高山峽谷大跨度橋梁纜索吊輔助施工技術(shù)

蔣景余

摘要：本文通過(guò)對(duì)四川省兩河口水電站庫(kù)周交通恢復(fù)木絨大橋高墩施工工藝和纜索吊設(shè)計(jì)的計(jì)算，總結(jié)了一般大跨度、高大支墩施工技術(shù)和纜索吊輔助施工安全性等關(guān)鍵技術(shù)。該橋梁的順利施工，為在高山峽谷施工特大橋提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高墩；翻模；纜索吊；索塔

兩河口水電站庫(kù)周交通恢復(fù)木絨大橋及其引道段施工工程地處川西高原，高山峽谷，地理環(huán)境極為復(fù)雜。木絨特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為（120+220+120）m三跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，左岸引橋?yàn)?×16m現(xiàn)澆連續(xù)板橋，右岸引橋?yàn)?×35m預(yù)應(yīng)力砼T型梁橋，橋梁全長(zhǎng)589m。主墩、交界墩為空心箱型混凝土薄壁墩，基礎(chǔ)為承臺(tái)、群樁基礎(chǔ)；引橋橋墩為雙肢圓柱橋墩，樁基礎(chǔ)；左岸橋臺(tái)為組合式橋臺(tái)，右岸橋臺(tái)為輕型橋臺(tái)，均為樁基礎(chǔ)。

1、施工技術(shù)方案選擇與設(shè)計(jì)

木絨大橋?yàn)閮珊涌陔娬狙蜎](méi)后的恢復(fù)工程，大橋設(shè)計(jì)為120+220+120m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋；主墩為空心箱形混凝土薄壁墩，兩主墩高155m；基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)。由于兩岸地形異常陡峭，橋梁高度大，現(xiàn)場(chǎng)工作面難打開(kāi)，對(duì)混凝土和其他材料運(yùn)輸帶來(lái)極大困難，為方便施工，特采用纜索吊裝系統(tǒng)吊運(yùn)混凝土、鋼筋、模板等材料。

本橋采用的纜索吊裝系統(tǒng)由索塔、地錨、主纜、起吊索、牽引索、卷?yè)P(yáng)機(jī)、抗風(fēng)索等組成。

2、纜索吊系統(tǒng)的布置

纜索吊裝系統(tǒng)共設(shè)置4組，主跨均為L(zhǎng)=672米。每組主纜采用2φ56（8×36WSR-56-1960）的鋼芯鋼絲繩，主索的工作矢跨比取最大，l/14，工作最大垂度為f=672÷14=48m。主纜的吊運(yùn)荷載控制為Q=160KN，吊具和跑車(chē)為20KN，跑車(chē)的輪距為1.2m。雅江岸地錨采用鋼筋混凝土樁錨，索塔設(shè)在0號(hào)橋臺(tái)后，采用2根φ180cm大直徑鋼管做立柱拼設(shè)，用φ145cm鋼管設(shè)四道橫聯(lián)；木絨鄉(xiāng)岸由于地形陡峭，不設(shè)索塔，主索通過(guò)地面設(shè)置的索鞍直接與鋼筋混凝土樁錨相連。木絨鄉(xiāng)岸索鞍的設(shè)置高度比雅江岸索鞍高18.5m左右。

2.1索塔的設(shè)置

雅江岸索塔設(shè)在0號(hào)橋臺(tái)后，采用2根φ180cm大直徑鋼管拼設(shè)，管拼設(shè)高度為41.98m加塔頂構(gòu)造共43m，木絨鄉(xiāng)岸由于地形陡峭，不設(shè)索塔，主索通過(guò)地面設(shè)置的索鞍直接與錨碇相連。

索塔高度由以下幾方面控制設(shè)計(jì)：

①主索垂度=L/14=672/14=48m

②上跑車(chē)高度1.5m

③上跑車(chē)至下吊具滑車(chē)之間的安全距離3m

④下吊具高度1.5m

⑤混凝土吊罐高度3m

⑥掛籃高度約3.5m，考慮安全距離2m，合計(jì)5.5m

主纜最大垂度時(shí)最低點(diǎn)距橋面高度：②+③+④+⑤+⑥=1.5+3+1.5+3+5.5=14.5m

木絨大橋橋面最大標(biāo)高為2887.379，跨中主索標(biāo)高應(yīng)滿(mǎn)足2887.379+14.5=2901.879

雅江岸索塔基礎(chǔ)頂標(biāo)高確定為2898.50，其索鞍標(biāo)高2898.50+43=2941.50；

木絨鄉(xiāng)岸索鞍直接支撐在山坡，索鞍標(biāo)高確定為2960.00。則跨中標(biāo)高為2950.50，跨中主索位置的標(biāo)高為2950.50-48=2902.50。

2902.50>2901.879，故索塔高度滿(mǎn)足施工要求。

雅江岸索塔采用φ1800mm大直徑鋼管組成門(mén)式索塔，大直徑鋼管加工成9m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，橫聯(lián)處設(shè)短節(jié)鋼管連接，所有節(jié)段端頭設(shè)置法蘭盤(pán)，用高強(qiáng)螺栓連接。鋼管立柱中-中距離為6.5m。索塔共設(shè)四道橫系梁，橫系梁采用φ1450mm大直徑鋼管，通過(guò)相貫線(xiàn)與短節(jié)鋼管焊接。塔頂橫向分配梁采用4I63b工字鋼組拼，頂部索鞍固定在4I63b工字鋼上，并設(shè)加勁板支撐。索塔塔腳設(shè)計(jì)為：雅江岸臺(tái)背澆注高1.5mC30混凝土，預(yù)埋鋼板，索塔的塔腳通過(guò)螺栓與預(yù)埋件相連。木絨鄉(xiāng)岸索鞍固定于C30混凝土基礎(chǔ)上，索塔和索鞍布置如圖1所示。

2.2主索的選擇

每組主索采用2根φ56mm鋼絲繩（8×36WSR-56-1960），共設(shè)4組。

2.3錨定

根據(jù)兩岸地質(zhì)情況，兩岸錨碇均采用鋼筋混凝土樁錨，樁錨直徑為1.8m，混凝土強(qiáng)度為C40。

2.4風(fēng)纜設(shè)置

雅江岸索塔設(shè)置壓塔索作為前抗風(fēng)，壓塔索采用φ43鋼絲繩，在索塔頂部固結(jié)。壓塔索上下游各設(shè)一根，并另設(shè)后抗風(fēng)2φ43鋼絲繩組，上下游各設(shè)一組，一端固結(jié)于索塔頂部，一端固結(jié)于樁錨，每組預(yù)拉200KN；橫向抗風(fēng)采用4φ15.5鋼絞線(xiàn)，上下游各設(shè)二道共四組，每組預(yù)拉400KN，以便保證索塔的穩(wěn)定。

2.5工作索

為便于對(duì)主纜系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，設(shè)一組工作索。工作索跨度為672米，采用φ43鋼絲繩，設(shè)計(jì)吊重為5t。

3、纜索吊系統(tǒng)的驗(yàn)算

3.1主要計(jì)算參數(shù)：

3.1.1索塔參數(shù)：

3.1.2吊裝系統(tǒng)鋼絲繩參數(shù)：

3.2主索的驗(yàn)算：

主纜索吊裝系統(tǒng)以吊裝混凝土為最大重量160KN為控制驗(yàn)算荷載。

兩岸索鞍高差18.5m； tanβ=18.5/672=0.02753 β=1.58°

纜索主跨672m，雅江岸邊跨（后錨距索鞍）51m，纜索邊跨主索的水平夾角為17.4°。

作用于主索的荷載由集中荷載和均布荷載組成。

集中荷載為吊裝控制重量乘1.2沖擊系數(shù)：P1=1.2×160=192KN，

吊具重P2=24.8KN，配重P3=24.8KN。

合計(jì)：P=P1+P2+P3+=192+24.8+24.8=241.6KN

均布荷載由主索重G1、起吊索重G2、牽引索重G3組成：

Gm=G1+ G2+ G3=13.6×2+2.987+2.713 =0.329KN/m

G=Gm×L=0.329 KN/m×672m=221.088 KN

主索最大垂度取L/14，f=L/14=672/14=48m。

相應(yīng)的主索水平張力為：

主索安裝張力及安裝垂度：

作用于主索上跑車(chē)空載重量及配重約為：P0=20kN

根據(jù)索結(jié)構(gòu)張力方程：

其中：Ek=75.6Gpa=75600000KN/m2

An----主索截面積， An=2×0.0015m2

式中 ；

二次項(xiàng)：

常數(shù)項(xiàng)：

對(duì)應(yīng)空載垂度為：

對(duì)應(yīng)空載矢跨比為：37.376/672=1/18

主索張力安全系數(shù)為：

；滿(mǎn)足規(guī)范要求。[1]

3.3起重索的驗(yàn)算：

起吊索僅受到集中荷載P的作用，P=241.6KN。選用工作線(xiàn)數(shù)4的滑輪組，轉(zhuǎn)輪數(shù)為3，導(dǎo)輪數(shù)為3，查《公路設(shè)計(jì)手冊(cè)-拱橋》表9-18，滑輪組系數(shù)n=3.33，

，故選用10t卷?yè)P(yáng)機(jī)起重。

起吊索安全系數(shù)為：

；滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4、纜索吊輔助施工技術(shù)

4.1纜索吊輔助施工承臺(tái)效率分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，每個(gè)吊斗吊裝混凝土按5m3計(jì)，混凝土強(qiáng)度C40，重約12t，小于設(shè)計(jì)16t，安全。吊斗裝運(yùn)位置在本橋3#主橋墩上方處，跨越高山峽谷，距離4#主墩承臺(tái)處直線(xiàn)距離約為300m[5]。已知吊斗滿(mǎn)載起升速度30m/min，滿(mǎn)載吊運(yùn)速度15m/min，用4個(gè)吊斗交替進(jìn)行吊裝混凝土輔助施工，現(xiàn)場(chǎng)施工還配備了混凝土泵送車(chē)配合施工。

以單次澆筑距離最遠(yuǎn)且方量最大的4#承臺(tái)為例，4#承臺(tái)為2475m3，按2500m3計(jì)算。

單斗運(yùn)輸5m3，起升高度設(shè)為15m，運(yùn)輸距離設(shè)為300m，起升、下降時(shí)間一致，考慮倉(cāng)面放料效率及安全，在第一斗布料1min后，第二斗再開(kāi)始運(yùn)送，可得：

單斗單趟運(yùn)輸時(shí)間為t1=11min，罐車(chē)放料時(shí)間t2=3min，工人在倉(cāng)面下料時(shí)間t3=12min，單斗完成一個(gè)循環(huán)所需總時(shí)間為t總=40min。每小時(shí)1.5斗，共4個(gè)料斗交替送料，每小時(shí)完成澆筑30m3混凝土。

纜索吊裝配合混凝土泵送同時(shí)作業(yè)，考慮倉(cāng)面工人下料效率，4個(gè)吊斗交替吊運(yùn)，每小時(shí)可澆筑30m3，混凝土泵送車(chē)每小時(shí)平均可泵送32～35m3。故每小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際澆筑混凝土為62～65m3，我部拌合站每小時(shí)生產(chǎn)混凝土為80m3，施工能力符合要求。

若只采用混凝土泵送方案澆筑2500m3混凝土，所需時(shí)間約為78小時(shí)；現(xiàn)在用纜索吊輔助澆筑大體積混凝土，所需時(shí)間為41小時(shí)，縮短了37小時(shí)，效率可提升47%，此舉節(jié)約了施工時(shí)間，提升了經(jīng)濟(jì)效益，保證了混凝土強(qiáng)度。

5、結(jié)論

本項(xiàng)目采用纜索吊輔助施工，一定程度上解決了在高山峽谷中施工大跨度特大橋，材料運(yùn)輸困難，工作面難打開(kāi)，模板拼裝，大體積混凝土澆筑等問(wèn)題，有一定的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益。為同類(lèi)項(xiàng)目的施工提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐一軍， 胡軍等，《纜索起重機(jī)》（GBT28756-2012）

[2]周永興等， 《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》【M】 北京：人民交通出版社，2001，454-460.

[3]段良策，《市政工程施工計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》【M】北京：人民交通出版社，2009，847-864.

（作者單位：杭州市市政工程集團(tuán)有限公司）