代榮威,魏家旭,張崇厚,李明歡,朱小京

(1.清華大學 土木工程系，北京 100084；2.云南省建設(shè)投資控股集團有限公司，云南 昆明 650000；3.中鐵大橋局集團 第八工程有限公司，重慶 400025)

0 前言

喻成剛[1]等為吊裝潤揚大橋索鞍設(shè)計了塔頂門架和錨碇門架吊裝系統(tǒng)。龔毅[2]結(jié)合澧水特大橋，提出把主索鞍吊裝門架和纜索支撐門架進行一體化設(shè)計，方便施工，縮短了工期。王春明[3]針對清水河大橋索鞍吊裝難點，設(shè)計一套安全可靠的索鞍吊裝系統(tǒng)。屈加林[4]結(jié)合駙馬大橋的特點，優(yōu)化了索鞍吊裝流程，并對吊具進行了改進，把雙機抬吊改為單機吊裝，取得了良好的社會效益。童俊豪[5]等對跨徑為1 688 m的虎門二橋坭洲水道橋，提出采用“橋塔承臺頂面轉(zhuǎn)放平臺移運+塔頂門架承載+連續(xù)提升液壓千斤頂垂直起吊+重物移運器縱移”的方式安裝主索鞍各構(gòu)件。

以上是常規(guī)的索鞍安裝方法，適用于有橋塔、且現(xiàn)場施工條件比較好的情況，采用塔頂門架和起吊系統(tǒng)結(jié)合的方法直接安裝索鞍，安裝步驟如下：①在橋塔頂部安裝門架和卷揚機，同時將索鞍構(gòu)件移運至索塔內(nèi)側(cè)吊裝平臺上；②試吊合格以后，依次把索鞍構(gòu)件垂直起吊；③當索鞍構(gòu)件高于塔頂位置時，卷揚機停止提升，并緩慢橫移至塔頂?shù)陌惭b位置；④釋放卷揚機，將索鞍構(gòu)件緩慢下放至塔頂設(shè)計位置。常規(guī)的索鞍安裝方法同樣適用于虎跳峽金沙江大橋麗江岸主索鞍和散索鞍的安裝，然而，并不適用于陡峭且無橋塔的香格里拉岸復合索鞍的安裝，復合索鞍的安裝是根據(jù)其特殊的索鞍構(gòu)造和地形條件，采用的一種新的索鞍安裝方法。

1 工程概述

云南省虎跳峽金沙江大橋是香麗(香格里拉-麗江)高速公路全線的控制性工程之一，大橋設(shè)計行車速度80 km/h，雙向4車道。大橋全長1 017 m，主橋采用(766+160)m獨塔單跨地錨式鋼桁梁懸索橋(圖1)。該橋僅在麗江岸設(shè)置門形鋼筋混凝土橋塔(高82 m，設(shè)2道橫梁)，麗江岸采用重力式錨碇；香格里拉岸未設(shè)置橋塔，以山為塔，采用隧道式錨碇，主纜直接錨固于山脊的巖層。加勁梁采用鋼桁梁，鋼桁梁跨徑671 m，高6 m、寬26 m。全橋共設(shè)2根主纜，2根主纜間距26 m，主纜矢跨比1/10。主纜采用預制平行鋼絲索股，每根主纜包含97根索股，每根索股由127根直徑5.4mm、抗拉強度1 770 MPa的鍍鋅鋼絲組成。單側(cè)主纜設(shè)57根吊索(吊索間距11.5 m)，每根吊索含91根鋼絲(抗拉強度1 670 MPa)，且在香格里拉岸設(shè)置兩對地錨吊索。

圖1 虎跳峽金沙江大橋總體布置圖(尺寸單位：cm，標高單位：m)

該橋的纜索系統(tǒng)由主纜、主索鞍、散索鞍、復合索鞍、吊索和索夾構(gòu)成，大橋共計6個索鞍，包括2個主索鞍、2個散索鞍和2個復合索鞍。其中，主索鞍位于麗江岸橋塔塔頂，可改變主纜的方向并對主纜起支承作用[6]；散索鞍位于麗江岸的重力式錨碇處，主要起散索作用；復合索鞍為滾軸式新型索鞍，位于在香格里拉岸的隧道錨處，同時起到主索鞍的轉(zhuǎn)索和散索鞍的散索作用[7]。

2 復合索鞍的構(gòu)造和安裝施工方案

2.1 復合索鞍的構(gòu)造

與一般索鞍不同，復合索鞍鞍體下面設(shè)置不銹鋼板-輥子-耐磨鋼板滾動副，在施工和運營時，復合索鞍可以滾動來消除索鞍兩側(cè)主纜水平方向的不平衡力。復合索鞍長5.46 m、寬3.7 m、高2.5 m，由鞍體、上承板、輥軸、下承板、聯(lián)板、框架、壓梁、擋塊、格柵、導向平鍵和輥軸連接軸等構(gòu)件組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。鞍體采用鑄焊組合結(jié)構(gòu)，其中，鞍槽為鑄鋼件；鞍座為組焊件。為了增加主纜和鞍槽之間的摩阻力，在鞍槽內(nèi)順橋向設(shè)置豎向散索隔板，所有主纜索股安裝完畢并調(diào)股后，在頂部用鋅塊填平[8]。鞍體下面設(shè)置26根輥軸(分為4組，編號1～7、8～13、14～19、20～26)，通過框架限制平動的聯(lián)動，每一組輥軸組端部設(shè)置限位榫。

圖2 復合索鞍結(jié)構(gòu)示意圖(單位：mm)

2.2 復合索鞍的安裝方法

由于香格里拉岸無索塔，復合索鞍設(shè)計位置位于香格里拉岸的高陡斜坡之上，且施工道路陡峭、崎嶇，不具備運輸復合索鞍的條件，故復合索鞍不能直接從香格里拉岸安裝。麗江岸斜坡相對較緩，有著良好的施工平臺，經(jīng)過研究論證，本橋采用一種新的索鞍安裝方法，即“纜索吊機跨江吊運+拽拉到滑移支架+橫向頂推+門架提升、滑移+調(diào)整就位”：先把復合索鞍構(gòu)件運輸?shù)绞┕l件較好的麗江岸吊裝平臺上，利用纜索吊機依次將復合索鞍構(gòu)件從麗江岸跨江吊運至香格里拉岸，再結(jié)合滑移支架頂推系統(tǒng)和門架起吊系統(tǒng)完成復合索鞍的精確安裝。

復合索鞍的具體安裝步驟如下：

a.準備吊裝轉(zhuǎn)運裝置。進行纜索吊機、門架及滑移支架等吊裝轉(zhuǎn)運裝置的安裝和試驗，現(xiàn)場檢查驗收復合索鞍構(gòu)件。

b.跨江吊運復合索鞍構(gòu)件。將復合索鞍構(gòu)件運輸至麗江岸橋塔內(nèi)側(cè)吊裝平臺上，利用纜索吊機分別將復合索鞍構(gòu)件垂直起吊，上升至一定高度后，跨江吊運至香格里拉岸支墩前10 m左右。

c.拽拉復合索鞍構(gòu)件。纜索吊機跨江吊運復合索鞍構(gòu)件后，利用拽拉方法把纜索吊機上的復合索鞍構(gòu)件依次拽拉到滑移支架上。

d.頂推復合索鞍構(gòu)件。由于拽拉后的復合索鞍構(gòu)件和門架中心線有一定的偏移距離，通過滑移平臺側(cè)方的卷揚機反拉，將復合索鞍構(gòu)件橫向頂推至門架正下方。

e.提升、滑移復合索鞍構(gòu)件。利用門架的千斤頂將復合索鞍構(gòu)件提升、滑移至設(shè)計位置，并用倒鏈進行微調(diào)，直至達到設(shè)計位置。

復合索鞍構(gòu)件拽拉至滑移支架時的立面圖和側(cè)面圖如圖3和圖4所示。

圖3 復合索鞍安裝立面圖(橫橋向)

圖4 復合索鞍安裝側(cè)面圖(順橋向)

復合索鞍整個安裝過程分為安裝設(shè)備裝置準備和復合索鞍構(gòu)件安裝兩個階段，具體的安裝流程為：纜索吊機設(shè)計和校核→門架的設(shè)計和校核→滑移支架的設(shè)計→格柵安裝→下承板安裝→滾輪組件安裝→上承板安裝→鞍體安裝。

3 復合索鞍安裝設(shè)備裝置準備

3.1 纜索吊機設(shè)計和校核

纜索吊機(圖5)分上下游兩組，每組最大額定吊重65 t，主要用于鋼桁架節(jié)段的吊裝和復合索鞍構(gòu)件的跨江吊運。纜索吊機主要由纜索、塔架、索鞍、跑車、電機設(shè)備以及錨固系統(tǒng)組成[9]。其中，纜索包括主索、牽引索和起重索，各2組，主索選用6Φ56 mm麻芯鋼絲繩(公稱強度1 870 MPa，破斷力1 940 kN)，每組主索各設(shè)1臺跑車，雙向牽引；牽引索選用Φ28 mm麻芯鋼絲繩；起重索選用Φ30 mm麻芯鋼絲繩。電機設(shè)備包括卷揚機和控制柜，設(shè)置15 t雙向牽引索卷揚機2臺，15 t起重卷揚機2臺，5 t收緊卷揚機2臺，均布置在麗江岸的散索鞍支墩基礎(chǔ)上。

圖5 纜索吊機跨江吊運

復合索鞍組件依次通過峽谷，所以要同時考慮復合索鞍構(gòu)件的自重和風荷載來校核纜索吊機承載力。復合索鞍構(gòu)件自重引起纜索吊機主索的最大豎向力為540 kN；橋位處設(shè)計基本風速為28 m/s，只考慮等效靜陣風荷載，根據(jù)《公路橋梁抗風設(shè)計規(guī)范》[10]，有以下計算方法：

Ug=GvUd

式中：Fg為構(gòu)件的風荷載,N/m；ρ為空氣密度,kg/m3；Ug為構(gòu)件等效靜陣風風速,m/s；CD為構(gòu)件的阻力系數(shù)；An為構(gòu)件順風向的投影面積,m2；Gv為等效靜陣風系數(shù)；Ud為設(shè)計基準風速,m/s。

根據(jù)設(shè)計資料，上述參數(shù)取值為：ρ=1.25 kg/m3,CD=2,Gv=1.56,Ud=28 m/s,An最大取值為12 m2。計算得，F(xiàn)g為29 kN，即風荷載引起纜索吊機主索的最大橫向力為29 kN，遠小于自重產(chǎn)生的豎向力，因此，復合索鞍構(gòu)件跨江吊運時滿足纜索吊機的承載力要求。

3.2 門架的設(shè)計和校核

利用門架將復合索鞍構(gòu)件提升、滑移至設(shè)計位置?？紤]到施工的經(jīng)濟性和便利性，門架取用桁架式結(jié)構(gòu)[11]，采用Q235B鋼材，并與支墩頂部的預埋件連接固定。門架頂長14.1 m、寬5.37 m、高4.4 m，伸入隧道錨前錨室一部分。復合索鞍門架布置如圖6所示。門架上的提升系統(tǒng)采用4臺50 t的連續(xù)液壓千斤頂，對稱分布于門架頂?shù)牡趿荷?。在門架兩側(cè)布置2臺10 t的卷揚機，為復合索鞍的滑移和頂推提供動力。

圖6 復合索鞍門架布置圖(單位：mm)

復合索鞍門架設(shè)計時，根據(jù)施工順序，考慮復合索鞍安裝、貓道和主纜架設(shè)兩個施工階段門架的支承作用，主要考慮兩個工況：工況1，門架自重+索鞍自重+卷揚機自重+卷揚機牽引力；工況2，門架自重+貓道門架支承索索力+牽引索索力+卷揚機自重+索股橫移力。采用Midas有限元軟件對門架進行計算分析[12]，在最不利工況下，門架應力如圖7所示，最大拉應力為37.2 MPa，最大壓應力為60.7 MPa，門架結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性均滿足要求。

圖7 最不利荷載作用下門架應力圖(單位：MPa)

在復合索鞍安裝前對門架試吊，進行了空載試驗，取額定吊裝重量的10%，做3次完整的起吊、滑移、下放等工作，各機構(gòu)運行平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)顫抖、沖擊等現(xiàn)象；進行額定荷載試驗，按額定荷載將吊物提升0.5 m停止，門架沒有發(fā)生變形，各焊點和焊縫均無異常；進行超載試驗，取復合索鞍重量的1.2倍進行試驗，緩慢吊起吊物脫離地面30 cm后，停留約1 h，各構(gòu)件正常運行，在離地面1～3 m范圍內(nèi)起降兩次檢驗卷揚機性能，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)永久變形、可見裂紋、油漆脫落以及連接損壞、松動等現(xiàn)象，試吊結(jié)果符合要求。

3.3 滑移支架的設(shè)計

由于纜索吊機中心線和門架中心線有一定的偏移距離，拽拉到滑移支架的復合索鞍構(gòu)件并不在門架的正下方，需要通過滑移平臺利用頂推方法將復合索鞍構(gòu)件頂推至門架正下方。滑移平臺采用Q235B鋼材，長9 m、寬2.44 m、高3.62 m，頂推平臺上設(shè)置轉(zhuǎn)向滾輪，并與卷揚機相連，組成滑移平臺的頂推系統(tǒng)，滑移平臺底部與支墩基礎(chǔ)預埋件相連，滑移平臺布置如圖8所示。

圖8 滑移支架立面圖和側(cè)面圖(單位：mm)

4 復合索鞍安裝施工技術(shù)

4.1 格柵安裝

格柵安裝在復合索鞍支墩上，在澆筑支墩混凝土前，預留出安裝格柵的槽口，并預埋鋼筋。格柵吊裝前將混凝土表面打毛，在支墩的中心設(shè)置縱、橫向中心標志[5]。

利用纜索吊機垂直起吊位于麗江岸索塔內(nèi)側(cè)的格柵，格柵吊裝采用4點起吊，每個吊點各采用2根吊索，且吊索與水平方向的夾角為70°；緩慢進行格柵跨江吊運，格柵吊運至香格里拉岸后，拽拉格柵至滑移支架上，利用頂推系統(tǒng)把格柵頂推至門架的正下方；利用門架提升格柵，高于支墩的高度后，停止卷揚機提升，釋放前端倒鏈，收拉后端倒鏈，緩慢將格柵橫移至支墩頂?shù)陌惭b位置。格柵安放到支墩頂預留槽內(nèi)后，千斤頂繼續(xù)提供一部分的拉力，以便于格柵的微調(diào)整。格柵安裝平整、滿足規(guī)范后，將小鋼塊墊在格柵底部脫空的位置，使其頂面高差小于0.5 mm/全平面，并與預埋鋼筋焊接[13]，在格柵頂面畫出縱、橫向的中心線。

4.2 下承板、滾輪組件和上承板安裝

格柵安裝后，依次吊裝下承板、滾輪組件和上承板。

a.下承板安裝。下承板的襯板較薄，面外剛度較小。襯板在工廠內(nèi)通過M20×60 mm栓釘安裝在承板上，然后進行整體運輸。將下承板吊裝至格柵上后(下承板的吊裝過程和要求與格柵相同)，與格柵上的Φ50 mm銷孔對齊，并安裝Φ50 mm×220 mm的銷軸。

b.滾輪組件安裝。輥軸、框架和聯(lián)板在工廠組裝后整體運輸和吊裝。滾輪組件采用專用吊具吊裝，吊具尺寸和滾輪組件框架尺寸相同。在滾輪組件框架上焊接吊耳，吊具采用4點起吊，每個吊點采用2根吊索，且吊索與水平方向的夾角為70°。經(jīng)過跨江吊運、滑移頂推和門架提升等過程，將滾輪組件下放至下承板頂端指定位置，輥軸上的限位榫與下承板的限位孔對齊，完成滾輪組件的安裝。

c.上承板安裝。上承板安裝前，先安裝襯板和導向平鍵，兩者通過M20×60 mm螺釘連接。上承板安裝時將導向平鍵與輥軸上的導向槽口對齊，并使上承板的限位孔與輥軸上的限位榫對齊。

4.3 鞍體的安裝

復合索鞍鞍體分為兩部分安裝，先吊裝錨跨側(cè)鞍體，再吊裝中跨側(cè)鞍體。鞍體采用4點起吊，鞍體兩側(cè)設(shè)置吊耳，每個吊點采用2根吊索，吊索和水平面的夾角為80°。復合索鞍鞍體的安裝如圖9所示。鞍體提升至支墩頂指定的安裝位置后，采用千斤頂緩慢下放；在距離上承板頂端距離10 cm處停止下放，調(diào)整鞍體角度，使其與上承板的定位銷對齊。兩部分鞍體安裝就位后，通過高強螺栓使之連接為一個整體[14]，并與上承板帶動輥軸向香格里拉岸錨跨側(cè)完成83.3 mm的預偏。

圖9 復合索鞍鞍體的安裝

5 結(jié)語

虎跳峽金沙江大橋采用新型滾軸式復合索鞍，復合索鞍同時起到轉(zhuǎn)索和散索作用。香格里拉岸無橋塔的設(shè)置，且施工條件較差，復合索鞍無法直接運輸，不能采用常規(guī)的索鞍安裝方法。因此，香格里拉岸的復合索鞍安裝是依托麗江岸的吊裝平臺，結(jié)合纜索吊機跨江吊運、滑移支架頂推和門架系統(tǒng)起吊共同完成的。復合索鞍各構(gòu)件采用“纜索吊機跨江吊運+拽拉到滑移支架+橫向頂推+門架提升、滑移+調(diào)整就位”的方式進行安裝，依次完成了格柵、下承板、滾輪組件、上承板和鞍體的安裝工作。最終，兩套復合索鞍的軸線偏位和高差均在±2 mm范圍內(nèi)，符合規(guī)范要求。這種索鞍安裝方法，克服了山區(qū)高陡斜坡、環(huán)境差等施工難題，為山區(qū)同類無橋塔懸索橋索鞍的安裝提供參考。