無支架纜索吊裝系統可靠性驗證技術

邢俊平，黃樹強

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

無支架纜索吊裝施工在水深較深的河流和峽谷，或在需要滿足船只通航的航道上應用廣泛，具有跨越能力大，水平垂直吊裝靈活，施工快捷等特點[1-2]。但在實際工程中，設計人員往往對無支架纜索吊裝系統的設計計算進行簡化[3-6]，且對吊裝過程中索塔的擺動和索鞍滑移也未做深入研究。不少學者對無支架纜索系統做過試吊試驗，但未對相關結果進行系統化的數據分析[7-8]。試吊目的主要是為了驗證纜索系統起吊能力，檢查各工況下最大垂度與設計是否相符；觀測塔架、塔架基礎、地錨的變形數據和安全穩定情況；檢查起重索、牽引索、跑車、下掛、卷揚機組、滑車組等設備運轉情況；測試各工作組與指揮系統的協調配合能力。

1 工程概況

本文以金釵紅水河特大橋纜索吊裝系統為研究對象。該纜索吊裝系統中跨為400.9 m，忻城岸邊跨為267.5 m，馬山岸邊跨為344 m，采用主扣合一塔架，塔底固結。該纜索吊裝系統設置兩組索道，設計吊重100 t，采用兩組主索抬吊。主索布設有10根φ50 mm密封鋼絲繩，每個主索鞍布設5根。塔架采用鋼管桁架式結構，忻城岸塔架橫向塔頂寬60.7 m，縱向寬4 m；馬山岸塔架橫向塔頂寬55.8 m，縱向寬4 m。忻城岸主扣地錨均采用重力式地錨，馬山岸主地錨采用樁錨，扣地錨采用重力式地錨。纜索吊裝系統的整體布局如圖1所示。

圖1 纜索吊裝系統整體系統示意圖

2 試吊方案

2.1 試吊方案

試吊以纜索系統設計吊重100 t為基準重量，依次按50%G(動載)→100%G(動載)→120G%(靜載)的順序進行(G為最大設計吊重100 t)。試吊配重采用綁掛鋼絞線進行。本次試吊塔架的主索鞍位于塔頂上游側。試吊方案如表1所示。

表1 纜索吊裝系統試吊步驟表

2.2 測量控制量及測量方法

根據纜索吊裝系統各個組成部位進行系統分解，各控制點如下頁表2所示。

表2 觀測控制點一覽表

2.3 測點布置

將忻城岸塔架的塔頂和第二道橫聯位置、馬山岸塔架的塔頂和第三道橫聯位置作為監測截面，每個監測截面布置3個測點，全橋共布置12個測點。測點布置在塔架靠河一側，其中塔頂測點盡可能布置在靠近塔架外側邊緣且不影響纜索吊裝系統正常工作的位置；塔架橫聯上的測點布置在外側立柱的橫桿中心且不影響斜拉扣掛系統工作的位置。測點布置如圖2所示。

上下游主跑車上各布置1個360°棱鏡，利用全站儀監測試吊過程中主索的垂度。在基礎對角點布置沉降觀測點，通過水準儀進行觀測。

忻城岸主地錨采用重力式地錨，馬山岸主地錨采用樁錨，施工過程中主要關注其沿順橋向的水平位移情況。在忻城岸主地錨后方布置3個測點，在馬山岸主地錨后方布置4個測點，在不受其位移影響的硬化層上搭設輔助安裝支架，通過電子百分表對主地錨背包的位移進行監測，百分表通過磁性表座固定在支架上，如圖3所示。

(a)忻城岸

(b)馬山岸圖2 塔架偏位觀測棱鏡布置示意圖

(a)忻城岸主地錨立面

(b)忻城岸主地錨平面

(c)馬山岸主地錨側視

(d)馬山岸主地錨后視圖3 主地錨位移觀測百分表布置示意圖(cm)

塔架應力的監測主要是對豎桿的軸向應力進行監測。監測截面選取塔架底部和塔架中部(第二道橫梁)，其中，塔底監測截面布置4個測點，塔架中部截面布置4個測點，測點分別布置在中柱和邊柱的豎桿外側，采用振弦式表面應變計進行應力監測，如圖4所示。

(a)忻城岸

(b)馬山岸圖4 塔架應力測點布置示意圖(cm)

3 試吊過程

3.1 試吊實施過程

馬山岸起吊場空載→空載行至跨中→忻城岸起吊場空載→忻城岸起吊場加載至50%G起吊→50%G運行至跨中→50%G運行至馬山岸起吊場→馬山岸起吊場加載至100%G→100%G運行至跨中→跨中加載至120%G→100%G運行至忻城岸起吊場。

3.2 監控量測結果與分析

在試吊工況運行條件下兩岸塔架位移偏位統計結果如圖5所示。

從圖5可知，忻城岸塔架塔頂最大偏位發生在塔架上游，工況為忻城岸起吊場起吊100%G荷載時，最大偏位為-95 mm；忻城岸塔架塔腰最大偏位發生在塔架上游，工況為跨中起吊120%G荷載時，最大偏位為60 mm。馬山岸塔架塔頂最大偏位發生在塔架上游，工況為跨中起吊100%G時，最大偏位為-80 mm；馬山岸塔架塔腰最大偏位發生在塔架下游，工況為跨中起吊50%G時，最大偏位為-46 mm。實測偏位與預計基本吻合。

(a)忻城岸塔頂測點

(b)忻城岸塔腰測點

(c)馬山岸塔頂測點

(d)馬山岸塔腰測點圖5 試吊各工況下兩岸塔架位移偏位監測結果曲線圖

在兩岸主地錨試吊過程中，最大位移發生在工況為跨中起吊120%時，下游最大位移為1.063 mm，上游測最大位移為0.103 mm，塔架基礎的沉降最大值為3 mm。

圖6 主索垂度實測與設計對比曲線圖

由圖6可知主承載索觀測結果，空載工況下主索跨中最大實測垂度與設計主索跨中最大垂度誤差為8.8%；50%G荷載工況下主索跨中最大實測垂度與設計主索跨中最大垂度誤差為8.1%；100%G荷載工況下主索跨中最大實測垂度與設計主索跨中最大垂度誤差為7.8%；120%G荷載工況下主索跨中最大實測垂度與設計主索跨中最大垂度誤差為7.3%。

(a)忻城岸

(b)馬山岸圖7 主塔架應力監測結果曲線圖

由圖7可知，忻城岸塔架最大應力為-24.36 MPa。馬山岸塔架最大應力為34.57 MPa，滿足塔架安全使用要求。

4 纜索吊裝系統試吊結果

(1)兩岸塔架在試吊工況作用下實測偏位與預計基本吻合，兩岸主地錨最大位移數值在可控范圍內。塔架基礎最大沉降為2 mm，在容許范圍內。忻城岸塔架最大應力為-24.36 MPa；馬山岸塔架最大應力為34.57 MPa，遠未達材料的屈服強度。

(2)在吊點行走過程中，主索鞍滑輪、牽引索滑輪及起重索滑輪均能正常轉動。

(3)實測主索跨中最大垂度比計算主索跨中最大垂度大2 m左右，這是因為兩岸塔架存在高差，初始安裝垂度采用目測安裝，存在一定誤差；同時馬山岸邊跨主索趨于水平，且較長，主索向跨中滑動，偏差值在可控范圍內。主索安全系數滿足要求。

(4)在試吊期間，風力大部分時間為4級，溫度整體呈現平穩趨勢，最高溫度為40 ℃。

(5)整個試吊過程中機械運行正常、人員協調良好、通信暢通，所有數據均未出現較大偏差，符合設計要求，說明金釵紅水河特大橋纜索吊裝系統具備進行正式吊裝施工的能力。

5 結語

(1)纜索系統吊裝過程中，當吊裝荷載在跨中時，兩岸塔架有向跨中傾斜趨勢，當荷載靠近某一岸塔架時，則該岸塔架有向主地錨傾斜的趨勢。

(2)纜索吊裝系統的可靠性及是否達到設計要求，可通過模擬實際吊裝情況進行驗證，試吊方案應能系統地模擬正式吊裝的所有工況。本項目的試吊方案對纜索吊裝系統的驗證具有一定的指導意義，為大跨度纜索吊裝系統的檢驗積累了寶貴的經驗。