重慶巫山大寧河橋165t纜索吊機設計

董傳洲 馮仲仁

（1.中鐵大橋局股份有限公司 武漢 430050；2.武漢理工大學土木工程與建筑學院 武漢 430070）

拱橋由于其具有美觀、經(jīng)濟、施工方便等優(yōu)點，在基礎建設中得到廣泛應用。拱橋施工過程中，拱肋節(jié)段的吊裝是施工的關鍵工序，由于山區(qū)地形條件的限制，無法采用支架法、浮吊安裝等常規(guī)的施工方案，纜索吊機作為一種同時具備起吊和走行能力的起重設備，為拱肋節(jié)段吊裝提供了一種優(yōu)質(zhì)高效的解決方案［1］。

1 工程概況

重慶巫山大寧河特大橋位于長江三峽風景區(qū)內(nèi)、長江支流大寧河入江口附近，是國家重點公路杭州至蘭州線重慶巫山至奉節(jié)段高速公路上的一座特大橋。本橋跨越處河谷谷口寬度約700 m，地形陡峻，為主跨400 m 的鋼箱桁架上承式拱橋。全橋橋跨布置為：5×30m＋16×27m＋3×30m，主拱跨度400m，凈矢高80m，橋面寬24.5 m，橋面距河面180m，橋梁全長682m。

主拱橫向為3片拱肋，拱肋安裝采用纜索吊裝系統(tǒng)吊裝到位，用扣索系統(tǒng)錨固定位；纜塔支撐在扣塔頂上。主拱肋橫向3片分次吊裝，單片桁架拱肋分18個節(jié)段，1個拱頂合龍段，全橋共55個節(jié)段；全橋最大吊裝節(jié)段重量為165t，吊裝節(jié)段最長約28.5m。

2 纜索吊機總體設計

本橋纜索吊機主要用于安裝拱肋節(jié)段，拱上立柱及橋面板，其中拱肋節(jié)段吊裝為控制設計階段。結合本橋主跨的結構特點和纜索吊機的使用要求，確定纜索吊機的凈吊重為165t。根據(jù)纜索吊機所處地地形、地勢，纜索吊機施工跨徑布置為：200m＋432m＋200m，跨中主索設計最大垂度為L／12.5＝34.56m。兩岸塔頂高程相同，均為362.57m。

纜索吊機系統(tǒng)主要由纜索系統(tǒng)、塔架支撐系統(tǒng)、扣錨系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、天車和支索器系統(tǒng)、機械部分和滑移系統(tǒng)等組成。纜索吊機總體布置見圖1。

圖1 纜索吊機總體布置（單位：m）

2.1 纜索系統(tǒng)

纜索系統(tǒng)包括主索、起重索、牽引索、纜風索［2］。纜索系統(tǒng)沿橫橋向布置2組主索，上下游各1組，每組主索由12Φ52 鋼絲繩組成，索間距13.8cm，2組主索中心距4 m，主索均支承于纜塔塔頂索鞍，兩端接入后錨錨固，形成3跨連續(xù)纜索結構。起重索用于控制吊運構件的升降（即垂直運輸），其一端纏繞于卷揚機滾筒上，另一端跨過塔架固定于起重卷揚機對岸的錨碇上，這樣，當跑車在承重索上來往運行時，可保持跑車與吊鉤間的起重索長度一致。起重索采用直徑26 mm纖維芯鋼絲繩走8布置，選用8臺100kN 起重卷揚機。牽引索用于牽引跑車沿橋跨方向在承重索上移動（即水平運輸），牽引索走線示意見圖2。牽引索采用直徑32.5mm 麻心鋼絲繩走4 布置，采用循環(huán)方式牽引，選用2 臺150kN 起重卷揚機。纜索系統(tǒng)各類鋼絲繩參數(shù)見表1。

圖2 牽引索走線示意圖

表1 各類繩索參數(shù)表

2.2 纜扣塔系統(tǒng)

纜扣塔系統(tǒng)主要由支承纜索系統(tǒng)的纜塔結構和用于固定扣、錨索張拉端的扣塔組成。經(jīng)多種方案比選，確定扣索塔架與墩頂固結，纜索吊塔架鉸接于扣索塔架之上的方式。

根據(jù)項目部現(xiàn)有資源情況，纜塔由西乙型萬能桿件組拼而成，塔架橫向為3組4m×2.56m萬能桿件雙立柱塔柱，上、下游塔柱中心至中塔柱中心均為10m，并分別鉸結于扣索塔架上，塔架高度均為26m，且由萬能桿件橫梁將上、下游塔柱聯(lián)成一體，構成雙門型框架。纜塔塔架為空間桁架結構，穩(wěn)定問題突出，須設纜風繩，其作用是平衡承重索吊重產(chǎn)生的水平力，控制塔頂位移小于（1／300）H。滾動索鞍設置在塔架頂上，為放置承重索，起重索、牽引索等用，可以減少鋼絲繩與塔架的摩阻力，使塔架承受較小的水平力，并減少鋼絲繩的磨損。

扣塔分別由主體5號和6號交界主墩及其上部鋼塔組成，上部鋼塔立柱采用HW400×400熱軋寬翼緣H 型鋼，橫向布置3組塔柱，上、下游塔柱中心至中塔柱中心均為10m，以N 型萬能桿件作為聯(lián)結系。扣塔塔底與交界主墩頂固結，纜塔與扣塔之間設鉸支座連接，纜塔塔底鉸座見圖3。纜扣塔之間鉸接，以使纜塔由塔頂纜索不平衡水平力引起的順橋向偏移在塔底不產(chǎn)生彎矩和水平力，不影響扣塔扣錨體系工作，以保證拱肋吊裝質(zhì)量與安全。

2.3 扣錨系統(tǒng)

扣、錨索均采用Φj15.24（Rby＝1860 MPa）鋼絞線。錨點和扣點均采用OVM 固定端P型錨具進行錨固?？郏ㄥ^）索最小傾角為6°，最大傾角為48°?？郏ㄥ^）索體系張拉點均布置于扣塔上。

扣索通過錨箱與扣點拉板銷接進行錨固，拉板內(nèi)側與拱肋腹板內(nèi)側對齊；錨索錨固采用2種形式，巫山、奉節(jié)側1～5號錨索均錨固在主體結構拱座或承臺上，6～9號錨索采用獨立錨碇進行錨固。兩岸各設2個整體式鋼筋混凝土錨碇，所有預埋件均須保證預埋深度及預埋角度。錨碇為預應力錨索式錨碇，錨碇抗滑移穩(wěn)定系數(shù)不小于1.3，為保證錨碇基礎的安全，基坑周邊設置截水溝，并用漿砌石固面。

扣錨系統(tǒng)在設計過程中，充分利用主體結構受力，錨索盡量錨固在各主墩承臺上，以減少錨體結構的工程量。鋼塔主體結構設計充分利用工地現(xiàn)有資源，立柱均采用工地現(xiàn)有的熱軋寬翼緣H型鋼，聯(lián)結系采用N 型萬能桿件，在保證主體結構剛度、強度的前提下最大限度減少新制桿件數(shù)量，節(jié)省開支。各組錨（扣）索力線交點均在扣塔中心線上，避免豎向合力偏心引起的立柱受力不均勻；塔上錨固將錨點合理布置于焊接錨梁上，扣（錨）索力線交于錨固梁中心，形成雙向無扭轉自平衡式簡支受力體系，受力明確合理；錨梁傳力通過強大的分配梁體系，均勻傳遞至各個立柱。并且張拉點集中布置于扣塔上，張拉設備倒用方便，提高了勞動效率。

2.4 滑移系統(tǒng)

主拱拱肋橫向由3片拱肋組成，為適應橫向3片拱肋吊裝的需要，纜索吊主索系統(tǒng)在纜塔塔頂采用橫向移動形式，即主索鞍在塔頂橫向設置滑道使主索在空載時進行橫向移動，塔頂鞍座滑道梁由2根新制箱梁組成，設橫向限位裝置，滑道面焊接不銹鋼板并涂潤滑油，保證滑道面摩擦系數(shù)小于0.2。最大吊重時最大橫移水平距離為10 m，最大橫向水平角為3.72°。

為保證纜索吊主索系統(tǒng)在橫移時可隨時定位，橫移滑道梁腹板上每500 mm 設置一個定位孔，定位孔及銷軸起雙重作用，既可定位反力座承受千斤頂傳來的彎矩和剪力，也可定位鞍座防止其移動。橫移滑道梁實景見圖4。

圖4 橫移滑道梁實景

2.5 纜風系統(tǒng)

纜風索系統(tǒng)為平衡主索吊重時產(chǎn)生的水平力并控制塔頂偏位［3］，上、下游各4組，由通風纜及后風纜組成，為不影響索鞍橫向移動，纜風索設置于纜塔兩側，后風纜通過一個預埋件錨固在扣錨索錨碇上，在塔頂上滑道梁兩側通過滑輪轉向后再次回到扣錨索錨碇上的另一個纜風預埋件上固定。

2.6 錨碇系統(tǒng)

錨碇系統(tǒng)為錨固承重索用，錨碇在纜索吊機吊裝過程中，對安全有決定性的影響。兩側錨碇根據(jù)所在位置的地質(zhì)情況分別采用不同的受力方式設計。奉節(jié)側錨碇位置處地質(zhì)情況較好，巖石為弱風化巖，其整體性及承載力均能滿足巖錨的受力需要，故采用斜向巖錨直接傳力，每4根斜錨索對應6根主索，抗拔安全系數(shù)1.36，大于規(guī)范要求1.3，豎向錨索作為安全儲備，起輔助作用；而巫山側錨碇位置處地質(zhì)情況較差，破碎巖石的覆蓋層較厚，如采用斜向巖錨直接受力則鉆孔很深，而且容易塌孔，既不經(jīng)濟也不安全，故考慮使用重力式錨碇，豎向錨索為主要受力錨索，摩擦系數(shù)按0.35考慮，抗滑移安全系數(shù)1.62，大于規(guī)范要求1.3，斜向錨索作為安全儲備，起輔助作用。兩側錨碇結構示意見圖5、圖6。

圖5 巫山側錨碇示意

圖6 奉節(jié)側錨碇示意

3 結語

大寧河橋纜索吊機僅用5個月時間就完成全橋55個拱肋節(jié)段的安裝工作。通過現(xiàn)場的施工監(jiān)控和對各類監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析，主索垂度及塔頂位移均與設計計算值吻合較好，纜索吊機工作正常，為全橋順利竣工提供了有效保障，取得了較好的經(jīng)濟效益。

［1］冉茂學，許紅勝.山區(qū)大跨懸索橋施工纜索吊機的設計要點［J］.中外公路，2009（4）：101－103.

［2］曲江峰，涂滿明.福建寧德天池大橋120t纜索吊機設計［J］.世界橋梁，2008（1）：41－43.

［3］王東輝.重慶菜園壩長江大橋4 200kN 纜索吊機設計［J］.鐵道標準設計，2008（9）：33－37.