馮文博

摘 要：重慶東聯(lián)絡(luò)線北線道路工程影視城大橋主跨采取上承式拱橋跨越御臨河，因現(xiàn)場(chǎng)施工條件所限，箱拱僅能在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制后吊裝。擬采用纜索吊裝系統(tǒng)進(jìn)行箱拱節(jié)段的安裝，但新建橋梁路幅寬達(dá)29.5m，主跨跨度為110m，箱拱安裝具有難度大、技術(shù)要求高、工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，本項(xiàng)目根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)了安全可靠、施工簡(jiǎn)便纜索吊裝系統(tǒng)，順利完成箱拱吊裝施工。

關(guān)鍵詞：上承式拱橋;纜索吊裝;系統(tǒng)設(shè)計(jì);纜索檢算;吊裝工工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）18-0139-02

0 引言

因拱橋具有較大的跨越能力，受力明確簡(jiǎn)潔，且構(gòu)造較簡(jiǎn)單，外形美觀;能夠充分發(fā)揮圬工及其它抗壓材料的性能;另外，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和公路、鐵路建設(shè)的蓬勃發(fā)展及橋梁設(shè)計(jì)、建設(shè)技術(shù)的發(fā)展提高，采取大跨度拱形橋跨越大江大河及其它構(gòu)造物成為未來(lái)的趨勢(shì)。雖然我國(guó)在拱橋建設(shè)方面歷史悠久，但以小跨度為主。以往拱橋工程的施工經(jīng)驗(yàn)已難以適應(yīng)現(xiàn)代的大跨徑拱橋的建設(shè)。因此，迫切需要吸收以往施工經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)成果，制定出適合現(xiàn)代大跨徑拱橋吊裝施工的技術(shù)方案，以適應(yīng)我國(guó)大跨徑拱橋發(fā)展的需要。

1 工程概況

重慶東聯(lián)絡(luò)線北線道路工程影視城大橋起始樁號(hào)為K3+825，終點(diǎn)樁號(hào)為K4+045，橋梁全長(zhǎng)220m，橋?qū)?9.5m，為上承式拱橋，墩柱采用承臺(tái)接樁基礎(chǔ)形式，橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)接樁基礎(chǔ)。主跨凈跨徑110m，拱腹矢高為16m，采用等截面懸鏈，拱軸系數(shù)m=2.932。主拱采用鋼筋混凝土箱拱預(yù)制吊裝而成，主梁均為預(yù)制吊裝簡(jiǎn)支空心板梁。

主拱圈構(gòu)造：每個(gè)拱肋由9個(gè)箱拱組成。全橋共2個(gè)拱圈18條拱肋，位于拱圈外側(cè)的兩片拱肋為邊箱，中間7片為中箱。拱肋分五段預(yù)制，采用無(wú)支架纜索吊裝。

因本拱橋跨度大，橋面寬，吊裝的構(gòu)件重，可借鑒的類(lèi)似纜索吊系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)少，需根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況，進(jìn)行纜索系統(tǒng)的發(fā)展及創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以使順利完成本項(xiàng)目的施工。

2 上部結(jié)構(gòu)纜索吊裝法總體方案

本項(xiàng)目纜索吊系統(tǒng)采用一套吊裝設(shè)備單基肋合攏成拱方案，根據(jù)箱拱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)施工條件等進(jìn)行纜索吊總體方案的設(shè)計(jì)，具體如下。

（1）為了減少扣索數(shù)量和吊裝次數(shù)，每條拱肋在預(yù)制拼裝成5節(jié)段后再吊裝成拱。箱拱最重節(jié)段為拱腳段邊箱，其重量為74.54t。（2）先進(jìn)行拱圈跨中1號(hào)拱肋節(jié)段的裝吊，然后按左側(cè)→右側(cè)的循環(huán)順序（1→2→3→4→5→6→7→8→9）兩側(cè)對(duì)稱(chēng)吊裝，拱肋節(jié)段吊裝順序如圖1所示。

3 施工方法及技術(shù)措施

3.1 纜索吊整體方案

主索、扣索共用塔架，塔架的高度根據(jù)安裝的最高拱頂節(jié)段頂面標(biāo)高來(lái)確定，控制吊重按最重的拱腳段邊箱來(lái)設(shè)計(jì)，最大吊重P=119.3t（考慮吊鉤等配重及沖擊荷載）。根據(jù)地形條件，主纜索凈跨取270m，兩岸塔架等高32m，采用83式軍用墩搭建而成，主地錨采用重力式結(jié)構(gòu)。

拱肋節(jié)段在御復(fù)路側(cè)預(yù)制，設(shè)一套纜索吊，因橋面較寬，為了使兩側(cè)邊拱的節(jié)段安裝到位，通常有采用下述2種方案：一是拱肋在纜索吊下拼裝好后橫移到設(shè)計(jì)位置;二是纜索吊可橫移，節(jié)段直接就位。前者塔架、錨固等用料少，但本項(xiàng)目橋面寬，橫移幅度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。為此，本項(xiàng)目采用后者方案，拱肋箱段采取吊起后直接對(duì)正安裝，避免了拱肋節(jié)段橫移，安全性好。

纜索吊可橫移方案可采取下述2種方案：一是塔架橫移;二是索鞍橫移。因本項(xiàng)目塔架高度為36m，進(jìn)行橫移時(shí)的安全穩(wěn)定性較差，故本項(xiàng)目采取了索鞍橫移的方式。

纜索吊總體設(shè)置如圖2、圖3所示。

3.2 主索系統(tǒng)及主跑車(chē)

設(shè)置主索一組，主索由8根φ60鋼絲繩（結(jié)構(gòu)為6×37S+IWR）構(gòu)成，吊裝時(shí)通過(guò)橫移塔頂?shù)目梢剖街魉靼皝?lái)實(shí)現(xiàn)逐肋對(duì)中。主索兩端設(shè)置100t轉(zhuǎn)向滑車(chē)將主索并成8排，以確保主索繃緊并承力均勻，主索的垂度、張力通過(guò)收緊滑車(chē)組進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保符合設(shè)計(jì)要求，使用以小拖大的拖拉方法間接安裝主索。主索的最大張拉為H=494.6t，最大吊重時(shí)跨中產(chǎn)生的最大垂度為19.3m，空載情況下垂度為15.38m，主索的安全系數(shù)為K=3.8。

主跑車(chē)采用8門(mén)80t級(jí)，雙跑車(chē)設(shè)計(jì)吊重為160t，施工時(shí)在兩側(cè)拱座上預(yù)埋千斤扣，將兩臺(tái)主跑車(chē)固定，并穿好跑車(chē)間的間距繩。布設(shè)主索的同時(shí)將主跑車(chē)穿繞在主索上，完成主索穿繞后逐漸松開(kāi)跑車(chē)固定繩，同時(shí)收緊主索，使跑車(chē)緩緩升空，主索布設(shè)和收放、跑車(chē)的布置在主錨與橋臺(tái)間的空間進(jìn)行。

3.3 起重系統(tǒng)

箱拱節(jié)段由御復(fù)路預(yù)制場(chǎng)移運(yùn)至主索下方，采取預(yù)留孔穿吊帶作箱拱節(jié)段吊點(diǎn)的方式起吊。節(jié)段每端設(shè)4點(diǎn)起吊，每臺(tái)主跑設(shè)置一套起吊機(jī)構(gòu)，在御復(fù)路端主地錨上設(shè)置2臺(tái)10t的卷?yè)P(yáng)機(jī)組作為起吊動(dòng)力。每根起重索采用φ22鋼絲繩（結(jié)構(gòu)為6×37S+FC）走“8”布置，活端由塔架頂轉(zhuǎn)向進(jìn)入10t的卷?yè)P(yáng)機(jī)，死端通過(guò)跑車(chē)定滑輪固定在濱河西路地錨上。在收緊主索前需將起重索穿繞好。起重索采取花穿，以使跑車(chē)均衡受力。

3.4 扣索系統(tǒng)

采用塔扣的扣索方式，扣索與主索共用塔架，扣索采用八字形正扣結(jié)構(gòu)。扣索地錨設(shè)在主地錨上，在橋臺(tái)與主地錨之間的空上設(shè)置收緊滑車(chē)，并利用橋臺(tái)作為地錨以調(diào)整扣索的收放?？鬯鞑捎?φ15.2鋼絞線。最大扣索拉力發(fā)生在濱河西路側(cè)的中間段邊箱，拉力為41.8t，扣索拉力角度為23度，扣索安全系數(shù)為2.8。

3.5 塔架

塔架采用穩(wěn)定性能好、承載能力強(qiáng)的83式軍用墩上，兩側(cè)塔架均為等高32m，因采用可移動(dòng)索鞍的方式，塔架橫橋向?qū)挾扰c橋?qū)拰?duì)應(yīng)，為30m。

4 纜索系統(tǒng)檢算

纜索吊裝系統(tǒng)需要承載驗(yàn)算的構(gòu)件多，本文僅將主索、塔架承載驗(yàn)算過(guò)程闡述如下。

4.1 主索受力驗(yàn)算

①主索安全系數(shù)。主索由8根φ60鋼絲繩（結(jié)構(gòu)為6×37S +IWR）構(gòu)成，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度σb=1770MPa，重量q=15.0kg/m，截面積Fk=2826mm2，破斷拉力∑S=2270kN，彈性模量Ek=75600MPa。

主索承受的荷載主要來(lái)源于主索自重及吊裝構(gòu)件的重量，主索自重G為均布線性荷載，吊裝構(gòu)件重量為集中荷載P。

G=15.0×10-3×270=40.5kN

集中荷載由兩部分組成，即主拱肋最大段重P1=745.4kN，吊具、施工荷載及配重P2=50kN，為安全起見(jiàn)，荷載增加20%的超重，則單根主索集中荷載為：

P=1.2（P1+P2）/8=1.2×（745.4+50）/8=119.3kN

當(dāng)集中荷載作用于跨中時(shí)，主索承受最大水平張力，其值由下式求得：

H主=（GL+2PL）/（8fmax）

式中，fmax為主索工作最大垂度，按主索長(zhǎng)度的1/14取值，得fmax=270/14=19.3m。代入上式。得：

H主=（40.5×270+2×119.3×270）/（8×19.3）=488.1kN

豎向力V=（G+P）/2=（40.5+119.3）/2=79.9kN

主索最大張力：T主=（H2主+V2）1/2=（488.12+79.92）1/2= 494.6kN

主索張力安全系數(shù)：K=∑S/（1.2T主）=2270/（1.2×494.6）= 3.8>[K]=3.5，滿足要求。

式中：1.2為起吊時(shí)的沖擊影響動(dòng)載系數(shù)。

②主索接觸應(yīng)力驗(yàn)算。接觸應(yīng)力按下式計(jì)算：σ觸=T主/A+EK×d/Dmin

式中：A為鋼絲繩斷面面積;EK為鋼絲繩彈性模量;d為鋼絲直徑，d=2.84mm;Dmin為跑車(chē)平滾最小直徑，Dmin=0.35m。將數(shù)據(jù)代入上式得：

σ觸=494.6×103/（2826×10-6）+（75600×106×0.00284）/ 0.35=788.45MPa

安全系數(shù)K=[σ]/σ觸=1770/788.45=2.24>2，滿足要求。

4.2 塔架檢算

塔架采用83式軍用墩拼裝而成，塔架底部立柱為最不利承載處，主要承受自身重量及纜索產(chǎn)生的壓力，經(jīng)計(jì)算：

∑V=4240t

作立柱的單根83式軍用墩①號(hào)桿件允許承受的壓力為117t，本項(xiàng)目塔架水平截面由48根桿件構(gòu)成，則單根①桿件需承受壓力為4240/48=88.3t<117t。

5 箱拱吊裝工藝

5.1 懸掛箱拱拱腳段、中間段

（1）跑車(chē)將1號(hào)拱肋的拱腳段吊離運(yùn)梁車(chē)，持續(xù)吊起以超過(guò)起拱線，牽引索牽引拱腳段至安裝位置的正上方，降下拱腳段下端與拱座對(duì)位，并扭緊接頭螺栓，掛好拱腳段上端扣索及纜風(fēng)繩。然后起重索稍稍提起或下降調(diào)整拱腳節(jié)段的上接頭端標(biāo)高，滿足要求后（使接頭處標(biāo)高較設(shè)計(jì)值高7cm，即設(shè)置7cm超高）收緊扣索。然后通過(guò)收放兩側(cè)纜風(fēng)索，以調(diào)整箱拱中線。

（2）調(diào)整好拱腳段中線位置后，檢查下接頭與拱座預(yù)留孔的兩底鐵間是否有不均勻空隙，否則用類(lèi)似形狀的薄鋼板楔緊，防止合攏后拱肋中線出現(xiàn)偏差，調(diào)好拱腳段的中線、標(biāo)高并固定后，摘除跑車(chē)。隨后進(jìn)行中間節(jié)段吊裝，安裝方法與拱腳段相同，中間節(jié)段與拱腳段對(duì)接并扭緊接頭螺栓后，掛好中間段上端的扣索及纜風(fēng)繩。通過(guò)升降起重索調(diào)整中間節(jié)段的上接頭端標(biāo)高，滿足要求后（使上接頭處標(biāo)高較設(shè)計(jì)值高14cm，即設(shè)置14cm超高）收緊扣索。然后通過(guò)收放兩側(cè)纜風(fēng)索調(diào)整箱拱中線。

另側(cè)岸的拱腳段、中間段箱拱按上述方法進(jìn)行吊裝。

5.2 箱拱合攏段定位及合攏

（1）用跑車(chē)將拱肋合攏段就位，使合攏段兩端接頭較安裝標(biāo)高高3cm，然后采用“定長(zhǎng)松索”的方法兩岸同時(shí)對(duì)稱(chēng)松索，使兩岸的拱腳段、中間段箱拱逐漸向合攏段靠攏，松索不能過(guò)快，每次松索控制接頭標(biāo)高下降幅度在1cm內(nèi)，松索時(shí)要確保拱腳段與中間段接頭、中間上接頭下降后的預(yù)抬高量基本按1：2的比例，每次松索后需對(duì)兩處接頭標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，下降值不符合要求或是不成1：2的比例，則需在下次松索時(shí)進(jìn)行調(diào)整（通過(guò)起重索、扣索和纜風(fēng)繩調(diào)整），通過(guò)上述循環(huán)施工，以便有效控制接頭標(biāo)高。（2）當(dāng)合攏接頭快要重合時(shí)，將兩節(jié)段箱拱的接頭螺栓孔對(duì)中并裝上螺栓，繼續(xù)松索使兩節(jié)段端面抵緊，再繼續(xù)松索，當(dāng)合攏處接頭下降至比設(shè)計(jì)標(biāo)高1cm時(shí)。暫停松索，檢查和調(diào)整合攏段兩端接頭標(biāo)高，確保兩端接頭標(biāo)高相同，采用鋼板將接頭端面間空隙楔緊，然后將接頭螺栓全部擰緊。（3）按照扣索→起重索→扣索的順序循環(huán)進(jìn)行松索。當(dāng)接頭標(biāo)高下降很小，且起重索、扣索承受的拉力也很小時(shí)，表明拱肋節(jié)段間已抵緊成拱。此時(shí)基本全部放松扣索，僅起重索施加部分拉力，以控制合攏接頭不低于設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)調(diào)整下拉索，以控制拱腳段與中間段接頭不超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高。（4）當(dāng)各接頭處標(biāo)高基本穩(wěn)定后，將纜風(fēng)繩、下拉索及起重索臨時(shí)固定，把接頭處連接螺栓擰緊，此時(shí)拱肋完全合攏成拱，完成上述連接工序后摘除起重索、扣索。但纜風(fēng)繩、下拉索保持工作，直到第3條拱肋合攏成拱后方可拆除。（5）在拱肋軸線偏差完成調(diào)整、接頭空隙鋼板楔緊后和全部松索成拱前進(jìn)行拱肋接頭的焊接作業(yè)。采取間隔、分層和交錯(cuò)的方式進(jìn)行接頭鋼構(gòu)件的焊接連接，每層焊接不宜過(guò)厚，以防燒壞結(jié)構(gòu)周邊漆膜，最終將擰緊的接頭螺栓焊死。（6）完成單條拱肋成拱后，按照上述施工工藝吊裝其余拱肋，成型的拱肋及時(shí)施做與相鄰拱肋的橫向聯(lián)接，增加整體安全穩(wěn)定性。

6 結(jié)語(yǔ)

在重慶東聯(lián)絡(luò)線北線道路工程影視城大橋主跨拱肋施工中采用纜索系統(tǒng)吊裝。通過(guò)采用承載能力強(qiáng)的83式軍用墩作塔架，塔架頂部設(shè)置移動(dòng)索鞍，加強(qiáng)施工管理，加強(qiáng)纜索吊狀態(tài)監(jiān)控等措施，確保了拱肋的安裝質(zhì)量及施工安全，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，期望能夠?qū)ζ渌皹虻牡跹b施工起到借鑒作用。

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