周志貞

（南京蘇寧建設(shè)監(jiān)理有限公司， 江蘇 南京 210004）

1 工程概況

揚(yáng)州新建萬福大橋自萬福閘以南 240 m 處跨越廖家溝，總長 664 m，東西橋頭堡建筑總高度 109 m，該橋梁總體風(fēng)格為樓臺亭閣，模仿園林景廊設(shè)計(jì)，把建筑和橋梁完美結(jié)合在一起，是揚(yáng)州市首座雙層大橋。主橋?qū)?30.5 m，上層行車為機(jī)動(dòng)車道，下層供非機(jī)動(dòng)車和行人通行，實(shí)現(xiàn)人車分離。

大橋的主橋?yàn)槿珉p塔混凝土自錨式懸索橋,跨徑組合為94 m＋188 m＋94 m=376 m。全橋共兩根主纜，邊跨主纜每端增加兩根背索，共 8 根背索，錨固在主索鞍上。全橋主纜吊索共 98 根，順橋向間距 6 m，吊索與主纜索夾采用耳板連接,下端錨頭直接錨于主梁上,且設(shè)置球面錨墊板。主塔位置設(shè)置 20 根吊索，上端直接錨固于主塔上，下端直接錨固在主梁上。全橋索夾共 110 套，其中 98 套為有吊索索夾，12 套為封閉索夾，分布于主索鞍兩側(cè)及散索套前段。全橋共 4 套主索鞍，4 套散索套。

2 主索鞍吊裝概況

設(shè)計(jì)要求主索鞍采用全鑄型結(jié)構(gòu)，整鑄式主索鞍的外形輪廓尺寸長度達(dá)到 6.4 m，高度達(dá)到 3.6 m，寬度為 2.2 m，理論重量約 73 t。各筋板厚度尺寸為 60 mm，且各筋板中心線的延長均經(jīng)過主索鞍的主纜理論中心線的圓心位置，筋板只承受向心的作用力。主索鞍設(shè)在四個(gè)塔柱頂端的順橋向上橫梁上，其主要作用是：(1)支承主纜，承受主纜傳來的垂直力和水平力，并傳給索塔；(2)使主纜在塔頂轉(zhuǎn)折處保持合理的彎曲線形；(3)在懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工過程中，調(diào)整邊跨主纜與中跨主纜理論交點(diǎn)的位置以平衡各跨主纜的拉力。

主索鞍的工作原理如下：懸索橋主纜在無應(yīng)力狀態(tài)下，三跨主纜拉力是平衡的，但在施工過程中，隨著結(jié)構(gòu)質(zhì)量的增加，中跨主纜拉力加大，邊跨與中跨的拉力逐漸失去平衡。由于主纜與索鞍是固結(jié)的，因而中跨主纜就牽動(dòng)索鞍向跨中方向移動(dòng)，使中跨主纜與邊跨主纜拉力平衡。索鞍設(shè)有助滑機(jī)構(gòu)，可以沿主纜軸線滑動(dòng)，同時(shí)為了施工安全，設(shè)置長拉桿來控制索鞍的滑動(dòng)量。在索鞍安裝時(shí)，根據(jù)計(jì)算，將索鞍向邊跨偏離塔中心一定距離(稱預(yù)偏量)，并臨時(shí)與塔頂固定。在此情況下，主纜的不平衡力實(shí)際上通過索鞍傳給塔柱承受，塔柱產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，當(dāng)塔柱的彎曲應(yīng)力達(dá)到一定量值時(shí)，就解除鞍座與塔的固定，有控制地將索鞍向主塔彎曲方向的反向(一般是跨中方向)滑動(dòng)，使中跨主纜與邊跨主纜拉力平衡，從而消除塔柱的彎矩。在整個(gè)上部結(jié)構(gòu)施工過程中，有計(jì)劃地經(jīng)多次調(diào)整使主索鞍的中心與塔柱的中心重合，保證索塔在恒載作用下只承受垂直壓力。

主索鞍的重量達(dá)到 73 t，吊裝高度達(dá)到 80 m，屬超高超重型構(gòu)件的吊裝，如何將主索鞍安全、快速地吊裝至塔頂指定位置是本橋纜索系統(tǒng)施工控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 吊裝方案比選

3.1 方案 1

采用塔外吊裝方案：在主塔頂部搭設(shè)懸挑貝雷鋼桁架結(jié)構(gòu)，配用行走小車和 10 t 卷揚(yáng)機(jī)及 100 t 滑車組進(jìn)行吊裝，該方案以懸挑貝雷鋼桁架為主要承力構(gòu)件，雙層 6 片組合，懸臂長度達(dá)到 18 m。

該方案的優(yōu)點(diǎn)。(1)塔頂貝雷鋼桁架結(jié)構(gòu)可以就地取材、節(jié)約資源，利用工地現(xiàn)有材料進(jìn)行拼裝制作，因而制作方便，無需另行購買材料。(2)索鞍采用船只運(yùn)抵現(xiàn)場后可以直接從船上起吊，吊運(yùn)至塔頂，不需倒運(yùn)，對橋梁、房建結(jié)構(gòu)本身均無影響。(3)鞍體在吊裝過程中可設(shè)置尼龍繩控制風(fēng)纜，便于保持和調(diào)整吊裝過程中鞍體的位置狀態(tài)。(4)貝雷鋼桁架在現(xiàn)場拼裝后可利用塔吊分塊件吊裝至塔頂進(jìn)行安裝，方便快捷。

該方案的缺點(diǎn)。(1)懸臂長度達(dá)到 18 m，吊裝時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)比較大，采用如此超長的懸臂結(jié)構(gòu)將 73 t 重的大型構(gòu)件吊運(yùn)至 80 m 高的索塔頂部，施工方無類似工程經(jīng)驗(yàn)。(2)該貝雷鋼桁架承力結(jié)構(gòu)，需要在塔頂設(shè)置鋼桁架支座和在塔柱上設(shè)置桁架三角撐，結(jié)構(gòu)受力計(jì)算比較復(fù)雜，如三角撐節(jié)點(diǎn)的受力計(jì)算；如何保證貝雷鋼桁架的側(cè)向穩(wěn)定性，其抗傾覆能否達(dá)到要求；吊裝小車移動(dòng)時(shí)，貝雷梁剪應(yīng)力隨位置不斷變化，能否達(dá)到要求；以及貝雷鋼桁架支座處索塔混凝土強(qiáng)度能否滿足要求等，均比較繁瑣。(3)預(yù)埋件比較多，三角撐安裝操作困難，不便施工，該方案需在塔柱及塔頂橫梁施工時(shí)預(yù)埋三角撐和支座預(yù)埋件，由于塔柱頂部設(shè)有豎向預(yù)應(yīng)力束和橫梁縱橫向預(yù)應(yīng)力束，鋼筋密集，管道交叉，不便于預(yù)埋件的安裝，三角撐高空安裝無法設(shè)置作業(yè)平臺，不利于保障安裝作業(yè)人員的生命安全。(4)由于空間的限制，主鞍在吊裝到塔頂高度只能在橫橋向臨時(shí)放置，在拆除塔頂?shù)跹b貝雷鋼桁架后，需重新搭設(shè)門架進(jìn)行鞍體轉(zhuǎn)體及就位，即將鞍體轉(zhuǎn)移至順橋向上橫梁設(shè)計(jì)指定位置。(5)需安裝鋼桁架支座、三角撐、貝雷鋼桁架及轉(zhuǎn)移門架等，組裝工程量較大，施工周期較長，不利于工期控制。

3.2 方案 2

采用塔內(nèi)吊裝方案：在主塔頂部設(shè)置吊裝鋼桁架，配行走小車，10 t 卷揚(yáng)機(jī)及 100 t 滑車組進(jìn)行吊裝。

該方案的優(yōu)點(diǎn)。(1)采用塔內(nèi)吊裝，在主塔頂設(shè)置吊裝鋼桁架，技術(shù)成熟，成功案例較多，有利于降低安全風(fēng)險(xiǎn)。(2)吊裝鋼桁架可由專業(yè)廠家加工制造，不占用關(guān)鍵工期，有利于總工期的控制。(3)吊裝鋼桁架可根據(jù)塔吊起重能力分為幾個(gè)塊件吊至塔頂后進(jìn)行拼裝，方便靈活，拼裝占用時(shí)間短。(4)除需在塔頂設(shè)置吊裝鋼桁架行走軌道預(yù)埋件外，無需設(shè)置其他預(yù)埋件，施工方便。(5)該方案因在塔頂設(shè)置了吊裝鋼桁架行走軌道，鋼桁架可以沿橫橋向自由行走，因此可以將鞍體吊至塔頂后直接橫移至順橋向上橫梁設(shè)計(jì)指定位置。(6)吊裝鋼桁架受力途徑清晰，便于結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，安全可靠。

該方案的缺點(diǎn)。(1)受現(xiàn)場塔吊起重能力和運(yùn)輸能力的限制，吊裝鋼桁架需要分為幾個(gè)塊件制作，對加工制造有一定的拼裝精度要求，需要在出廠前進(jìn)行預(yù)拼裝，塔頂拼裝精度要求高。(2)吊裝鋼桁架需委托有專業(yè)資質(zhì)的單位另行加工制造，會增加一定成本。(3)該方案需將鞍體轉(zhuǎn)運(yùn)至塔頂下方的橋面主梁上方可起吊，需在橋面設(shè)置鞍體轉(zhuǎn)移裝置，同時(shí)由于鞍體重量達(dá)到 73 t，因此需對橋體主梁結(jié)構(gòu)本身(如主梁空箱部位)和模板支架進(jìn)行加固。(4)由于本工程為橋梁和房建的結(jié)合體，每個(gè)索塔的四個(gè)塔柱之間均設(shè)有房建樓層結(jié)構(gòu)，因此主鞍采用塔內(nèi)吊裝提升時(shí)需要穿過四層樓板，需在樓板上預(yù)留吊裝洞口，而每層樓板均有型鋼混凝土梁與吊裝上行線路干涉，所以各層樓板開洞為避開型鋼混凝土梁而使各層樓板洞口沿豎向不完全在同一位置，其洞口尺寸和方向也不能滿足主索鞍直接水平吊裝要求。需要在吊裝過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)體，這部分施工需通過特殊吊具設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)鞍體的空中旋轉(zhuǎn)。具體為：水平起吊→90° 豎轉(zhuǎn)→90° 平轉(zhuǎn)→通過二、三層樓板洞→90° 平轉(zhuǎn)恢復(fù)→通過四、五層樓板洞→90° 豎轉(zhuǎn)恢復(fù)水平→小車平移就位。這需要多次翻轉(zhuǎn)鞍體并穿越樓層洞口，必須找準(zhǔn)鞍體的重心位置，很難保證吊裝過程中的鞍體姿態(tài)，不可控因素較多，若和樓板發(fā)生碰撞將非常危險(xiǎn)。

3.3 方案3

采用塔外吊裝方案：采用 500 t 內(nèi)河拼裝式浮吊，120 m主臂，60° 起吊角，整體吊裝的方式直接將鞍體吊至上下游順橋向上橫梁設(shè)計(jì)指定位置。

該方案的優(yōu)點(diǎn)。(1)采用 500 t 浮吊，120 m 主臂，60° 起吊角時(shí)起重能力達(dá)到 95 t，該工況浮吊能從下游側(cè)直接吊裝主鞍到上游側(cè)，施工迅速、便捷。(2)由于鞍體能夠一次性吊裝就位，因此無需在塔頂另行設(shè)置專用吊裝鋼桁架轉(zhuǎn)移鞍體，不需要單獨(dú)設(shè)置預(yù)埋件等其他構(gòu)配件及設(shè)備，這有利于減少交叉施工，便于施工組織管理。(3)不需要房建樓板開洞，不需要將鞍體倒運(yùn)至橋面并轉(zhuǎn)移，對橋梁、房建本體結(jié)構(gòu)施工無任何影響。(4)在滿足起吊能力的前提下直接將鞍體吊裝就位，不需要頻繁變換鞍體空中姿態(tài)，比較安全可靠。

該方案的缺點(diǎn)。(1)因浮吊屬大型起重吊裝設(shè)備，故相比在塔頂設(shè)置吊裝鋼桁架吊裝方案，采用浮吊吊裝方案成本較高。(2)為滿足浮吊作業(yè)需要，需提前拆除下游主跨側(cè)轉(zhuǎn)角(約 1/4 面積)部位棧橋，對房建施工材料運(yùn)輸會造成一定影響。

通過以上比較可知：采用浮吊塔外吊裝方案具有明顯的安全和工期優(yōu)勢，施工中首先應(yīng)保證安全、質(zhì)量，其次才是工期和費(fèi)用。因此選擇方案 3，即采用 500 t 浮吊直接吊裝。

4 方案計(jì)算

4.1 浮吊吊裝能力復(fù)核

500 t 浮吊機(jī)械性能如表 1。

表1 500 t浮吊機(jī)械性能(120 m吊桿)

由此可知：500 t 浮吊，起重主臂 120 m，起吊角度 60°時(shí)：起重能力 95 t，起重高度 103.92 m，水平距離 60 m。本橋鞍體重量 73 t，吊裝高度 80 m，水平距離 44 m，完全滿足安全起吊要求。

4.2 鞍體吊裝吊具計(jì)算

索鞍重約 73 t，吊裝采用雙吊鉤，吊具采用制造時(shí)預(yù)留的 4 個(gè)吊耳，通過卸扣同吊裝鋼絲繩連接，吊具鋼絲繩另一端掛到浮吊吊鉤上。根據(jù)要求，鋼絲繩夾角不大于 60°，單個(gè)吊鉤規(guī)格不得低于 50 t；吊具單根鋼絲繩受力：73 t/(4×cos30°)=21.07 t，因此，卸扣規(guī)格不小于 25 t；根據(jù) GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，鋼絲繩安全系數(shù)不得低于 4，因此，選用的吊具鋼絲繩破斷拉力不得小于 84.28 t，鋼絲繩直徑大于 44 mm。

5 主索鞍吊裝工藝流程(見圖 1)

圖1 主索鞍吊裝工藝流程

6 監(jiān)理控制要點(diǎn)

6.1 吊裝前準(zhǔn)備階段

(1)要求施工方編制《主索鞍吊裝安全專項(xiàng)施工方案》并邀請 5 名以上專家對方案進(jìn)行論證，監(jiān)理應(yīng)主持召開會議。施工方按專家意見完善細(xì)化方案并經(jīng)專家組組長簽字同意后報(bào)監(jiān)理審批。

(2)編制詳細(xì)的監(jiān)理實(shí)施細(xì)則，組織監(jiān)理部成員學(xué)習(xí)方案、細(xì)則，明確監(jiān)理工作程序、內(nèi)容、要求等，做到了然于胸、齊抓共管。

(3)督促施工方制定吊裝作業(yè)指導(dǎo)書并進(jìn)行詳細(xì)的安全技術(shù)交底，相關(guān)記錄報(bào)監(jiān)理部存檔，簽字手續(xù)必須齊全。

(4)對鞍座底板軸線偏位、高程及四角水平度進(jìn)行測量復(fù)核，其高程按照監(jiān)控要求的預(yù)抬高量進(jìn)行控制，確認(rèn)符合要求后，采用極座標(biāo)法在鞍座底板上放樣主鞍軸線，定出主鞍中心位置及橫向中心線并用油漆做好標(biāo)記，同時(shí)標(biāo)出鞍體四周外邊線。

(5)根據(jù)監(jiān)控要求，主索鞍吊裝后需進(jìn)行預(yù)偏定位，通過對索鞍預(yù)埋底板，頂推反力架預(yù)埋位置的精確測量，以及索鞍的測量，提前計(jì)算下料準(zhǔn)備好型鋼擋塊，以便索鞍吊裝就位后進(jìn)行限位，保證主纜架設(shè)過程中索鞍位置不發(fā)生變化。

(6)會同施工方對河床標(biāo)高進(jìn)行測量，確保低潮位時(shí)浮吊作業(yè)水深不低于 2.2 m，水深不足 2.2 m 處應(yīng)提前疏浚。

(7)根據(jù)浮吊作業(yè)位置模擬，組織檢查棧橋拆除范圍是否滿足浮吊吊裝作業(yè)區(qū)域要求，同時(shí)應(yīng)注意棧橋的拆除不得影響原有主梁支架。

(8)檢查浮吊的適航證書、起重設(shè)備證書等各項(xiàng)證書是否齊全、有效，年度檢驗(yàn)是否合格；最低安全配員是否符合規(guī)定；船長、輪機(jī)長、起重司機(jī)、起重指揮等特種作業(yè)人員是否持證上崗；浮吊作業(yè)性能參數(shù)是否符合方案要求等。

(9)對鞍體外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，檢查鞍體有無變形、損傷和刮碰痕跡，防護(hù)涂層是否完好，確認(rèn)符合要求才能安裝。

(10)提前了解天氣情況，注意避開大風(fēng)、雨雪等惡劣天氣。

(11)組織召開索鞍吊裝專題協(xié)調(diào)會，明確各方職責(zé)、配合要求等，塔頂、橋面、浮吊均安排專人負(fù)責(zé)，并安排一名負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)。

6.2 吊裝階段

(1)浮運(yùn)式起重機(jī)必須按拼裝式吊機(jī)的有關(guān)規(guī)程執(zhí)行，其船舶拖運(yùn)按交通航行部門的有關(guān)條例、規(guī)章執(zhí)行。拼裝吊機(jī)前，必須進(jìn)行船體穩(wěn)定和基礎(chǔ)加固，不能使船體因局部受力而破壞。固定停泊后，應(yīng)將系纜和電纜固定好，電纜須保持一定松弛度，以防水位變化而將電纜繃斷。應(yīng)注意吊機(jī)的定位和錨固，經(jīng)檢查符合要求后再進(jìn)行起吊拼裝。

(2)起吊作業(yè)前應(yīng)檢查各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是否正常，主要部位螺栓有無松動(dòng)，制動(dòng)器是否良好；檢查錨泊、纜繩是否系緊，甲板上有無物件妨礙吊機(jī)回轉(zhuǎn)；檢查電器設(shè)備完好情況和電纜的絕緣情況。

(3)起吊時(shí)保持通訊暢通，司機(jī)與指揮人員須按規(guī)定手勢和信號進(jìn)行作業(yè)。在吊船的有效半徑和有效高度內(nèi)，不得有妨礙物，并經(jīng)常檢查錨泊固定纜繩的緊固情況，防止起吊時(shí)船舶走位。

(4)因本橋距萬福閘較近，只有 240 m，所以應(yīng)提前和萬福閘管理部門溝通協(xié)調(diào)好在浮吊吊裝主鞍作業(yè)時(shí)，萬福閘暫停開閘放水，防止水流湍急，發(fā)生意外。

(5)吊裝時(shí)房建樓層暫停作業(yè)，所有人員撤離樓層。

(6)索鞍吊裝采用雙吊鉤，索鞍吊具采用制造時(shí)預(yù)留的四個(gè)吊耳，通過卸扣同吊裝鋼絲繩連接，鋼絲繩另一端掛到浮吊吊鉤上。根據(jù)使用要求，鋼絲繩夾角不大于 60°，檢查卸扣及鋼絲繩的起重能力應(yīng)滿足要求。

(7)為確保正式吊裝過程中的安全，在索鞍吊裝前，根據(jù)要求，對浮吊進(jìn)行試吊檢驗(yàn)，試吊成功后進(jìn)行主索鞍的正式吊裝。即正式提升前進(jìn)行一次試提升，將鞍體提高 0.2 m 后，靜置 5 min，然后上下移動(dòng) 50 mm，再靜置 5 min，以檢驗(yàn)鞍體是否平衡穩(wěn)定，浮吊各項(xiàng)電氣、儀表、無線電、機(jī)械設(shè)備是否運(yùn)行正常等，經(jīng)觀察無異常情況后，繼續(xù)向上緩慢、勻速、平穩(wěn)地將鞍體吊放至指定預(yù)偏位置。

(8)主索鞍安裝就位后，應(yīng)督促及時(shí)用防雨器材進(jìn)行遮蓋，保證在主鞍室完工前，索鞍不被雨淋，保持鞍槽的清潔干燥。

7 建 議

由主纜的纜力(無論主索鞍是否存在附加索)分析：根據(jù)力的三角形原理，邊跨端的纜力分解成對主塔的壓力和向邊跨方向的水平分力；中跨端的纜力分解成對主塔的壓力和向中跨方向的水平分力；最終要使主塔處于水平方向受力平衡，就需要中跨和邊跨主纜纜力水平方向的分力大小相等、方向相反(如圖 2 所示)。如果考慮主纜對主索鞍的受力關(guān)系方面，主索鞍僅僅承受來自于主纜的壓力。

圖2 受力圖

從圖 2 分析，索鞍承受的來自主纜的壓力的作用點(diǎn)始終指向圓心 0 點(diǎn)，承受向心力，即無論把主索鞍分作多少部分，都是承受擠壓狀態(tài)，也即主索鞍內(nèi)部主要承受壓應(yīng)力。所以主索鞍從理論上分析是可以分部分制作和安裝的。為了實(shí)現(xiàn)主索鞍的結(jié)構(gòu)整體性，可采用定位銷對兩半鞍體進(jìn)行定位，以保證鞍槽的平順性，同時(shí)采用高強(qiáng)螺栓將兩半鞍體連接，使其成為一個(gè)整體，以保證相對位置的固定，在使用過程中不發(fā)生相對位移。該種結(jié)構(gòu)形式就是分體式主索鞍的結(jié)構(gòu)形式(見圖 3)。

圖3 分體式主索鞍的結(jié)構(gòu)形式

分體式主索鞍的結(jié)構(gòu)形式已在泰州長江大橋、青島膠州灣大橋大沽河航道橋等跨江跨海大橋中得到應(yīng)用。采用分體式主索鞍的結(jié)構(gòu)形式后，本橋主索鞍的長度尺寸只有原來一半，重量分別為 40 t 和 35 t，幾乎為原來一半，現(xiàn)場安裝時(shí)不需要較大噸位的吊裝設(shè)備，可以大大降低吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約吊裝成本，同時(shí)對鑄造廠鑄造能力的要求也比整鑄式主索鞍的要求低，其運(yùn)輸也較便利。綜上所述，采用分體式主索鞍方案技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，優(yōu)于整鑄式主索鞍方案，因此建議在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)明確采用分體式主索鞍方案，以體現(xiàn)設(shè)計(jì)對施工的指導(dǎo)性：安全可靠、便于施工。

8 結(jié) 語

本工程通過主索鞍吊裝方案比選，最終選擇 500 t 浮吊塔外吊裝方案成功將 73 t 重主索鞍安全、快速地吊裝至 80 m 高的索塔頂部，每個(gè)主索鞍從開始起吊到就位落鉤平均耗時(shí)約90 min，為類似工程積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] JTG/TF 50—201,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB/T 3811—2008,起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].