李哲+陳圓圓+孫克強(qiáng)

摘 要：斜拉扣掛法施工屬于拱橋無(wú)支架纜索吊裝法的一種，扣索多為對(duì)稱(chēng)布置。西芹大橋?yàn)橹骺?30m的下承式簡(jiǎn)支拱橋，受環(huán)境、地理?xiàng)l件影響，需采用非對(duì)稱(chēng)斜拉扣掛體系施工。本文以西芹大橋?yàn)橐劳?，介紹了非對(duì)稱(chēng)斜拉扣掛法拱肋施工可行性分析及初步設(shè)計(jì)，為類(lèi)似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：拱橋；非對(duì)稱(chēng)斜拉扣掛；可行性分析；初步設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）05-0060-03

1 引言

斜拉扣掛法懸拼施工是一項(xiàng)較為成熟的施工方法，自90年代中期以來(lái)，已在國(guó)內(nèi)多座橋梁建設(shè)中得以應(yīng)用。以往工程采用斜拉扣掛法施工時(shí)，為了避免不平衡力的影響，扣索多設(shè)計(jì)為沿跨中對(duì)稱(chēng)的形式。西芹大橋由于受環(huán)境因素影響，水中支架無(wú)法施工，又由于岸側(cè)道路、山體位置的限制，因此選擇非對(duì)稱(chēng)布置的斜拉扣掛體系進(jìn)行施工。本文以西芹大橋?yàn)橐劳校槍?duì)這種較少見(jiàn)的非對(duì)稱(chēng)扣掛體系進(jìn)行可行性分析及結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)。

2 工程簡(jiǎn)介

西芹大橋主橋?yàn)橄鲁惺胶?jiǎn)支拱橋，拱肋箱型截面采用提籃形式，主跨為230m，矢高38m，矢跨比1/6.05；縱梁采用鋼結(jié)構(gòu)，箱型截面。鋼主梁全寬34.12m，由縱、橫梁和正交異形橋面板組成，橋型布置詳見(jiàn)圖1。

3 施工可行性分析

3.1 非對(duì)稱(chēng)斜拉扣掛體系設(shè)計(jì)

本工程采用的非對(duì)稱(chēng)斜拉扣掛體系主要包含纜索吊、錨碇、扣塔（含扣索背索）、臨時(shí)系桿（含系桿牛腿）、拱肋支架、主梁支架以及其他附屬結(jié)構(gòu)。非對(duì)稱(chēng)斜拉扣掛體系總體布置見(jiàn)圖2。

3.2 方案可行性分析

3.2.1 纜索吊起吊能力分析

目前，我國(guó)纜索吊機(jī)技術(shù)較為成熟，最大起吊重量已突破400t，本橋最大起吊重量50t，選用纜索吊機(jī)進(jìn)行塊段懸拼安裝可行。

3.2.2 非對(duì)稱(chēng)水平力分析

非對(duì)稱(chēng)斜拉扣掛體系施工時(shí)，兩側(cè)扣索水平分力不等。經(jīng)分析，在臨時(shí)系桿作用下，單邊單側(cè)拱腳仍產(chǎn)生近100t水平力。經(jīng)設(shè)計(jì)院對(duì)永久結(jié)構(gòu)計(jì)算并通過(guò)評(píng)審討論，該荷載可由墩身承擔(dān)，傳載結(jié)構(gòu)為墩頂牛腿，非對(duì)稱(chēng)水平力影響得以克服。墩頂牛腿結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3、圖4。

3.2.3 臨時(shí)結(jié)構(gòu)受力

方案可行性分析時(shí)，需對(duì)纜索吊、錨碇、扣塔（含扣索背索）、臨時(shí)系桿（含系桿牛腿、墩頂牛腿）、拼裝支架等結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均滿(mǎn)足受力要求。在此列出扣塔模型計(jì)算，扣塔計(jì)算分別見(jiàn)圖5、圖6。

3.3 施工安排

3.3.1 總體施工概述

西芹大橋主橋鋼結(jié)構(gòu)采用臨時(shí)支墩+斜拉扣掛相結(jié)合的方式進(jìn)行施工，鋼結(jié)構(gòu)施工采用“先拱后梁”的順序進(jìn)行。其中，205國(guó)道側(cè)拱腳及近拱腳段主梁、拱肋采用臨時(shí)支架拼裝法施工，其余節(jié)段均采用斜拉扣掛法懸拼施工；南平西站側(cè)拱腳段采用臨時(shí)支架施工，其余節(jié)段均采用斜拉扣掛法懸拼施工。拱肋合龍后，拆除扣索、背索，利用纜索吊逐節(jié)拼裝主梁、安裝吊桿。主梁合龍后，拆除臨時(shí)系桿，完成體系轉(zhuǎn)換。纜索吊懸拼區(qū)施工示意圖見(jiàn)圖7。

3.3.2 施工流程

（1）步驟一：利用低水位時(shí)間段，進(jìn)行臨時(shí)支架、扣塔、塔吊基礎(chǔ)施工；利用履帶吊安裝臨時(shí)支架、扣塔起始段、塔吊起始段；扣塔立柱灌注混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高并等強(qiáng)；進(jìn)行后錨錨碇施工。

（2）步驟二：兩側(cè)均利用引橋作為運(yùn)輸通道，借助履帶吊及塔吊，拼裝拱腳段；205國(guó)道側(cè)拼裝支架區(qū)主梁，并在其上鋪裝履帶吊型鋼軌道；后錨錨碇施工完成。

（3）步驟三：205國(guó)道側(cè)安裝拱肋支架，借助履帶吊拼裝支架區(qū)拱肋；利用塔吊接高扣塔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，接高過(guò)程同時(shí)安裝塔吊附墻、扣塔平聯(lián)。

（4）步驟四：扣塔施工完成后，進(jìn)行纜索吊系統(tǒng)安裝，包括主索、承重索、起重索、跑車(chē)等；纜索吊系統(tǒng)安裝完成后，按纜索起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)纜索吊系統(tǒng)進(jìn)行試吊，檢驗(yàn)吊裝系統(tǒng)可靠性。

（5）步驟五：安裝臨時(shí)系桿，此時(shí)系桿為松弛狀態(tài)；拱肋懸拼施工時(shí)，按監(jiān)控要求進(jìn)行張拉；拱肋塊段經(jīng)南平西站側(cè)引橋運(yùn)至中跨纜索吊吊裝范圍，由纜索吊起吊拱肋，水平牽引就位進(jìn)行安裝。

（6）步驟六：拱肋分段吊裝，每吊裝就位一個(gè)節(jié)段，均安裝相對(duì)應(yīng)的扣索、背索；塊段安裝就位后，按照監(jiān)控要求，進(jìn)行扣索、背索、臨時(shí)系桿張拉；按照上述步驟，逐段進(jìn)行拱肋安裝，直至拱肋合龍；合龍前，應(yīng)按照監(jiān)控要求進(jìn)行調(diào)索，拱肋線(xiàn)形滿(mǎn)足要求后，進(jìn)行合龍段配切及安裝；本步驟施工期間，應(yīng)根據(jù)監(jiān)控要求分級(jí)、分批張拉系桿。

（7）步驟七：拱肋合龍完成，根據(jù)設(shè)計(jì)及監(jiān)控要求，按順序拆除扣索、背索、拱肋支架；本步驟施工期間，調(diào)整系桿索力，安裝吊桿。

（8）步驟八：安裝南平西站側(cè)縱梁、橫梁，張拉吊桿，并按對(duì)稱(chēng)原則張拉205國(guó)道側(cè)吊桿，實(shí)現(xiàn)主梁逐級(jí)落架。利用纜索吊對(duì)稱(chēng)拼裝縱梁、橫梁，張拉吊桿、直至合龍。

（9）步驟九：主梁合龍后，拆除臨時(shí)系桿，完成體系轉(zhuǎn)換，主橋鋼結(jié)構(gòu)施工完成。

4 主要結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)

4.1 纜索吊設(shè)計(jì)

纜索吊主要由主承重索（后簡(jiǎn)稱(chēng)主索）、起重索、牽引索、支索器、跑車(chē)、塔頂索鞍、錨固系統(tǒng)等組成。纜索吊機(jī)參數(shù)表如表1所示。

纜索吊關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下。

（1）主索設(shè)計(jì)。纜索吊左、右幅各布置一組主索，每組主索由6根φ48鋼絲繩組成。每根主索一端采用錨頭連接，另一端采用繩夾連接，待線(xiàn)形調(diào)整完成后，在錨固端采用鎖緊裝置將各根鋼絲繩進(jìn)行鎖緊。

（2）起重系統(tǒng)設(shè)計(jì)。纜索吊左、右幅各設(shè)置一套起重系統(tǒng)，單套起重系統(tǒng)由2臺(tái)起重小車(chē)，2根起重索和2臺(tái)10t起重卷?yè)P(yáng)機(jī)組成，起重索采用φ32mm鋼絲繩走4線(xiàn)，一端與起重卷?yè)P(yáng)機(jī)連接，另一端與地面錨固。起重卷?yè)P(yáng)機(jī)及固定端地錨分別布置于兩岸主索錨碇上。

（3）牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)。纜索吊左、右幅各設(shè)一套牽引系統(tǒng)，牽引索采用φ28mm鋼絲繩，單側(cè)走3線(xiàn)，采用8t牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)。

（4）支索器設(shè)計(jì)。支索器采用等間距布置，間距約50m，起重小車(chē)單側(cè)需10個(gè)，全橋支索器數(shù)量為20個(gè)，支索器采用1根Φ16防扭轉(zhuǎn)鋼絲繩定位。

（5）起重、牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)。纜索吊起重卷?yè)P(yáng)機(jī)、牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)均采用變頻調(diào)速卷?yè)P(yáng)機(jī)。起重卷?yè)P(yáng)機(jī)采用10t變頻調(diào)速卷?yè)P(yáng)機(jī)，全橋共4臺(tái)。牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)采用8t變頻調(diào)速卷?yè)P(yáng)機(jī)，布設(shè)在主索錨碇上，全橋共4臺(tái)。

（6）信息監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。利用成熟的自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)智能信息監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，使纜索吊裝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況能夠在電腦上直觀(guān)反應(yīng)，便于施工控制。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單臺(tái)或多臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩張力、速度、行程等監(jiān)測(cè)和調(diào)控功能，減少多臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)協(xié)同作業(yè)的張力、速度和行程等同步控制誤差。

4.2 錨碇設(shè)計(jì)

主索錨固于錨碇上，利用承臺(tái)和樁基作為主要承載結(jié)構(gòu)，在錨碇承臺(tái)上埋設(shè)精軋螺紋鋼筋，在承臺(tái)前斜面安裝錨固滑輪，形成主索錨固系統(tǒng)。每組主索、纜風(fēng)索、起重索及牽引索均錨碇于同一樁錨結(jié)構(gòu)中。樁基采用直徑1.8m的鋼筋混凝土灌注樁，樁間距橫橋向4.0m，縱橋向4.0m，樁長(zhǎng)205國(guó)道側(cè)17.5m，南平西站側(cè)14.5m，承臺(tái)采用C40混凝土，樁基采用C30混凝土。

4.3 扣塔設(shè)計(jì)

扣塔是扣索的支點(diǎn)，扣塔立柱柱底入巖，柱腳灌注混凝土做栽樁處理?？鬯偢?00.91m，寬37.4m，兩岸扣塔中心距為210.45m。扣塔立柱采用φ1020×10mm鋼管，柱間連接采用φ630×8mm鋼管?？鬯鳌⒈乘骶鶠?860Mpa鋼絞線(xiàn)拉索。

扣塔基礎(chǔ)采用栽樁法施工。在枯水期搶鉆沖孔，沖孔完成后，安裝起始段立柱及平聯(lián)，并灌注栽樁混凝土。基礎(chǔ)處理完成后，灌注鋼管內(nèi)混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高?？鬯斫Y(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)加工場(chǎng)加工，現(xiàn)場(chǎng)起重拼裝?，F(xiàn)場(chǎng)拼裝采用螺栓連接。塔身每安裝到一橫梁處時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行橫梁連接，然后繼續(xù)安裝下一節(jié)段塔柱。扣塔拼裝起重設(shè)備采用QTZ160塔吊，塔吊隨扣塔安裝進(jìn)度逐漸接高，單側(cè)塔吊共設(shè)置3道附墻，附墻與扣塔立柱連接。爬梯采用組合框架式爬梯，由專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)、加工。

4.4 支架設(shè)計(jì)

205國(guó)道側(cè)主梁支架采用鋼管貝雷結(jié)構(gòu)，鋼管立柱采用φ630×8mm，起始段縱橋向2排，橫橋向設(shè)置8根，其余標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段縱橋向3排，橫橋向4根。樁頂梁為2I40a，上方設(shè)置貝雷分配梁，貝雷在起始段設(shè)置14排，標(biāo)準(zhǔn)段橫橋向設(shè)置8排，貝雷梁上方為2I25a橫向分配梁，其上設(shè)置臨時(shí)支座和調(diào)位千斤頂，用于梁段精確調(diào)位。南平西站側(cè)起始段支架采用鋼管貝雷結(jié)構(gòu)，其布置與205國(guó)道側(cè)起始段支架結(jié)構(gòu)相同。

拱肋支架采用鋼管型鋼結(jié)構(gòu)，在節(jié)段接縫兩側(cè)搭設(shè)鋼管立柱，立柱采用φ325×8mm鋼管，鋼管立柱上搭設(shè)2I20a橫梁，橫梁和拱肋之間采用型鋼胎架調(diào)節(jié)高程，每個(gè)拱肋節(jié)段設(shè)置兩個(gè)胎架，鋼管立柱之間采用2[14a平聯(lián)和斜撐連接為整體。

4.5 臨時(shí)系桿設(shè)計(jì)

臨時(shí)系桿采用φs15.2鋼絞線(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度1860Mpa，全橋數(shù)量2×10-φs15.2×22。在臨時(shí)系桿錨固位置設(shè)置系桿牛腿，系桿牛腿焊接在拱腳段外側(cè)。在墩頂設(shè)置墩頂牛腿，抵抗系桿系統(tǒng)水平荷載。施工時(shí)，系桿根據(jù)設(shè)計(jì)及監(jiān)控要求，分批、分次張拉。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)西芹大橋特殊的環(huán)境，設(shè)計(jì)了非對(duì)稱(chēng)斜拉扣掛體系，對(duì)其進(jìn)行了方案可行性分析，介紹了關(guān)鍵施工流程以及主要結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)。經(jīng)研究分析，非對(duì)稱(chēng)斜拉扣掛體系可應(yīng)用于本文依托工程，并可為類(lèi)似工程提供參考借鑒。

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