淺析貴州烏江沙沱水電站溪溝橋扒桿吊溝底垂直起吊T梁吊裝方案要點

陳 雅

（中國水電十五局路橋公司，陜西 西安 710068）

1 工程概況

貴州沙沱水電站庫區(qū)路橋復(fù)建工程第一標(biāo)段，位于銅仁市德江縣境內(nèi)，當(dāng)沙沱水電站蓄水之后，原德江庫區(qū)內(nèi)的部分道路橋梁將被淹沒，為恢復(fù)此處交通，需對此段公路進(jìn)行復(fù)建，復(fù)建工程出資方為華電烏江公司。路橋一標(biāo)段主要工程內(nèi)容就是將相距60余公里、烏江不同小支流和溝壑處的七座橋梁進(jìn)行重建。

該段烏江沙沱水電站正常蓄水位為365 m，水庫建成后將淹沒365 m以下的部分公路及橋梁，為此對包括溪溝橋在內(nèi)的7座中小型橋進(jìn)行復(fù)建。其中溪溝橋上部結(jié)構(gòu)為3跨25 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，每跨5片，橋梁全長89 m，左岸引道在山坡上，引道走向與橋走向基本垂直，右岸引道順小溪河流向，與橋走向交角為65°。

該項目屬典型的山區(qū)路橋建設(shè)項目，山區(qū)縣級及縣級以下道橋建設(shè)模式通常是國家補(bǔ)助、地方籌款、村民集資等多種混合方式建設(shè)。按照安全性、服務(wù)性和地區(qū)特性的原則，針對山區(qū)特殊地形及地質(zhì)復(fù)雜多變的情況，山區(qū)公路一般沒有強(qiáng)制執(zhí)行“規(guī)范”和“標(biāo)準(zhǔn)”要求，而是從實際出發(fā)，遵循“少花錢多辦事”的原則，充分利用原有地形，避免高填深挖，盡量降低工程量，從而降低造價。山區(qū)低等級公路建成后只是基本保證通行，在安全性、寬度、坡度、轉(zhuǎn)彎半徑等指標(biāo)上，縣級及以下山區(qū)公路往往是三級到等外級標(biāo)準(zhǔn)。

山區(qū)低等級公路橋梁在上世紀(jì)九十年代前大多是低跨度簡易石拱橋，隨著勞動力成本增加和橋梁建設(shè)水平的提高，目前山區(qū)公路橋梁大部分是裝配式簡支梁橋。和普通預(yù)制裝配式橋梁相比，山區(qū)公路橋梁在結(jié)構(gòu)形式和施工方法上是一致的，但因為地形和交通的特點，山區(qū)橋梁施工有以下特點和難點：

（1）施工交通能力差。一是施工原材運(yùn)輸比較困難，二是因為因?qū)挾群娃D(zhuǎn)彎半徑的限制，大中型施工機(jī)械難以到達(dá)工作面。

（2）施工場地狹窄，生產(chǎn)臨時設(shè)施、施工便道等布置困難。

（3）山區(qū)公路橋梁最大的難點是梁場布置及吊裝方案。因路面寬度及轉(zhuǎn)彎半徑的影響，多橋梁施工時梁場不能集中預(yù)制，只能是一座橋設(shè)一梁場。因橋梁兩岸往往是懸崖峭壁，梁場布置很不容易，場平及運(yùn)梁道路輔助工程量較大。一些橋梁因架橋機(jī)難以運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，架梁不得不采取人字扒桿吊吊裝方案。

2 山區(qū)公路橋梁施工原則

充分研究環(huán)境和地形特點，在保證安全的前提下，施工方案選擇應(yīng)將適用性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，靈活修建施工便道、作業(yè)平臺和其他臨時設(shè)施，最大限度地發(fā)揮機(jī)械功效，合理地安排材料機(jī)械和勞動力計劃，有序組織施工。

3 針對施工的難點及應(yīng)對措施

溪溝橋由于引道轉(zhuǎn)彎半徑小及路面寬度窄，無法在引道上設(shè)置梁場，因此梁場的建設(shè)成為第一個難點。經(jīng)過對現(xiàn)場場地的認(rèn)真察看，初步?jīng)Q定將梁場布置在橋下干涸多年的河床上。

對于T梁的吊裝方案，剛開始考慮用兩臺50 t的吊車同時起吊安裝就位，但有以下幾個難點：（1）橋梁的1#、2#墩高度都是19 m，超過了吊車安全有效的工作范圍。如果堅持用吊車吊裝就必須降低橋下凈空，唯一的辦法就是填筑較高的吊車平臺，但墊高的吊車平臺高過梁場5 m～6 m，T梁無法運(yùn)送到吊車平臺下。（2）兩臺50 t的吊車吊裝中跨是可行的，但邊跨受地形的限制，吊車無法靠近岸邊，安全風(fēng)險很大。（3）從省道到溪溝橋的道路是鄉(xiāng)村級道路，用自卸車裝鋼筋條模擬50 t吊車的長度進(jìn)行吊車進(jìn)場試通行,發(fā)現(xiàn)有多處房屋需拆除才能通過，因此50 t吊車無法進(jìn)場。綜合考慮施工的可行性與經(jīng)濟(jì)性，否定了吊車安裝的方案。

鑒于T梁的重量較小，考慮過用人字扒桿吊從中跨下方垂直起吊T梁，T梁微傾斜穿過蓋梁，然后將T梁分別向兩個邊跨水平牽引安裝就位，最后再起吊安裝中跨。此方案至少要有3個扒桿才能完成，而現(xiàn)場只有2個扒桿，要實現(xiàn)此方案，就必須對邊跨一端的扒桿循環(huán)安拆，如果算上纜繩固定等，施工周期很長。

為加快施工進(jìn)度，經(jīng)過對安全可行性、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)綜合比較分析，最終決定的方案是：對于邊跨T梁吊裝，將T梁穿過1#或2#橋墩第一道柱系梁，從邊跨垂直吊起安裝，中跨起吊方案同邊跨基本相同。

溪溝河兩岸是大量的天然裸巖，河岸坡比約為1∶1（見圖1）。坡腳靠近墩柱，如果在運(yùn)梁平車穿過第一道柱系梁、到岸坡坡腳處開始提梁，后端安放在運(yùn)梁平車上T梁梁頂就會觸碰到第二道系梁梁底而無法前移。為了保證T梁順利起吊，決定在不影響橋臺穩(wěn)定性的前提下，在岸坡上挖一個運(yùn)梁槽（見圖2陰影部分）。從橋臺基礎(chǔ)混凝土邊線大約0.5 m處按1∶0.15的坡比進(jìn)行開挖，形成垂直高度13.8 m、內(nèi)口寬度約為3 m的一個槽口，開挖出的石料填筑在河谷墊成一個運(yùn)梁平臺。槽口底端距1#或2#橋墩約21 m（見圖3），這樣就可以保障T梁在不影響安全性前提下成功吊起。T梁安裝完后運(yùn)梁槽口用C15的毛石混凝土回填，恢復(fù)原始地貌。

圖1 溪溝橋原始立面圖

圖2 溪溝橋吊裝開挖前立面圖

圖3 溪溝橋吊裝槽口開挖完成立面圖

4 施工準(zhǔn)備

在需要位置以尺寸3 m×3 m×2.5 m澆筑纜風(fēng)繩混凝土錨碇，并用Φ32的螺紋鋼預(yù)埋拉環(huán)；挖吊梁槽口，填筑運(yùn)梁平臺；對需吊裝的梁板、蓋梁支座墊石、預(yù)埋件等逐項檢查，以確保梁體準(zhǔn)確就位；對T梁進(jìn)行全面檢查，各項技術(shù)指標(biāo)合格后進(jìn)行吊梁；起梁時當(dāng)兩端同時起吊時，必須保證兩端同時受力，同步起吊；為防止梁體在起吊和移動過程中發(fā)生傾斜，在T梁兩端支撐部位設(shè)置支撐架，或用鋼絲繩將梁體與運(yùn)梁平車?yán)壴谝黄?；?zhǔn)備25 t吊車一臺、100 t千斤頂2個、10 t手動葫蘆4個、門架1個；配備專職安全員和吊裝指揮員4名。

5 施工吊裝程序

5.1 總體吊裝程序

吊裝右岸邊跨—吊裝左岸邊跨—吊裝中跨。

5.2 邊跨吊4裝程序

扒桿就位—風(fēng)纜繩固定—運(yùn)梁平車運(yùn)梁（圖4）—掛吊鉤起梁（圖5）—后端換鋼絲繩吊梁（圖6）—縱橫向準(zhǔn)確落梁（圖 7）。

圖4 運(yùn)梁平車運(yùn)梁至橋臺、橋墩下

圖5 掛吊鉤起梁

圖6 后端換鋼絲繩吊梁

圖7 穿越橋臺蓋梁，落梁就位

現(xiàn)場實際施工圖見圖8、圖9。

圖8 平板車運(yùn)梁至橋臺、橋墩下

圖9 從槽口起吊T梁

5.3 中跨吊裝程序

中跨吊裝方式與邊跨基本相同，而且更容易，兩個扒桿中間不用換起吊鋼絲繩，一次起吊安裝到位。

5.4 善后工作

為保證橋臺穩(wěn)定，在邊跨吊裝完畢后，將開挖的吊梁槽口用C15毛石混凝土填筑起來。至此橋梁吊裝工作完畢。

6 扒桿吊穩(wěn)定性驗算

6.1 結(jié)構(gòu)受力分析

說明：扒桿吊穩(wěn)定性驗算示意圖以安裝中梁為例,依據(jù)《路橋施工計算手冊》進(jìn)行計算。

6.1.1 牽引繩的張拉力

式中：T1、T2為牽引繩的張拉力；P為預(yù)制梁重力的1/2+吊具重力+沖擊荷載；a、b為扒桿的有效高度；l為A、B扒桿間的距離（l=25 m）。

T梁體積為20.83 m3，T梁重力為G=20.83×25=520.75 kN；吊具重力（鋼絲繩、滑車組）：3.5 kN；P=520.75/2+3.5=263.88 kN。

a=15.26-1.7（梁高）-0.6（運(yùn)梁車）=12.96 m；

b=15.26-1.7（梁高）-0.6（運(yùn)梁車）=12.96m。

當(dāng)預(yù)制梁端接近2#墩時（見圖11），T1牽引繩解下改系到梁的后端，T2牽引繩全部承受梁的荷載時：

式中：H為預(yù)制梁后控制繩拉力；l′為T2牽吊繩系在梁上吊點距扒桿吊中心的距離（0.8 m）。

經(jīng)計算，T2=281.78 kN，H=16.6 kN。

圖10 縱向的“釣魚”架設(shè)示意圖（換吊繩前）

圖11 縱向的“釣魚”架設(shè)示意圖（換吊繩后）

6.1.2 纜風(fēng)繩的拉力

式中：h1、h2為扒桿的高度，h1=h2=15.26 m；m、n 為纜風(fēng)繩錨定點至扒桿的水平距離，m=n=25 m；

6.1.3 扒桿豎直軸向力

當(dāng) m、n 均大于 1，則：x=0 時，N1=P=263.88 kN；x=1 時，N2=P=263.88 kN。

6.1.4 起重滑車組繞出繩拉力

式中：f為單個滑輪的轉(zhuǎn)動阻力系數(shù)（查表得1.02）；Q為構(gòu)件重力；n為滑輪組的工作繩數(shù)。

6.1.5 砼錨碇計算

采用3 m×3 m×2.5 m（（長×寬×深）的重力式錨碇,用錨碇的自重來平衡拉力，G=2.5×2.5×3×25=562.5 kN。

6.2 結(jié)構(gòu)受力驗算

6.2.1 滑車組鋼絲繩驗算

鋼絲繩采用φ17.5。

鋼絲繩的允許拉力（安全荷載）：

式中：Sb為鋼絲繩破斷拉力；K1為安全載重系數(shù)（查表得5）；Pg為鋼絲繩破斷拉力總和；a為換算系數(shù)（查表得0.82）。

S=36.57 kN＞35.94 kN（滿足安全要求）

采用 8束鋼絲繩，36.57×8=292.56 kN＞T2=281.78 kN（滿足安全要求）。

6.2.2 纜風(fēng)繩驗算

纜風(fēng)繩采用φ28的鋼絲繩，纜風(fēng)繩最大合力為122.92 kN，單個纜風(fēng)繩拉力61.46 kN。

鋼絲繩的允許拉力(安全荷載)：

式中：Sb為鋼絲繩破斷拉力；K1為安全載重系數(shù)（查表得3.5）；Pg為鋼絲繩破斷拉力總和（查表得579.5 kN）；a為換算系數(shù)（查表得 0.82）。

經(jīng)計算S=135.78 kN＞61.46 kN（滿足安全要求）。

6.2.3 傾覆穩(wěn)定性驗算

M穩(wěn)=Gb（G為錨碇自重，b錨碇寬度的一半），M傾=Tl（T為拉索拉力），KM=2.99≥1.4（滿足要求）。

7 結(jié)語

山區(qū)及特殊地形公路橋梁施工的關(guān)鍵是先要充分研究橋梁所處的環(huán)境和地形特點，靈活修建施工便道、作業(yè)平臺和其他臨時設(shè)施，將梁場規(guī)劃、橋梁運(yùn)輸和橋梁架設(shè)作為最主要控制性因素，靈活選擇施工方案，最大限度地發(fā)揮機(jī)械功效，合理地安排材料機(jī)械，有序組織施工。溪溝橋利用扒桿吊溝底垂直起吊T梁的吊裝方案，有效的節(jié)省了人力、物力，為山區(qū)以及狹窄場地的橋梁架設(shè)施工提供了一個案例。