山區(qū)懸索橋鋼箱梁架設施工方案研究

夏國邦??

摘要：以普宣高速公路中地處深山峽谷的普立特大橋為依托工程，在惡劣的施工條件下，經過多種施工方案比較，確定采用纜索吊裝鋼箱加勁梁的施工方案。對纜索吊裝系統(tǒng)和加勁梁架設系統(tǒng)進行詳細說明，重點介紹了懸索橋鋼箱梁纜索吊裝系統(tǒng)的安裝方法、安裝順序，以及加勁梁標準梁段和特殊梁段的安裝關鍵技術，為修建山區(qū)大跨度懸索橋提供了全新的方法，具有一定的參考價值。

關鍵詞：懸索橋；加勁梁；鋼箱梁；纜索吊裝

中圖分類號：U445.46 文獻標志碼：B

Abstract： Considering the harsh construction conditions of Puli Bridge in the mountain valley of Puli-Xuanwei highway， a construction scheme of using cables to hoist the steel box stiffening beam was applied after the comparisons. The hoisting system and stiffening beam mounting system were elaborated； the installation of the cable hoisting system was emphasized， as well as key technologies for the mounting of standard beam segment and special beam segment. The mounting scheme provides a new way to build a suspension bridge in mountainous area.

Key words： suspension bridge； stiffening beam； steel box girder； cable hoisting

0 引 言

懸索橋受力合理，跨越能力大，造型優(yōu)美，是山區(qū)修建跨越峽谷橋梁時非常有競爭力的橋型[1-3]。就承重構件而言，懸索橋由以下幾個主要部分組成： 橋塔、錨錠、主纜、吊索、加勁梁和鞍座。目前懸索橋加勁梁常見的形式有鋼桁梁和鋼箱梁，2種加勁梁各有優(yōu)缺點：鋼桁梁式加勁梁適用于雙層橋，透風性能好，抗扭性能好；鋼箱梁以加勁梁適用于單層橋面，可以在頂板上直接鋪設橋面鋪裝，無需縱橫梁，因此可以節(jié)省鋼材。雖然鋼箱梁的抗風阻力系數小，容易發(fā)生渦流振動，但抵抗彎扭耦合振動的效果好。在選擇懸索橋加勁梁的形式時，要從橋梁的場地條件、施工條件、橋梁設計、橋梁抗風等多方面進行考慮。

目前，山區(qū)懸索橋鋼箱加勁梁架設方法有很多種，國內900 m以下的山區(qū)懸索橋常采用纜索吊裝法來架設加勁梁，如湖北四渡河大橋（主跨900 m）、貴州北盤江大橋（主跨636 m）；貴州壩陵河大橋（主跨1 088 m）采用了橋面吊機法來架設加勁梁[4-6]；湖南湘西矮寨特大懸索橋（主跨1 176 m）采用軌索滑移法架設鋼桁加勁梁。本文以普立特大橋為背景，研究山區(qū)懸索橋鋼箱梁纜索吊裝方法的施工過程。

1 工程概況

普立特大橋全長1 040 m，在普宣高速公路K11+233.807～K12+237.000處跨越普立大溝，是普宣高速公路控制性工程。主橋為628 m單跨簡支鋼箱加勁梁懸索橋，主纜邊跨為166 m，索塔為直塔柱門式框架結構，分離式承臺，群樁基礎，普立岸采用隧道錨，宣威岸采用重力錨；引橋上部結構為先簡支后連續(xù)40 m預應力混凝土T梁，普立岸橋跨布置為4×40 m，宣威岸橋跨布置為3×40 m+3×40 m；橋面為雙向四車道，橋面縱坡為165%；下部結構采用等截面鋼筋混凝土矩形墩、樁基礎，普立岸采用重力式橋臺，宣威岸采用肋板式橋臺。大橋總體布置如圖1所示。

2 施工方案

加勁梁段采用200 t纜索吊機四點抬吊進行安裝，梁段吊裝就位后，將吊索與梁段錨箱吊耳板銷接牢靠，并將臨時連接件連接好后再松開纜索吊機主鉤。由于梁段均在宣威岸預制，為了確保能通過宣威岸索塔至指定的起吊位置，梁段由存梁場至宣威岸塔下的運輸需呈旋轉90°后的狀態(tài)。待通過索塔后，經纜索吊機起吊，運輸至設計位置下方，再旋轉至安裝方向，上提安裝就位。除塔下端梁段外，其余梁段均從跨中向兩端對稱安裝。端梁段采用纜索吊機將其吊至臨時支架上，然后向邊跨側偏移50 cm，待合龍段吊裝就位后，再回移端梁段，與合龍段對接。梁段吊裝就位后，與相鄰梁段進行臨時連接，利用銷釘調平板件錯位，并擰緊頂板臨時連接對拉螺桿至設計縫寬固定。待全橋所有梁段吊裝完畢并臨時連接后，再進行梁段環(huán)向接縫的焊接。

3 纜索吊機安裝

纜索吊機主要由主索、起重索、牽引索、跑車、起重滑車、索鞍、錨固系統(tǒng)等組成。纜索吊機沿橫橋向布置2組主索，主索上設4臺75 t跑車，主索通過索鞍支承于塔頂橫梁上，并通過預埋件錨固于重力式錨（宣威側）及隧道錨（普立側）散索鞍支墩上；起重索采用定6動5走10布置，起重滑車組設4套，配15 t起重卷揚機4臺，均設置于宣威岸；牽引索采用單組索走4布置，4臺25 t牽引卷揚機，單組主索上的2臺跑車通過連接繩串聯，一臺主動牽引，另一臺被動牽引，均設置于宣威岸；背索設置在塔頂鞍座上，兩岸分別設置12根鋼絞線，一個鞍座上錨固6根背索，單根背索預拉力為6.7 t。

3.1 吊機索鞍安裝

纜索吊機索鞍置于索塔橫梁上，采用固定式索鞍，在澆筑索塔及橫梁混凝土時預埋鐵板，使用塔吊將索鞍各構件分散吊至塔頂安裝，索塔與橫梁整體參與箱梁吊裝時的結構受力。

3.2 錨固系統(tǒng)

兩組承重索錨碇分別布置于兩岸錨碇上，在澆筑錨碇混凝土時預埋必要的預埋件，主索通過連接裝置與錨碇相連，主索與地錨連接千斤繩分別和滑車組相連，滑車組通過調節(jié)裝置與鋼絲繩連接，地錨連接鋼絲繩套于地錨錨固輪上。錨固系統(tǒng)如圖2所示。

3.3 導索安裝

纜索吊機導索采用Φ32 mm鋼絲繩，纜索吊機過索完畢后轉換為牽引繩。纜索吊機導索需在貓道索架設過程中利用貓道索提前架設，并錨固于兩岸錨固支架，為纜索吊機安裝做好準備工作。

3.4 軌道支承索架設

每組主索設置1根Φ39 mm軌道支承索，軌道支承索利用導索牽引架設。

軌道支承索架設完畢后及時進行線性調整，調整后錨固于塔頂。

3.5 纜索吊跑車安裝

主索架設前先進行雙聯跑車系統(tǒng)的安裝，雙聯跑車系統(tǒng)在宣威岸臨時擱置平臺上進行安裝，安裝過程中利用Φ32 mm鋼絲繩在塔頂將跑車系統(tǒng)打梢，防止其下滑，如圖3所示。

3.6 主索安裝

吊機主索采用Φ62 mm鋼絲繩（6×37WS+IWR），共16根（單側8根），單根長度1 036 m，主索橫跨兩側索塔，錨固于兩側錨碇上，主索在普立岸一端張拉。

（1）主索架設。

主索均從宣威岸往普立岸牽引架設，2臺20 t牽引卷揚機均布置于宣威岸，在普立岸設置轉向輪形成大循環(huán)。主索由宣威岸錨碇放索區(qū)放出，經導索牽引至宣威岸主塔塔頂，塔吊輔助提升，使其越過宣威岸塔頂鞍座，繼續(xù)由導索牽引，每隔約150 m掛設一個支索器于軌道支撐索上。同樣，牽引至普立岸主塔塔頂時利用塔吊輔助提升越過普立岸塔頂鞍座，最后牽引至普立岸錨碇散索鞍支墩預埋件位置。

（2）主索調整。主索調整采用分級張拉，具體操作步驟為：主索采用滑車組張拉，普立岸每個散索鞍支墩處分別布置8套滑輪組；解除滑車組松緊繩自身連接，將卷揚機繩索與滑車組松緊繩連接；分級張拉主索，利用15 t卷揚機逐根張拉，通過張拉力控制主索垂度；主索張拉完成后，將滑車組松緊繩與自身用繩夾固定，并解除滑車組繩頭與20 t卷揚機繩索連接。

（3）垂度測量。采用全站儀對主索跨中垂度進行實時測量，并與設計位置比較，逐步調整線形。

3.7 背索安裝

主纜安裝完畢后，按照設計圖進行背索鋼絞線的安裝并張拉，鋼絞線固定端采用P錨，張拉端采用夾片錨具，并設置防松裝置。

3.8 牽引索安裝

牽引索均從宣威岸25 t卷揚機放出，經導索牽引至宣威岸塔頂與跑車連接，與跑車連接完成后，利用導索牽引索牽引至普立岸，與普立岸轉向進行連接，再將牽引繩牽引至宣威岸與25 t卷揚機連接。

3.9 起重索及下掛架安裝

起重索采用4根Φ28 mm鋼絲繩（6×37S+FC），牽引索安裝完成后進行起重索安裝。

（1）跑車牽引至宣威岸塔頂，安裝跑車下掛架及起重索。

（2）宣威岸起重索安裝完畢后，將繩頭在跑車上打梢，預留足夠長度，將跑車牽引至普立岸。

（3）起重索繩頭經普立岸塔頂轉向后錨固于錨碇預埋件上。

3.10 旋轉吊具安裝

旋轉吊具直接掛吊于4個下掛架上，在旋轉吊具上安裝2臺6 t動力卷揚機牽引旋轉軸，使其實現旋轉功能。

4 加勁梁架設

4.1 主塔墩旁托架施工

宣威岸索塔區(qū)架梁托架布置在中橫梁跨中側，由8個型鋼制造的三角架組成，2個三角架通過連接系組成穩(wěn)定桁架體系，4個桁架組頂面鋪設分配梁形成操作平臺，最后在桁架上安裝墊梁、滑座以及千斤頂形成支撐和調節(jié)塔區(qū)梁段的臨時支點A、臨時支點B。臨時支點A、B是塔區(qū)梁段支撐的支點，其抄墊高度考慮豎向支座的安裝以及調整梁段位置和線型的需要。

4.2 加勁梁安裝

加勁梁采用200 t平板運輸車運輸，加勁梁安裝施工先后順序為：架設準備；拼裝纜索吊機，試吊；加勁梁工廠制造，運輸到位；安裝吊具；加勁梁起吊，纜索吊機攜梁至設計位置后平轉、下落就位；梁段與吊索連接及調整；梁段間臨時連接；塔頂鞍座縱向頂移；繼續(xù)架設至加勁梁合龍；箱梁線型調整；加勁梁連接；鞍座固定。

加勁梁為全焊接結構，在鋼結構工廠分塊、分段下料生產板材及局部焊接件，然后用汽車運輸至宣威岸加勁梁拼裝場，在總拼場進行梁段總拼，形成梁段。由于架設需要，在宣威岸設置加勁梁拼裝場和存放場，分別完成全橋加勁梁的拼裝和存放工作。

4.3 塔區(qū)鋼梁架設

宣威岸塔區(qū)加勁梁存梁狀態(tài)為26′#、27′#節(jié)段梁設計位置向邊跨側移動50 cm，主要為架設跨中梁段提供平臺，使纜索吊機能夠順利實現標準節(jié)段的垂直起吊。

普立岸塔區(qū)加勁梁27#節(jié)段安裝方法和施工工藝與宣威岸27′#梁段安裝方法類似，即27#節(jié)段梁存梁狀態(tài)為設計位置向邊跨側移動50 cm，待26#節(jié)段安裝后與其連接。

4.4 跨中標準梁段的架設

加勁梁由從工廠制造單元件，運輸到工地現場后再加勁梁預拼場拼裝成節(jié)段后吊裝?？缰袠藴使?jié)段通過預拼場內運梁臺車運輸至27′#、26′#頂面，由纜索吊按常規(guī)垂直起吊，攜梁走行至設計位置，再通過旋轉吊具水平旋轉后就位進行架設。吊裝作業(yè)程序如下。

（1）吊機作業(yè)組對設備進行安全檢查，在現場技術人員的指揮下將纜索吊機移到宣威岸墩旁托架上方固定。各作業(yè)班組進入作業(yè)位置。

（2）將制作完畢的01#節(jié)段加勁梁采用運梁小車經宣威岸引橋運輸至27′#頂面。

（3）吊機作業(yè)組指揮卷揚機操作人員將吊具下放到加勁梁上，這時吊具聯結作業(yè)人員將吊具與加勁梁聯結，并指揮微調箱梁位置，配合吊具聯結作業(yè)。

（4）待吊具與加勁梁吊耳聯結好后，纜索吊機微微提升預緊各吊具，使各吊點受力一致，2吊點同步提升，當加勁梁將離開而尚未離開臺車時停止提升，再檢查加勁梁是否水平，調節(jié)水平后，再同步提升。

（5）啟動纜索吊牽引索卷揚機，使纜索吊攜梁走行至箱梁節(jié)段設計里程，通過旋轉吊具旋轉加勁梁至安裝位置，掛吊索并下放加勁梁安裝就位。

（6）用同樣的方法吊裝02#節(jié)段加勁梁。當02#節(jié)段加勁梁移動吊裝略高于已安裝加勁梁01#高度后停機，施工人員順貓道掛梯下至箱梁頂面檢查2節(jié)中梁的接縫距離，利用2個5 t牽引器將節(jié)段向已安裝的節(jié)段拉攏，臨時固定，稍后將吊索錨頭與加勁梁的錨座聯接（注意糾正吊索的扭轉和吊索編號），待各吊索錨頭均與永久吊點聯結好并檢查無誤后，指揮吊具下降，讓吊索受力。

（7）拆除纜索吊機的吊具，將纜索吊機縱移至下一節(jié)段的吊裝位置，進行下一節(jié)段的吊裝作業(yè)。

4.5 加勁梁的調節(jié)和定位

4.5.1 梁段安裝過程塔頂索鞍頂推

（1）為了使主塔在加勁梁架設過程中可以調整，需在架纜前按設計要求將主塔索鞍向兩岸側各偏移一定數值；開始架梁后主塔索鞍將隨梁片逐漸向主跨側移動至成橋的設計位置上。

（2）主塔索鞍利用主索鞍縱向頂移支架和移動導向限位裝置縱向頂移、限位。采用500 t千斤頂頂移，千斤頂頂部應對準索鞍施頂中心，兩側2臺千斤頂采用并聯方式與油泵相連，達到同步施頂縱移。

（3）每次頂移塔頂恢復到位，應及時鎖定索鞍座體；待頂移到成橋的設計位置后，應將索鞍鎖定。

（4）為保證每節(jié)段縱向頂移量達到設計要求，防止頂移過量，每次頂移前要用鋼尺在導向限位上做好移動的距離標記，并將導向限位設置到該位置上。

（5）正式頂移前，應徹底清理索鞍的外露座板表面，并涂上減摩劑。索鞍滑動副及其外露表面在安裝后和每次頂移后，都應及時妥善保護。

4.5.2 鋼加勁梁節(jié)段間臨時聯接

（1）加勁梁架設過程中因主纜受力不均勻，造成最初架設的幾段加勁梁標高相差較大，無法進行臨時聯接。施工過程中，根據監(jiān)控單位提供的理論數據及現場實際情況確定加勁梁開始臨時聯接的時間。

（2）在節(jié)段梁吊裝過程中應對加勁梁節(jié)段接頭進行防護，防止相鄰2節(jié)段加勁梁在架設過程中發(fā)生碰撞造成節(jié)段接頭損壞。

（3）加勁梁調試、定位和連接用的電焊設備、空壓機、工作棚等應事先放在節(jié)段梁上，隨梁段一起起吊。

（4）加勁梁節(jié)段間的臨時聯接采用臨時聯接匹配件，方法是吊裝一段聯接一段，先將頂板進行聯接，底板松聯，待梁段縫隙閉合后再聯接底板上的臨時聯接件。鋼加勁梁段間臨時聯接標例見圖4。

4.6 鋼箱合龍

加勁梁合龍在26#節(jié)段，宣威岸在25′#節(jié)段，合龍方法如下（以宣威岸為例，圖5、6）。

5 結 語

普立特大橋地處深山峽谷，傳統(tǒng)的懸索橋加勁梁架設方法難以實施且經濟性不佳，故采用纜索吊裝法架設鋼箱加勁梁，該方法纜索吊裝系統(tǒng)運行平穩(wěn)、安全可靠，架梁速度較快，是山區(qū)大跨度懸索橋加勁梁架設的新工藝，也是近年來中國懸索橋建設領域技術上的較大突破。

懸索橋作為一種跨越能力很強的橋型，在中國西南山區(qū)具有廣闊的發(fā)展空間。通過在工程實踐中不斷研究鋼箱加勁梁的架設方法，將推動中國懸索橋建設技術不斷進步。

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[責任編輯：黨卓鈺]