起吊平臺起吊離地面50 cm 并停留10 min，進行前述的各項觀測并做好記錄；如無異常，提升并牽引重物分別至跨中及兩岸塔前15 m 處并停留10 min，重復各項觀測并做好記錄；如無異常，最后返回起吊平臺卸載，并觀測卸載后的各部殘余變形。

3.3.5 125%G 試吊

從起吊平臺吊離地面50 cm 并停留10 min，進行前述的各項觀測并做好記錄；如無異常；卸載并觀測卸載后的各部殘余變形。

通過各項荷載試驗數據驗證顯示，各機構動作靈敏，工作平穩可靠，各項安全性能達到設計要求，各限位開關及安全保護聯銷裝置的動作準確可靠，各部零部件和結構無損傷現象，電器系統和電機無過熱現象，滿足安全使用功能要求，可順利投入正常使用。

4 質量控制要點

（1）主塔架必須保證對稱安裝，中心構件先吊裝，再向兩端安裝，并加強對塔架位移、標高的跟蹤觀察，確保塔架的安裝符合規范要求；（2）承重索地錨，地錨梁、轉向輪、索鞍、卷揚機每個地方必須安排專人觀察、檢查；（3）塔架螺栓的緊固、桿件安裝是否正確，線形順直、初始位移達到設計要求；（4）錨碇砼、鋼筋、結構尺寸、錨固深度等符合設計要求；錨索錨固深度及風纜錨索張拉力是否符合設計要求；錨具夾片是否松動或退錨，鋼索對應錨固位置是否正確；（5）鋼絲繩（牽引、起重），鋼絲繩質量、磨損、斷絲情況、轉向的布置、摩擦等，穿索是否正確；（6）牽引卷揚機啟動要緩慢，行進速度要平穩；構件在吊運時，起重卷揚機要協調配合，并控制構件在空中的位置； 起重卷揚機不得突然起升和下降構件，避免產生過大的沖擊；（7）起重指揮人員在吊物起吊前應及時檢查、清理吊物上的雜物，吊物起吊后下方不得站人；（8）起重作業前起重指揮及司索人員嚴格檢查吊裝作業使用的鋼絲繩、卡環、吊耳等關鍵吊具，不得“帶病”使用；加強安全教育和現場監督，起重操作和指揮人員必須持證上崗，并嚴格遵守各項安全操作規程。

5 結語

纜索吊裝施工技術的成功架設，有效地解決了山區陡坡地形條件下大跨度橋梁拼裝施工難題，吊裝系統的安裝與運行要滿足相關技術規范要求，安排專人重點把控主塔架、承重索地錨、鋼絲繩、起重卷揚機、滑輪組等施工質量。 目前該施工技術還成功運用于浙江省衢黃高速公路城底線1# 橋獨墩橋梁加固施工中的鋼蓋梁吊裝，取得良好效果。 可見，纜索吊裝施工技術在特定施工環境下，具有很好的應用價值。