摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，近年來(lái)大跨度鋼管混凝土拱橋也得到空前的發(fā)展，其施工方法也逐漸呈現(xiàn)多樣化，例如：支架法、懸臂拼裝法、轉(zhuǎn)體法、懸索吊裝法、纜索吊機(jī)及扣掛法等。每種施工技術(shù)又有很多地方不盡相同。大多數(shù)情況下，大跨度鋼管混凝土拱橋采用纜索吊機(jī)及扣掛法施工技術(shù)，經(jīng)實(shí)踐證明，大跨度鋼管混凝土拱橋采用纜索吊機(jī)及扣掛法施工技術(shù)，是最為結(jié)構(gòu)合理，最為施工快捷有效，最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用安全，最為成功的施工技術(shù)。文章通過(guò)對(duì)湖北省五峰縣漢陽(yáng)河特大橋施工中采用的纜索吊機(jī)及扣掛法施工技術(shù)進(jìn)行分析，對(duì)于纜索吊機(jī)及扣掛法在施工大跨度鋼管拱橋施工中的應(yīng)用有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：纜索吊機(jī)；扣掛法；大跨度；拱橋

1 工程概況

漢陽(yáng)河特大橋位于湖北省五峰縣漁洋關(guān)鎮(zhèn)，橋平面部分位于曲線上，部分位于直線上，縱斷面位于直線上。主橋?yàn)樯铣惺戒摴芑炷凌旒芄皹?，拱肋凈?71m，凈矢高33m，矢跨比1/5.18，拱軸系數(shù)m=1.65。

全橋共四片桁架，兩道拱肋中心距8.6米；兩道拱肋之間設(shè)有13道風(fēng)撐以保證拱肋橫向穩(wěn)定；拱上立柱采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，管內(nèi)灌注自密實(shí)C50混凝土，橋址區(qū)屬構(gòu)造沖蝕侵蝕低山地貌區(qū)，擬建大橋跨越一北西-南東向峽谷，峽谷剖面呈開(kāi)闊的“U”字型，上緩下陡。區(qū)內(nèi)谷嶺標(biāo)高216.0～310.0m，相對(duì)切割深約94m。

具體布置詳見(jiàn)“圖1 漢陽(yáng)河特大橋總體布置圖”。

2 總體施工方案確定

采用纜索吊機(jī)扣掛法施工鋼管混凝土拱橋，常規(guī)做法是纜索吊布置兩座索塔作為纜索吊機(jī)支墩，后方采用錨錠錨固纜索吊機(jī)承重索，在兩座索塔之間對(duì)稱布置兩座扣錨塔作為扣索支撐，后方布置錨錠錨固扣索。纜索吊機(jī)分節(jié)段吊裝拱肋，安裝到位后分別通過(guò)錨固于扣索錨錠，使拱肋處于懸臂狀態(tài)。無(wú)特殊受地形限制情況，纜塔與扣塔做分離設(shè)計(jì)。在漢陽(yáng)河特大橋中，主跨為171米，橋址所在地形相對(duì)較好，采用主扣塔分離的方案。

3 纜索吊機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 纜索吊機(jī)系統(tǒng)總體布置

主橋采用纜索吊機(jī)作為上部結(jié)構(gòu)施工的起吊設(shè)備。纜索吊機(jī)由繩索系統(tǒng)、塔架系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、纜風(fēng)系統(tǒng)、機(jī)械和電氣系統(tǒng)等組成，其縱橋向跨徑布置為：116m+346m+71.18m。具體布置詳見(jiàn)“圖2纜索吊機(jī)總布置示意圖”。

3.2 纜索吊機(jī)系統(tǒng)的組成

（1）纜塔穩(wěn)定系統(tǒng)：即風(fēng)纜，由纜塔通風(fēng)纜以及纜塔后風(fēng)纜組成。在兩側(cè)山體設(shè)置錨碇，風(fēng)纜在塔頂錨固。（2）繩索系統(tǒng)：由主索，起重索，牽引索組成。主索為2-4φ56mm鋼絲繩（6×37S+IWR），并跨過(guò)兩纜塔主索鞍連接于兩岸錨錠外側(cè)的錨固梁上；起重索為4-1φ21.5mm鋼絲繩（6×37S+FC），錨固端設(shè)置于對(duì)岸的纜塔錨錠中；牽引索為4-1φ26mm鋼絲繩（6×37S+FC），錨固端設(shè)置于同岸的纜塔錨錠中。（3）吊點(diǎn)系統(tǒng)：分為跑車(chē)、上下天車(chē)掛架、吊點(diǎn)扁擔(dān)梁三部分，全橋共設(shè)置四套跑車(chē)、吊點(diǎn)，兩套扁擔(dān)梁。（4） 索鞍：索鞍由限位塊、底部分配梁、連接橫梁、橫梁、繩索轉(zhuǎn)向及繩索導(dǎo)向裝置等構(gòu)件組成。（5）卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)：卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)由牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)、起重卷?yè)P(yáng)機(jī)、地錨轉(zhuǎn)向滑輪三部分組成。卷?yè)P(yáng)機(jī)及地錨轉(zhuǎn)向滑輪均布置在纜塔錨碇位置正前方，單側(cè)分別布置一臺(tái)8t起重卷?yè)P(yáng)機(jī)、一臺(tái)12t牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)及若干轉(zhuǎn)向滑輪。（6）錨固系統(tǒng)：主索及纜塔后風(fēng)纜均錨固于錨碇上，錨固梁采用無(wú)縫鋼管制造，鋼管內(nèi)填充混凝土。（7）電氣系統(tǒng)：主要包括電路控制系統(tǒng)、限位裝置、避雷裝置等。

3.3 纜索吊機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）額定起重重量為60t。（2）最大吊重垂跨比：1/14.5。（3）提升速度：0～4m/min。（4）牽引速度：0～4m/min。（5）最大提升高度50m。（6）主索索鞍最大橫移距離為5.2m（從橋中線計(jì)算）。（7）最大吊重時(shí)的起吊盲區(qū)：距兩岸纜塔中心18m范圍內(nèi)。

4 扣錨體系

4.1 扣錨體系總體布置

拱肋懸臂拼裝施工過(guò)程中，每拼裝一個(gè)節(jié)段，張拉一組（兩束）扣錨索以平衡拱肋自重，并調(diào)整拱肋高程至目標(biāo)位置。在交界墩頂設(shè)置扣塔及扣錨梁，拱肋上設(shè)置扣點(diǎn)，兩岸設(shè)置錨錠。具體布置詳見(jiàn)“圖3扣錨體系總布置示意圖”。

4.2 扣錨體系的組成

4.2.1 錨碇

扣塔錨碇KM1位于左側(cè)0#橋臺(tái)前，沿橋中線兩側(cè)各布置一個(gè)，用以錨固左側(cè)錨索鋼絞線，單個(gè)錨碇設(shè)計(jì)抗拉拔力為260kN。其混凝土錨碇體厚1.6m，橫橋向?qū)?.5m，呈68°傾角背靠山坡，利用4束9-ΦS15.20斜向預(yù)應(yīng)力錨索錨固于山體巖層。

扣塔錨碇KM2位于右側(cè)引橋中心線上，用以錨固右側(cè)錨索鋼絞線，單個(gè)錨碇設(shè)計(jì)抗拉拔力為520kN。其混凝土錨碇體厚1.6m，橫橋向?qū)?m，呈62°傾角背靠山坡，利用6束9-ΦS15.20斜向預(yù)應(yīng)力錨索錨固于山體巖層。

4.2.2 扣索、錨索

扣、錨索材料均為ΦS15.2mm的鋼絞線。扣索下端通過(guò)鋼絞線P錨連接在拱肋扣點(diǎn)的錨箱上，錨箱與扣點(diǎn)錨拉板間銷(xiāo)接；扣索上端在交界墩頂或扣塔頂?shù)目坼^梁上通過(guò)鋼絞線張拉端錨具整束張拉、錨固；每束扣索均對(duì)應(yīng)掛設(shè)、張拉一束錨索以平衡扣索水平力，使交界墩墩身或扣塔在施工過(guò)程中主要承擔(dān)豎向力。錨索鋼絞線下端每2根1組通過(guò)連接錨板和P錨與扣塔錨碇預(yù)埋無(wú)粘結(jié)鋼絞線的外露部分連接。錨索上端也在交界墩頂或扣塔頂?shù)目坼^梁上通過(guò)鋼絞線張拉端錨具整束張拉、錨固。每個(gè)拱肋節(jié)段的每根上弦桿鋼管上各設(shè)置一束扣索，同時(shí)相應(yīng)設(shè)置一束錨索，扣索、錨索編號(hào)與拱肋的節(jié)段編號(hào)對(duì)應(yīng)。全橋共設(shè)扣索、錨索各24束。

4.2.3 扣塔及扣錨梁

在左側(cè)3#交界墩頂設(shè)置一座扣塔用以將左側(cè)3#扣索、錨索的豎向荷載及不平衡水平力傳遞給交界墩?？鬯呒s6.8m，采用焊接鋼管結(jié)構(gòu)。扣塔單幅橋設(shè)4根Φ320×8的立柱鋼管，布置于交界墩上方及附近。立柱鋼管間通過(guò)Φ219×6鋼管聯(lián)結(jié)系連接為整體。立柱鋼管底部通過(guò)預(yù)埋件與帽梁固結(jié)。交界墩帽梁頂單幅橋布置4根扣錨梁，1#～2#扣索和錨索分別錨固于對(duì)應(yīng)編號(hào)的扣錨梁兩端。在扣塔頂直接設(shè)置縱橋向3#扣錨梁，用以錨固左側(cè)3#扣錨索。

在右側(cè)4#交界墩帽梁頂單幅橋布置6根扣錨梁，1#～3#扣索和錨索分別錨固于對(duì)應(yīng)編號(hào)的扣錨梁兩端?？坼^梁下部通過(guò)分配梁、支架以及預(yù)埋件與交界墩焊接固結(jié)。

4.2.4 扣點(diǎn)

扣點(diǎn)是扣索與拱肋上弦桿鋼管的連接結(jié)構(gòu)?？埸c(diǎn)主要由錨拉板、鋼管加勁板、錨箱等組成。所有扣點(diǎn)均繞弦桿軸線橫橋向旋轉(zhuǎn)一定角度焊接，以適應(yīng)扣索的橫向角度。

5 鋼管拱肋吊裝

主跨拱肋分7個(gè)節(jié)段吊裝，共計(jì)14吊。采用運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至起吊平臺(tái)，為了方便構(gòu)件起吊，避免構(gòu)件起吊后的橫向移動(dòng)，纜索吊機(jī)在構(gòu)件起吊前利用索鞍橫移裝置將主索索鞍橫移至待安裝節(jié)段的橫橋向位置，使得待安裝拱肋構(gòu)件位于構(gòu)件待安位置正下方或天車(chē)順橋向走行線上，然后采用纜索吊機(jī)起吊安裝。

拱肋吊裝節(jié)段重量分別為：第一節(jié)50.57t，第二節(jié)44.56t，第三節(jié)42.01t，第四節(jié)34.75t。

6 纜索吊機(jī)檢算

6.1 主索計(jì)算

施工工況計(jì)算如下：

綜合考慮上述荷載（見(jiàn)表1），計(jì)算的工況及對(duì)應(yīng)的單根主索計(jì)算參數(shù)（見(jiàn)表2）。主索計(jì)算成果表（見(jiàn)表3）。（表中左、右所指方向與主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙所規(guī)定的左、右方向相同；索鞍橫移的y坐標(biāo)，以橋梁中心線處為原點(diǎn)，指向左側(cè)為正，指向右側(cè)為負(fù)，下同。）

6.2 風(fēng)纜設(shè)計(jì)參數(shù)

纜塔風(fēng)纜配置如下：

后風(fēng)纜：宜昌側(cè)：2×6φs15.2鋼絞線；來(lái)鳳側(cè)：2×9φs15.2鋼絞線。

通風(fēng)纜：左右側(cè)各2φ39鋼絲繩。

6.3 計(jì)算模型

纜塔立柱、橫梁、橫撐均采用梁?jiǎn)卧?，纜塔底部鉸結(jié)于基礎(chǔ)。后風(fēng)纜采用桁架單元，通風(fēng)纜均采用只受拉索單元。主索、牽引索、起重索對(duì)塔架的作用簡(jiǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載。建立的計(jì)算模型見(jiàn)圖4。

（1）纜塔頂荷載

將作用于纜塔頂?shù)闹魉?、牽引索、起重索索力換算成作用于索鞍的節(jié)點(diǎn)荷載。根據(jù)第三章主索相關(guān)計(jì)算，得到各工況下纜塔頂荷載如表 4。其中Fx為順橋軸線方向水平力，以指向大里程方向?yàn)檎?；Fy為橫橋向水平力，以指向左側(cè)為正；Fz為豎向力，以指向上方為正。索鞍橫移的位置參見(jiàn)第三章。

（3）風(fēng)荷載

作用于纜塔的風(fēng)荷載按工作狀態(tài)風(fēng)壓152N/m2及非工作狀態(tài)風(fēng)壓550N/m2考慮正（大里程方向）反（小里程方向）兩個(gè)方向分別計(jì)算。

（4）工況組合

工作狀態(tài)取自重、額定吊重時(shí)纜塔頂荷載、風(fēng)纜初張力與工作風(fēng)荷載組合；非工作工作狀態(tài)取自重、空車(chē)時(shí)纜塔頂荷載、風(fēng)纜初張力與非工作風(fēng)荷載組合。具體工況組合見(jiàn)表6。

6.4 計(jì)算結(jié)果

按上述計(jì)算模型及荷載計(jì)算得各工況下纜塔頂縱橋向位移及單根風(fēng)纜最大索力見(jiàn)表7，其中縱橋向位移以指向大里程方向?yàn)檎?/p>

依據(jù)纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置，各項(xiàng)工況受力均滿足受力要求。纜索吊裝系統(tǒng)按工藝要求拼裝完成后進(jìn)行試吊。

7 纜索吊裝系統(tǒng)安裝要點(diǎn)

纜塔采用鋼管拼裝，底部設(shè)置鉸座及分配梁，頂部設(shè)置萬(wàn)能桿件橫梁，橫梁上布置分配梁、滑道梁及索鞍，纜塔立柱間設(shè)置橫撐。

（1） 纜塔底節(jié)鉸座及分配梁安裝時(shí)，設(shè)置臨時(shí)支柱。臨時(shí)支柱與纜塔立柱間抄墊緊密，待纜塔體系轉(zhuǎn)換時(shí)拆除臨時(shí)支柱。

（2） 纜塔立柱間通過(guò)螺栓連接，安裝時(shí)保證法蘭間密貼、螺栓緊固。

（3） 在立柱桿件及節(jié)段吊運(yùn)過(guò)程中，需采取抄墊、臨時(shí)連接等有效措施，防止鋼管立柱變形。

（4） 吊裝用鋼絲繩每次吊裝前進(jìn)行檢查，確保使用安全，其最小破斷力滿足吊裝安全系數(shù)要求。

（5） 塔頂萬(wàn)能桿件橫梁嚴(yán)格按施工設(shè)計(jì)圖拼裝，節(jié)點(diǎn)處的螺栓連接用扳手?jǐn)Q緊后再用扭矩扳手來(lái)校正擰緊力矩。

（6） 纜塔安裝過(guò)程中，每拼裝一節(jié)，均應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，并滿足以下要求：a.平面軸線對(duì)理論位置的最大偏移量，不大于被測(cè)長(zhǎng)度的1/1000。b.立柱軸線對(duì)基準(zhǔn)平面的垂直度誤差不得大于高度的1/500。c.在縱、橫截面內(nèi)，兩對(duì)角線長(zhǎng)度的允許最大誤差為最大邊長(zhǎng)的1/1000。d.塔頂橫梁節(jié)間弦桿和腹桿的傾斜度控制在長(zhǎng)度的1/750以內(nèi)。

（7） 纜塔第四節(jié)拼裝完成后，在頂部設(shè)置臨時(shí)風(fēng)纜。纜塔全部拼裝完成后及時(shí)安裝永久風(fēng)纜。

（8） 塔身安裝完畢后，按施工設(shè)計(jì)拼裝工作平臺(tái)，并做好安全防護(hù)。

8 纜索吊裝系統(tǒng)技術(shù)保障

（1） 纜索吊裝系統(tǒng)所有受力結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算，并進(jìn)行復(fù)核，在技術(shù)上確保結(jié)構(gòu)安全。

（2） 進(jìn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備及鋼絲繩，鋼絞線均要進(jìn)行全面檢查。檢查項(xiàng)目包括：生產(chǎn)許可證、型號(hào)規(guī)格和數(shù)量、保養(yǎng)情況、有無(wú)磨損等等。對(duì)鋼絞線和鋼絲繩還應(yīng)進(jìn)行破斷拉力試驗(yàn)。

（3） 塔基和地錨所使用的混凝土應(yīng)保證混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（4） 根據(jù)本橋的纜索吊裝施工特點(diǎn)建立無(wú)支架纜索吊裝系統(tǒng)施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便保證纜索吊裝系統(tǒng)在后期運(yùn)行期間的安全性，使整個(gè)纜索吊裝系統(tǒng)施工過(guò)程處于可控狀態(tài)。

（5） 施工過(guò)程中各職能部門(mén)均進(jìn)行技術(shù)交底，及時(shí)分析解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

（6） 纜索吊裝系統(tǒng)安裝完成后必須進(jìn)行檢查和試吊。

9 應(yīng)用與效果

湖北省五峰縣漢陽(yáng)河鋼管拱橋采用了纜索吊機(jī)及扣掛法的施工技術(shù)已于2014年10月30日完工。纜索吊機(jī)及扣掛法在大跨度鋼管拱橋中的施工技術(shù)又一次得到成功的驗(yàn)證。本橋?yàn)槔|索吊機(jī)及扣掛法拱橋施工技術(shù)在同類(lèi)橋梁施工中積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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