大跨度拱橋纜索吊裝系統施工技術分析

李 卓

（四川公路橋梁建設集團有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

近年來，跨越能力大、運輸機動靈活的纜索吊裝系統在大跨度拱橋施工過程中得到了比較廣泛的應用。在實際的施工過程中，需要考慮的因素較多，涉及到的變化內容和需要使用的工具設備也較多，因此施工具有一定難度。施工人員應充分把握施工關鍵點，使成拱后的線形符合預定線形，保障每一個施工環節安全有序進行，從而使系統穩定運行。本文以某大跨度拱橋為例，就纜索吊裝系統施工技術細節展開具體分析，并介紹施工后纜索吊裝系統的試吊和監測。

1 工程概況

某主橋結構為等截面懸絞線無絞拱，計算跨徑335m，矢跨比為1/4.2，拱軸系數1.8。主橋上下部均采用左右幅分幅設計，上下部及拱座構造為左右幅均不相連。拱肋分為45個節段施工，拱腳1～2（1’～2’）號段采用支架現澆；3～22（3’～22’）號段采用掛籃懸臂澆筑、斜拉扣掛法施工。本次施工中應用纜索吊裝施工方法，拱圈施工過程中對鋼筋骨架進行整體吊裝，主吊的設計最大吊裝重量為15t（含吊具）。

在工程采用纜索吊裝法施工，需要多種部件，如主索、扣索、吊機等，依據控制點的具體位置，將各個節段的拱肋吊裝到該位置上。對拱腳實施對稱起吊，一直到兩岸最大懸臂節段，然后合攏。在該方法的應用中，必須要配合固定拱肋法一起使用[1]，必須做好纜索吊裝系統的設計與計算（本文只介紹內容，不介紹計算過程）。

2 纜索吊裝系統設計與計算的內容

通常情況下，纜索吊裝系統施工包含拱座和基礎施工、索塔系統的架設、拱圈施工等。受多方面因素的影響，在實際的施工過程中，因施工難度較大，施工的周期比較長，往往需要設計人員實地調研考察，綜合考慮多方面因素，做好相應的設計和計算工作，設計符合需求的圖紙，并通過相關分析與計算，確保施工的順利進行。具體包括以下內容：

（1）基礎結構的線形分析。設計人員對于拱肋各節段的尺寸、豎向撓度、橫向位移等進行精準調查和計算，確保其符合設計線形。

（2）結構應力分析。由于橋梁的結構受力和穩定性能直接影響后期使用的安全，所以必須要對結構受力進行分析，使結構的應力狀態始終處于穩定，且和設計應力狀態相符。

（3）結構整體安全性分析。設計人員對結構應力、變形情況進行綜合評定，對穩定性進行分析及計算，確保各項參數得到控制，從而保障橋梁施工安全[2]。

針對無支架纜索吊裝拱橋施工，其設計與計算內容通常涵蓋了拱肋或勁性骨架的預制，拱肋內力與應力計算分析，扣塔內力變化與穩定性，扣索索力變化分析等。

3 纜索吊裝系統施工

根據主橋結構和相關設計與計算結果，開展纜索吊裝系統的施工。

3.1 索鞍安裝

在索塔頂上面安置主索索鞍，包含索鞍座、索鞍、起重牽引索過輪等部件。方案確定之后，設計人員將設計圖紙交由加工廠，而后生產出符合要求的索鞍并運輸到施工現場。采用塔吊配合人工進行垂直、水平運輸，將不同的部件合理安裝到位，完成之后放置于對應位置，栓結固定。

3.2 臨時牽引施工

施工人員在兩岸都安置好10t 牽引卷揚機，將Φ21.5mm的牽引鋼繩運輸到兩側的卷揚機上，并將其纏繞在繩索容器上。施工人員在兩岸索塔頂部布置5t卷揚機。將選定的鋼絲繩從塔頂下降到塔底，然后拉到兩岸的卷揚機位置，將Φ21.5mm的牽引鋼繩和Φ16mm鋼繩相連，啟動5t卷揚機，將Φ21.5mm牽引鋼繩牽拉至兩岸各自塔頂。施工人員在左岸將Φ16mm的鋼繩下放至塔底中跨側，通過無人機將先導索過河后通過循環牽引將Φ16mm鋼繩拖拉過跨。在右岸用塔吊將該鋼繩提升至左岸的塔頂，將該鋼繩和Φ21.5mm鋼繩連接。施工人員啟動左岸塔頂5t卷揚機，再將其Φ21.5mm鋼繩牽引過跨至右岸的塔頂，將兩邊的Φ21.5mm鋼繩再次連接起來，形成一個完整的牽引系統。

3.3 主索安裝

主要應用2Φ56（6×37+1-1960）鍍鋅鋼絲繩，每一根的長度均達到900m。在跨中重載工況下，主索最大垂度為f=21.5m，垂跨比為f/L=1/16，施工人員應當保證左、右幅主索對稱架設，從而有效地避免出現索塔偏載的情況。

主索索盤存放在主索錨碇后，利用吊車將索盤安裝在放索架上，將主索錨頭從索盤中放出后與臨時牽引索連接，啟動牽引卷揚機將主索牽引至塔頂附近，牽引過程中注意觀察主索長度，既要避免主索在地面上拖行也要避免主索放索不及時造成主索向后拽拉牽引索。當主索被牽引至索塔塔頂附近后，停止牽引卷揚機，用鋼繩將主索臨時錨固。用塔吊提升臨時牽引索讓其接頭跨過塔頂滑輪，再用塔吊將主索預留繩頭從主索鞍中設計位置穿過，將主索與臨時牽引再次連接并預留足夠長的主索繩頭，以保證能夠正常翻越對岸塔頂，然后啟動牽引卷揚機繼續牽引。

將第一根主索與一岸串索滑車相連，然后再對另一岸進行主索垂度調整。將臨時錨固鋼繩與主索臨時連接，然后將主索繩頭繞過調平滑車與收繩滑車組相連，滑車采用30t滑車，滑車之間用直徑Φ22mm鋼繩繞6線。牽動牽引索進行收繩，使主索垂度略大于安裝垂度（17.02m）后，調整臨時錨固的位置臨時錨固主索。同理安裝第二根主索，調整第二根主索垂度到位后將其與第一根主索相連，解除第一根主索的臨時錨固；然后安裝第三根主索，在與第二根主索錨固連接后調整垂度，然后依次完成余下主索安裝。主索與主索對接時，接頭的第一個繩卡到調平滑車的距離應＞3.5m。主索空索狀態下的中跨跨中垂度調整至安裝垂度，第一根主索通過測量控制安裝垂度，主索依據前面的狀態靈活調整，主索垂度誤差應控制＜5cm。

3.4 牽引索與起重索的安裝

操作中選用5t的卷揚機和Φ16mm的鋼繩，施工人員將起吊鋼繩牽引至右岸的索塔頂部，將轉向滑輪吊過塔頂，然后將鋼絲纏繞在上下吊架之間后，將繩頭臨時錨定在上吊架上。施工人員取下臨時牽引接頭，將鋼絲纏繞在牽引電纜的牽引滑輪和絞車的錨之間。在左岸索塔上面，施工人員安裝轉向滑輪，將Φ16mm的鋼絲繩放在塔架頂部，繞過轉向滑輪。使用塔式起重機將Φ16mm鋼絲繩吊至塔頂，并將其連接至下部吊架。松開起重絞車，擰緊塔頂5t絞車，將下部吊架拉至索塔基礎上進行臨時錨固，然后安裝吊點配重。之后，施工人員拆除塔頂與行走小車之間的臨時連接，并拆除下部吊架與索塔之間的臨時接頭。擰緊右岸的牽引絞車，然后松開左岸的提升和牽引絞車，將行走小車和吊點拉至右岸塔頂，纏繞并錨定牽引電纜，將提升電纜拉至右岸錨定位置，完成錨定工作。對于起重鋼絲繩，其在應用過程中的主要作用是有效控制起重部件的升降。施工人員通過操作將繩索的一端纏繞到左岸卷揚機卷筒上，然后將另一端通過滑輪組纏繞到右岸卷揚機卷筒上，這樣共同作業，能夠切實有效地提高作業效率。

3.5 纜風系統施工

在施工過程中，為了能夠有效地控制主索、起重索、牽引索、工作索等產生的不平衡水平力，盡可能地減少塔頂偏位情況。施工人員可以在兩岸的索塔上下游分別設置兩組縱向纜風索。其中，小樁號岸的縱向纜風索為8Φs15.24，初始張力為600kN，通纜風索為4Φ15.2，初始張力為350kN，大樁號岸的縱向纜風索為6Φs15.24，初始張力為500kN。

3.6 錨碇系統施工

該橋采用引橋墩基礎（5～8號墩、11～14號墩）作為扣掛體系的錨碇，采用樁錨+預應力巖錨的組合式錨碇。斜拉扣掛體系的所有錨索均錨固于兩岸引橋橋墩永久結構承臺上。預先在承臺內預埋鋼絞線，承臺內預埋Р型錨具及管道，首先在承臺頂或側面張拉預埋鋼絞線，然后采用鋼制轉換接頭與錨索相連。錨索應在作為錨碇的引橋墩的墩柱及蓋梁全部施工完成后方可進行張拉。施工人員對施工現場的地質情況進行調研，明確1∶0.75放坡開挖方案，同時施工人員要提前做好周邊臨時排水溝的開挖工作。開挖完成之后，及時清理基地，并檢驗基地的承載力，做好集水坑排水措施。此外，還要及時做好臨邊防護措施，制定應急方案，并構建人員上下通道。

巖錨索設計長度為24～47m，錨固段長度為12m，巖錨錨索應錨固于灰巖內，不得以角礫巖層為巖錨持力層。單束6根錨索設計張拉荷載為850kN，單束8根錨索設計張拉荷載為1100kN。

3.7 扣、錨索系統

選用Φj15.24(Rby=1860MPa)鋼絞線，施工人員將張拉端安置在索塔上，依據施工過程中對應的扣、錨索最大索力進行控制設計。

4 纜索系統試吊及監測

4.1 試吊

在本次施工中，纜索吊裝系統的最大吊重為15t，為了能夠使施工人員方便操作，使用鋼筋和型鋼作為試吊配重，之后再逐一進行檢查。在試吊之前，施工人員需要全面地在地錨、主纜等上面做好標記，并且交由專門的人員進行動態化監測，監測其變形的具體情況。當吊重運輸到跨中時，施工人員準確記錄不同荷載狀態下的工作垂度，不得出現較大的偏差。

試吊步驟：

（1）明確卷揚機的分次受力程度；

（2）由施工人員檢查該系統中各個部位的受力情況；

（3）施工人員將系統起吊且距離基準面的長度為10cm；

（4）再次檢查受力的具體情況；

（5）施工人員將牽引系統拉到跨中，而后再次仔細檢查；

（6）施工人員測試并記錄數據。

地錨：施工人員需要在地錨上設定標識點，并且動態化地監測其起吊之后是否出現變形或位移。

主索：施工人員在試吊之前，需要測量并記錄空載下的垂度。起吊運輸到二分之一跨的時候，再次測量和記錄垂度。結合現場實際情況，在兩岸河堤上選擇一個控制點，施工人員測量并記錄控制點到跨中的高程和距離。布置全站儀，讀出所測量豎直角，即可算出垂度值。主纜力可以使用頻譜分析儀進行測試，與計算值進行比較。

索塔：施工人員在塔頂上面安裝水平標尺，并應用全站儀逐一從上游、下游和主橋軸線兩個方向測量塔頂的位移情況，塔頂的位移最大不得超過[δ]=H/400。

4.2 監測

（1）檢查主索最大垂度，采用全站儀懸高測量。

（2）檢查索塔位移情況，包含纜風索初張力作用下的最大位移數據，以及每一次加載后索塔位移數據，將數據計算匯總之后反饋給指揮臺，便于下一步的操作方案制定。

（3）檢查索塔基礎沉降量，測量基礎頂面的標準高度，記錄數據；纜索作業完畢后，需要再次測量數據。

（4）檢查地錨位移量，需要提前在地錨位置做好標記，在試吊時動態化地觀測并記錄，了解吊運過程中地錨出現位移的情況，同時做好反饋工作，告知指揮臺。

（5）采用肉眼觀察、敲擊、辨別聲音等方式，檢查不同部位的變形情況，及時反饋。

（6）檢查索塔頂座滑輪、橫移系統等一系列動作情況，了解跑車、卷揚機組的行走和運轉速度。

（7）纜索吊裝系統作業到一定的負荷標準之后，施工人員需要檢查供電系統、設備線路，明確其是否達到標準。

（8）檢查通信設備的數量是否夠，并且檢查設備能否正常使用，通話內容是否清晰。準確真實地填寫試吊和測量結果記錄表，并進行反復核實，避免出現錯誤。各個觀測小組在工作時，隨時應用對講機和吊裝指揮臺保持聯系，做好系列反饋工作，及時處理異常情況。

5 結束語

我國歷經千百年來的發展，已經設計并修建了大量形態各異的橋梁，大跨度拱橋的施工強度較高，耐久性也比較好，不容易被腐蝕變形，極大程度地滿足了人們的出行生活，也帶動了各地經濟水平的發展。在大跨度拱橋的施工過程中，纜索吊裝系統的應用比較重要。為了能保障施工安全性，保障拱橋穩定性，設計人員必須要對影響纜索吊裝系統的關鍵因素進行分析，同時結合現實需求，制定完善的方案，提高纜索吊裝施工水平。對于可能出現的風險隱患，要提前進行預測，制定應急方案，有效地避免負面影響的進一步擴大。