懸索橋加勁梁架設(shè)施工工藝分析

彭樵 姚增峰

【摘要】為探究各種形式和環(huán)境下的懸索橋加勁梁架設(shè)的合理施工方法，以及探尋一些新的施工工藝，本文對(duì)現(xiàn)代懸索橋加勁梁架設(shè)吊裝的主要方法和工藝進(jìn)行了介紹和分析，主要討論了橋面吊裝法、纜索吊裝法、蕩移法、跨纜吊裝法的施工方法和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。著重討論了山區(qū)大跨度懸索橋加勁梁的架設(shè)施工工藝，并對(duì)湖南矮寨大橋采用的軌索滑移法新工藝進(jìn)行了較詳細(xì)介紹，討論了目前正在研究的一些新工藝。從工藝本身的經(jīng)濟(jì)性、施工效率、工藝成熟度等方面進(jìn)行了分析，得出結(jié)論：在運(yùn)輸和場(chǎng)地條件好的環(huán)境下，采用跨纜吊裝法是目前運(yùn)用最為成熟和廣泛的施工工藝；在中小跨度的條件下，纜索吊裝法成本較低，施工方便；對(duì)于山區(qū)特大跨度的懸索橋，除了橋面吊裝法、纜索吊裝法外，我國(guó)創(chuàng)新的軌索滑移法具有很好的應(yīng)用前途。

【關(guān)鍵詞】懸索橋；加勁梁；大跨度；施工工藝

引言

懸索橋分為柔性和剛性懸索橋兩種，兩者的區(qū)別是有無(wú)加勁梁。柔性懸索橋一般指行車道僅設(shè)橋道梁及橋面，當(dāng)活載在橋上移動(dòng)時(shí)，活載由橋面經(jīng)吊桿傳給懸索，懸索便隨移動(dòng)的活載而改變形狀，橋道梁及橋面只起分布集中荷載和調(diào)整懸索的變形作用，橋面也隨懸索的變形而產(chǎn)生較大的撓度。剛性懸索橋采用加勁梁，加勁梁可制做成鋼板梁、鋼桁梁和鋼箱梁以及混凝土箱、板梁。一般在大跨徑懸索橋中都采用阻風(fēng)面積小的鋼桁梁橋，在中小跨徑懸索橋中采用鋼板梁或鋼箱梁。除了一般的在大江大河上建設(shè)懸索橋外，目前懸索橋在跨越山區(qū)和峽谷的優(yōu)越性也逐步受到重視，隨之而來(lái)的各種技術(shù)難題也擺在人們的面前，加勁梁節(jié)段的架設(shè)就是其中之一。本文就目前存在的加勁梁架設(shè)的施工工藝進(jìn)行介紹和比較，并討論一些正在研究的新工藝，從工藝本身的經(jīng)濟(jì)性、施工效率、工藝成熟度等方面進(jìn)行了分析，為各種懸索橋的加勁梁的施工提供參考。

1、一般懸索橋加勁梁施工工藝分析

1.1鋼桁加勁梁懸索橋

對(duì)于加勁梁采用鋼桁梁的懸索橋，按照架設(shè)單元來(lái)分類，可以分為三類，即：?jiǎn)胃鶙U件架設(shè)，平面構(gòu)架架設(shè)和立體節(jié)段架設(shè)。

（1）單根桿件架設(shè)方法。即在預(yù)制廠完成桿件制作后，直接將桿件運(yùn)輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場(chǎng)，然后將各個(gè)桿件吊裝到橋上進(jìn)行組裝。這種方法對(duì)工期和架設(shè)精度均不利，除非在平面構(gòu)架法及立體節(jié)段法無(wú)法采用的區(qū)段方可考慮采用。

（2）立體節(jié)段架設(shè)方法。此方法對(duì)工期與架設(shè)精度是最有利的，根據(jù)梁段的輸送方式不同又可分為兩種：一種施工方法是直接將節(jié)段運(yùn)輸?shù)郊茉O(shè)位置正下方，利用纜載吊機(jī)垂直起吊，但在通行船只很多以及河流湍急的情況下就有很大的難度；另一種施工方法是不占用架設(shè)位置正下方空間的后方送梁法，但在施工過(guò)程中需要配備較多的架設(shè)機(jī)具和材料，同時(shí)在合龍后要及時(shí)進(jìn)行吊索的錨固作業(yè)等，對(duì)工期與經(jīng)濟(jì)均不利。

（3）平面構(gòu)架架設(shè)方法。該方法介于桿件架設(shè)與立體節(jié)段架設(shè)之間，其運(yùn)輸和起吊的單元是由多個(gè)桿件組成但未形成整個(gè)梁段，需要根據(jù)運(yùn)輸條件及吊裝能力擇機(jī)采用。

1.2箱型加勁梁懸索橋

對(duì)于加勁梁采用鋼箱梁的懸索橋只能采用立體的箱梁節(jié)段作為架設(shè)單元，采用梁段提升的方法來(lái)架設(shè)。因采用的是立體節(jié)段吊裝，故吊裝方法對(duì)于鋼桁梁懸索橋也同樣適用。到目前為止，懸索橋加勁梁的安裝工藝主要有四種：以日本明石海峽大橋?yàn)榇淼臉蛎娴跹b法、以中國(guó)湖北四渡河大橋?yàn)榇淼睦|索吊裝法、以法國(guó)Chavanon大橋?yàn)榇淼氖幰品ㄒ约斑\(yùn)用最為成熟和普遍的跨纜吊裝法。

（1）橋面吊裝法。即采用能沿著桁架上弦或縱梁行走的移動(dòng)式吊機(jī)，運(yùn)送梁段再對(duì)梁段進(jìn)行懸臂安裝。懸索橋加勁梁懸臂安裝時(shí)與梁式橋懸臂安裝不同之處在于每一梁段拼裝之后，不是靠橋的已成梁段來(lái)承擔(dān)其后拼裝梁段的自重，而是立即將剛吊裝到位的梁段同其對(duì)應(yīng)的吊索相連，讓所有已經(jīng)吊裝梁段的自重都經(jīng)由吊索而傳給主纜，由主纜承擔(dān)。由于這種方法需要將移動(dòng)式吊機(jī)支撐在上弦桿或縱梁上，吊機(jī)在吊裝過(guò)程中將承受荷載，因此吊裝質(zhì)量不宜過(guò)大，施工時(shí)常采用大段剛接，分段設(shè)角工藝，桁架桿件實(shí)現(xiàn)空中拼裝，該法雖然節(jié)省了安裝在主纜上的跨纜吊機(jī)，但橋面吊機(jī)造價(jià)較高，需要增設(shè)臨時(shí)吊索，更換不同的吊具，且只能進(jìn)行桿件或桁片拼裝，不能進(jìn)行節(jié)段拼裝，且加勁梁由于支承橋面吊機(jī)而增大截面，施工過(guò)程中的荷載控制了永久結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，增加了永久結(jié)構(gòu)的造價(jià)。由于鋼桁梁桿件或桁片在空中懸拼，空中作業(yè)時(shí)間增長(zhǎng)，增加了施工風(fēng)險(xiǎn)，施工期則相應(yīng)增長(zhǎng)。

（2）纜索吊裝法。最開(kāi)始被稱為無(wú)支架吊裝，它采用另外架設(shè)的纜索吊裝系統(tǒng)，將加勁梁段在起吊平臺(tái)起吊，卷?yè)P(yáng)機(jī)帶動(dòng)牽引系統(tǒng)開(kāi)始工作，以勻速沿纜索吊承重索運(yùn)行至加勁梁節(jié)段設(shè)計(jì)位置下方，起吊鋼繩升起，直至加勁梁節(jié)段到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高。該法實(shí)現(xiàn)了加勁梁的水平和垂直運(yùn)輸，可直接利用懸索橋的索塔和錨碇，且纜索吊機(jī)架設(shè)法對(duì)環(huán)境的適用性較強(qiáng)，起吊能力大，但對(duì)于大跨徑懸索橋，加勁梁節(jié)段自重加大，各種索的數(shù)量增多，容易絞索。

（3）跨纜吊裝法。是指采用跨纜吊機(jī)這種專門的架橋設(shè)備，它是懸索橋施工中采用垂直提升法吊裝加勁梁時(shí)所使用的一種專用起重設(shè)備。它以主纜為支撐，行走于其上，并能跨越索夾?？缋|吊機(jī)是采用鋼絲繩、滑輪組和卷?yè)P(yáng)機(jī)組成卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)，由于其提升平穩(wěn)，適合較大噸位構(gòu)件的吊裝作業(yè)，成為目前國(guó)內(nèi)外懸索橋加勁梁吊裝施工中采用較多的一種方法。其施工方法是：將鋼箱梁安裝節(jié)段在橋位附近拼裝、焊接好，用浮船運(yùn)至橋下，采用跨纜吊機(jī)提升就位進(jìn)行安裝，即"船舶就位、垂直起吊"。

（4）蕩移法。即利用增設(shè)臨時(shí)吊索來(lái)傳力過(guò)渡，具體施工方法是加勁梁節(jié)段首先被吊高幾米，拴上一組長(zhǎng)的臨時(shí)吊索，長(zhǎng)吊索連在主纜上的索夾處，放松吊機(jī)，就可使節(jié)段向臨時(shí)吊索處移動(dòng)，待穩(wěn)定后，再向前移動(dòng)吊機(jī)，收緊鋼索，則節(jié)段又將向吊機(jī)移動(dòng)，如此反復(fù)。

2、山區(qū)懸索橋加勁梁施工工藝分析

目前在山區(qū)懸索橋的施工當(dāng)中出現(xiàn)了有別于江河上懸索橋施工的新問(wèn)題，山區(qū)地形復(fù)雜且多伴有高深的峽谷，在其間修建橋梁通常采用大跨懸索橋一跨跨過(guò)。由于山區(qū)峽谷或河流水面窄，水淺，甚至無(wú)水，運(yùn)梁船只不能達(dá)到梁段安裝位置的下方，因而山區(qū)大跨度懸索橋加勁梁架設(shè)無(wú)法采用以往跨越大江大河上的懸索橋加勁梁架設(shè)的跨纜吊機(jī)施工方法，目前山區(qū)大跨度懸索橋加勁梁架設(shè)主要有纜索吊裝法、橋面吊機(jī)法、軌索滑移法等。

2.1矮寨大橋軌索滑移法

軌索滑移法成功運(yùn)用于湖南省的矮寨大橋，是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的一種懸索橋架梁方法。矮寨大峽谷谷深坡陡，高差達(dá)350m，地質(zhì)情況復(fù)雜，橋型方案為鋼桁加勁梁?jiǎn)慰鐟宜鳂颍骼|孔跨布置為242+1176+116m，由于主跨過(guò)大，采用纜索吊裝法和橋面吊機(jī)法都存在很多不足，因此矮寨大橋的工作人員研究試驗(yàn)后采用了名為軌索滑移法的方法。在基于連續(xù)梁長(zhǎng)梁頂推工藝基礎(chǔ)上，借鑒貨運(yùn)索道及林業(yè)運(yùn)輸索道的工作原理，通過(guò)大量的計(jì)算分析和實(shí)地試驗(yàn)，矮寨特大懸索橋加勁梁的縱向運(yùn)輸采用“利用主纜作承重結(jié)構(gòu)、張緊的懸掛于主纜下接近吊索位置的軌索作為軌道，運(yùn)梁車系統(tǒng)在軌索上滾動(dòng)運(yùn)送鋼桁加勁梁段的索軌縱向運(yùn)梁、簡(jiǎn)易吊機(jī)垂直起吊安裝加勁梁的施工方案”。從原理上說(shuō)該方案是將纜索吊和索道運(yùn)輸、纜載吊機(jī)吊裝等幾項(xiàng)成熟的技術(shù)綜合運(yùn)用，屬于集成創(chuàng)新得到的大跨度懸索橋加勁梁施工方案，對(duì)于跨越高山峽谷的大跨度懸索橋特別適用。預(yù)設(shè)軌索移動(dòng)運(yùn)輸加勁梁方案總體思路如下：主纜架設(shè)完成后，利用貓道安裝吊索和吊鞍；利用吊鞍做托架，牽引架設(shè)索軌。將索軌與兩端的錨固系統(tǒng)連接并調(diào)整吊鞍的縱向位置、張拉軌索力到設(shè)計(jì)值。將加勁梁通過(guò)運(yùn)梁小車懸掛于索軌上，通過(guò)牽引，使加勁梁從橋塔處向安裝位置運(yùn)輸。大橋首創(chuàng)的軌索滑移法成功解決了山區(qū)大跨徑懸索橋主梁架設(shè)難題，該法在矮寨大橋上成功運(yùn)用將對(duì)山區(qū)及淺灘區(qū)域或城市大跨徑懸索橋的建成起到巨大作用，該工法也可推廣到鋼桁拱、鋼桁連續(xù)梁、連續(xù)鋼構(gòu)等橋型。

3、山區(qū)懸索橋加勁梁架設(shè)新工藝

3.1前端無(wú)吊桿的正放斜起吊方法

運(yùn)梁小車將梁段運(yùn)到已安裝梁段的最前端，使梁段處于正放位置，跨纜吊機(jī)置于起吊梁段就位后的對(duì)應(yīng)索夾上，其起重索順橋向傾斜吊起梁段，同時(shí)用盡量水平施力的卷?yè)P(yáng)機(jī)拖住梁段并緩慢放松，使梁段平穩(wěn)緩慢起吊至起重索處于鉛直狀態(tài)，解除卷?yè)P(yáng)機(jī)的水平施力的連接，將梁段精確定位，并將其與已安裝梁段連接，然后張拉前一安裝梁段的吊桿，并放松跨纜吊機(jī)的起重繩。

3.2前端有吊桿的正放斜起吊或正起吊方法

運(yùn)梁小車在橋下地面上運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)位置，使梁段處于正放位置，再按與前一種相同的方法正起吊或者斜起吊梁段和就位，再將其與已安裝梁段連接，然后張拉該安裝梁段的吊桿，并放松跨纜吊機(jī)的起重繩；

3.3跨纜吊機(jī)協(xié)同吊裝法

置于梁段起吊位置上方附近索夾的跨纜吊機(jī)與置于該梁段就位位置正上方索夾的跨纜吊機(jī)共同吊住起吊梁段，在起吊梁段順橋向到達(dá)兩跨纜吊機(jī)之間前，按正放斜起吊方法起吊，待順橋向達(dá)到第一個(gè)跨纜吊機(jī)下方后，解除水平施力卷?yè)P(yáng)機(jī)的連接，接著下放起重繩，使得吊重在跨纜吊機(jī)以下有足夠距離，以減少起重索的豎值偏角，避免吊機(jī)承擔(dān)過(guò)大的水平力，然后分別放、收兩臺(tái)跨纜吊機(jī)的鋼絲繩，實(shí)現(xiàn)吊重由一個(gè)跨纜吊機(jī)正下方向另一個(gè)跨纜吊機(jī)正下方的移動(dòng)。

4、結(jié)語(yǔ)

（1）跨纜吊裝法施工提升平穩(wěn)，適合較大噸位節(jié)段的吊裝作業(yè)，是目前國(guó)內(nèi)外懸索橋加勁梁吊裝施工中采用較多的一種方法，但在山區(qū)懸索橋運(yùn)用中有所限制。

（2）纜索吊裝法為國(guó)內(nèi)外成熟施工技術(shù)，從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性分析，中小跨徑懸索橋采用該工藝總體比較適用。

（3）橋面吊裝法不受地形限制，為成熟施工技術(shù)，但施工荷載控制了鋼桁梁永久結(jié)構(gòu)用鋼量，其施工工期相對(duì)較長(zhǎng)，施工成本較高。

（4）軌索滑移法為矮寨懸索橋獨(dú)特的施工工藝，是山區(qū)特大跨度懸索橋加勁梁施工領(lǐng)域的一重大新方法，具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值，將會(huì)推動(dòng)我國(guó)山區(qū)懸索橋的發(fā)展，但該法不僅需要使用懸索橋常用的架梁設(shè)備—跨纜吊機(jī)，而且增加了造價(jià)不低的軌索系統(tǒng)。

（5）跨纜吊機(jī)協(xié)同吊裝法結(jié)合傳統(tǒng)成熟的蕩移法和跨纜吊機(jī)法，想法新穎，能經(jīng)濟(jì)高效地解決各種地形條件下山區(qū)懸索橋各不同位置梁段的架設(shè)問(wèn)題，值得做進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

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