大跨度拱橋纜索吊裝系統(tǒng)施工技術分析

余永亮， 莊宏飛， 馬增權， 保云輝

(西雙版納瀾滄江黎明大橋建設指揮部，云南 西雙版納 666101)

0 引 言

纜索架橋設備具有跨越能力大、水平和垂直運輸機動靈活、適應性廣等優(yōu)點，因此目前在修建公路拱橋時較多采用纜索吊裝施工法[1]。纜索吊裝方法在廣泛的實踐中積累了較為豐富的經(jīng)驗。例如，2020年底建成并通車的“世界第一拱橋——平南三橋”[2]主跨徑達到575 m，采用纜索吊裝施工，主拱肋實現(xiàn)高精度合龍，和龍口對接誤差小于3 mm。

對于大跨度拱橋施工而言，纜索吊裝法存在結構復雜、施工難度大等問題。本文介紹了位于西雙版納瀾滄江主跨310 m拱橋纜索吊裝系統(tǒng)施工技術，主要包括：索鞍安裝；主索、牽引索及起重索安裝；纜風系統(tǒng)施工；錨碇系統(tǒng)施工；扣錨索系統(tǒng)施工；纜索系統(tǒng)試吊及對應監(jiān)測方法。

1 工程概況

云南西雙版納黎明大橋位于景洪市流沙河與瀾滄江交匯口南側，河面寬約300 m。水位波動較大，有通航要求，兩側地形陡峭。該橋主橋結構采用中承式鋼箱系桿拱橋，跨徑布置為(65+310+65)m；拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)m為2.2，矢高為77.5 m，矢跨比為1/4；飛燕線形采用直線段加懸鏈線，懸鏈線段跨徑為116 m，矢高28.919 3 m，拱軸系數(shù)m為8.5的半拱。道路等級為一級公路，雙向四車道布置，設計時速為60 km/h，設計荷載公路—I級。采用纜索吊裝施工方法，飛燕及主拱混凝土采用支架現(xiàn)澆，鋼箱拱肋及格構梁采用吊裝施工。鋼箱拱及格構梁均在鋼結構加工廠制作，試拼組裝完成后，拆成單元件，現(xiàn)場通過纜索吊裝系統(tǒng)起吊、安裝。纜索吊機總體布置如圖1所示。

圖1 纜索吊機總體布置(單位：cm)

2 纜索吊裝系統(tǒng)施工

2.1 索鞍安裝

主索索鞍布置于索塔頂上，由索鞍座、索鞍、起重牽引索過輪等構件組成，索鞍在加工廠按照設計圖紙進行加工后運輸至施工現(xiàn)場，采用塔吊配合人工進行垂直、水平運輸及安裝就位，安裝至準確位置后栓結固定。索鞍結構立面圖如圖2所示。

圖2 索鞍結構立面圖(單位：cm)

2.2 臨時牽引施工

首先在南、北岸均布置20 t 牽引卷揚機，將牽引鋼繩(φ36 mm)運輸至兩岸卷揚機處，并纏繞到容繩器上。在兩岸索塔塔頂布置5 t卷揚機，卷揚機中鋼繩直徑為16 mm。將鋼繩從塔頂下放到塔底，再由人工將鋼繩牽引至兩岸卷揚機場處，將上述已經(jīng)備好的牽引鋼繩繞過牽引卷揚機與φ16 mm鋼繩相連，啟動塔頂5 t卷揚機，將φ36 mm牽引鋼繩牽拉至兩岸各自塔頂。

將北岸φ16 mm鋼繩下放至塔底中跨側，通過拖船將φ16 mm鋼繩拖拉過江，在南岸用塔吊將過江后的φ16 mm鋼繩提升至北岸塔頂，將φ16 mm鋼繩與φ36 mm鋼繩連接。啟動北岸塔頂5 t卷揚機，將北岸塔頂36 mm鋼繩牽引過江至南岸塔頂，連接兩岸36 mm鋼繩形成臨時牽引系統(tǒng)。

2.3 主索安裝

主索采用Φ60(8×36WS+PFRC—1960)鋼絲繩，共16根(單幅8根)單根配置長度1 000 m。為避免索塔偏載，左、右幅主索應對稱進行架設。上下游主索吊裝對應側鋼箱拱，吊重格構梁時，上下游拱肋同時起吊。纜索系統(tǒng)塔頂索鞍可橫移，鋼箱拱吊裝時，索鞍位于距離中線13.25 m的拱箱軸線上，吊裝拱肋風撐時內(nèi)移4.45 m，吊裝格構梁時，兩組主索分別往外側移動2.75 m，以滿足風撐、格構梁的吊裝空間。主索最大張力為6 611.47 kN，單根主索最大張力為826.4 kN。

在跨中重載工況下，主索最大垂度為f=34.643 m。垂跨比為f/L=1/14，主索空載垂度為f=21.815 m。

考慮到主索在施工過程中需要多次橫移，將所有8根主索通過“U”形繩卡串聯(lián)使用，在錨碇位置設置串索滑輪組，北岸布置5個串索滑輪組，南岸設置4個串索滑輪組，如圖3所示。其中，將北岸最右側串索滑輪組設置為起始固定端，左側滑輪組設置為終點固定端。

圖3 主索串聯(lián)布置

2.4 牽引索與起重索的安裝

利用塔頂?shù)? t卷揚機和φ16 mm鋼繩將起吊鋼繩按“臨時牽引施工”中提到的方法牽引至南岸索塔頂部，穿過塔頂起吊轉向滑輪后再在上、下掛架之間進行來回繞線并將繩頭臨時錨固于上掛架上。

將臨時牽引接頭解除，牽引索按如圖4所示方式牽引滑輪和卷揚機錨碇間繞線，并將牽引索索頭錨固于對應岸牽引索錨碇處。

圖4 牽引索走線布置

在北岸索塔基礎上(中跨側)安裝轉向滑輪，將塔頂φ16 mm鋼繩放下繞過轉向滑輪，用塔吊將φ16 mm鋼繩提升至塔頂與下掛架相連，放松起吊卷揚機，收緊塔頂5 t卷揚機將下掛架下拉至索塔基礎處臨時錨固，然后安裝吊點配重。

解除塔頂與行走小車之間的臨時連接、下掛架與索塔基礎的臨時連接，收緊南岸牽引卷揚機，放松北岸起吊、牽引卷揚機，將行走小車及吊點牽引至南岸塔頂處，然后根據(jù)設計圖紙對牽引索進行繞線并錨固，以及將起吊索牽引至南岸起吊索錨固處錨固。

起重索用于控制吊運構件的升降(即垂直運輸)。其一端纏繞于一岸的卷揚機滾筒上，另一端經(jīng)過滑輪組，纏繞于對岸的起重卷揚機卷筒上，由兩臺卷揚機承載一臺跑車，可提高纜吊系統(tǒng)的工作效率。起重索走線布置如圖5所示。

圖5 起重索走線布置

2.5 纜風系統(tǒng)施工

為控制索塔在吊裝時主索、起重索、牽引索、工作索產(chǎn)生的不平衡水平力，并控制塔頂偏位，在兩岸索塔上、下游分別設置2組縱向纜風索。北岸索塔縱向纜風索為28φs15.24，初始張力為700 kN，通纜風索為10φ15.2，初始張力為560 kN，南岸索塔縱向纜風索為26φs15.24，初始張力為670 kN。纜風索布置如圖6所示。

圖6 纜風索布置

2.6 錨碇系統(tǒng)施工

本項目錨碇采用扣吊錨合一設計，結合現(xiàn)場實際情況，南、北兩岸錨碇均布置為重力式錨碇形式。每岸設置2個錨碇，全橋共4個錨碇。錨碇開挖根據(jù)現(xiàn)場實際地質情況，可采用1∶0.75放坡開挖，錨碇基坑開挖前需提前做好周邊臨時排水溝。開挖完成后，及時清理基地，檢驗基地承載力，并做好集水坑，做好排水措施?；娱_挖完成后，及時做好臨邊防護措施及人員上下通道。

錨碇結構尺寸確定為18.0 m×12.0 m×8.0 m，尾部設置牛腿做為主索串索滑輪錨固端。錨索及背抗風在澆筑混凝土時預埋鋼管，混凝土澆筑前采用L75×7 mm澆鋼做定位鋼支架，施工時需仔細復核預埋鋼管的角度，鋼管具體尺寸根據(jù)錨索根數(shù)確定。由于牽引索及起重索的錨固及牽引均布置在錨碇上，錨碇澆筑前需注意相關預埋件的埋設。錨碇布置如圖7所示。

圖7 錨碇布置

2.7 扣、錨索系統(tǒng)

扣、錨索采用Φj15.24(Rby=1 860 MPa)鋼絞線，張拉端設置在索塔上。鋼絞線按對應的扣、錨索的施工期間最大索力進行控制設計，具體扣錨索索力由監(jiān)控單位以指令形式提供。

3 纜索系統(tǒng)試吊及監(jiān)測

本吊裝系統(tǒng)以最大吊重為100 t進行試吊工作。為了操作方便，利用鋼筋及型鋼作為試吊配重，行走完索跨全程后做各個項目檢查。

試吊裝前，在地錨、主纜、鋼纜接頭及索塔頂部做好標記，派專人觀察并及時報告變形情況。吊重運輸?shù)娇缰袝r，應觀察并記錄各級荷載的工作垂度。若誤差較大，應進行相應調整。

試吊步驟：卷揚機分次受力→檢查系統(tǒng)各部位受力情況→起吊部分距基準面10 cm→再次檢查各部位受力情況→牽引系統(tǒng)運至跨中→測試數(shù)據(jù)→試吊物運回。

地錨：在地錨上設定標志點，用全站儀觀測起吊后有無位移變形。

主索：試吊前測量空載下的垂度，起吊后運輸至1/2跨時，再測重載下的最大垂度。觀測方法是在兩岸河堤上適當?shù)胤酱_定一控制點，測量控制點高程和距跨中距離，在控制點上布置全站儀，觀測主索跑車位置，讀出所測量豎直角，即可算出垂度值，與計算值進行比較。可用頻譜分析儀測試主索索力，與計算值進行比較。

索塔：在塔頂安裝水平標尺，用全站儀分別從上、下游和主橋軸線兩個方向測量塔頂位移。根據(jù)施工規(guī)范，塔頂最大偏移應控制在[δ]=H/400內(nèi)?？捎觅N電阻應變片的方法測量索塔不利位置結構內(nèi)力，與計算值進行比較。

各結構詳細監(jiān)測方法如下：

(1) 主索最大垂度：試吊采用最大節(jié)段重量，參照標高為兩岸索塔連線標高，采用全站儀進行懸高測量。

(2) 索塔位移：分為兩個測量階段，一是測量纜風索初張力作用下的最大位移情況；二是測量每次加載后索塔位移情況。將數(shù)據(jù)匯報給指揮小組，由其制定出調整措施。

(3) 索塔基礎沉降量：基礎施工完成后測量基礎頂面的標高，記錄原始數(shù)據(jù)，索塔及纜索施工完成后測量一次，再與試吊過程中所測量的基礎標高進行比較，計算基礎沉降量。

(4) 地錨位移量：在地錨位置做好標記，在試吊時觀測并記錄吊運過程中地錨是否有位移，并及時將位移變化量反饋到指揮小組。

(5) 塔頂結構、索塔桿件、緊固件的局部變形情況：通過目測、敲擊、辨別異常聲音等手段檢查。

(6) 檢查索塔頂座滑輪、橫移系統(tǒng)、牽引索、起重索、滑輪組的動作情況，以及跑車、卷揚機組的行走和運轉速度。

(7) 纜索吊裝設備滿負荷運行時，檢查供電系統(tǒng)和設備線路是否滿足要求。

(8) 檢查通信設備是否足夠，并檢查是否能夠保持清晰通話。

填寫試吊及測量結果記錄表，檢查填好各項測量數(shù)據(jù)。各觀測小組在整個試吊過程中應隨時用對講機與吊裝指揮臺保持聯(lián)系，以便指揮臺及時處理異常情況。試吊成功后方能正式吊裝。

4 結束語

本文詳細介紹了黎明大橋纜索吊裝系統(tǒng)施工中索鞍安裝、臨時牽引施工、主索安裝、牽引索與起重索安裝、纜風系統(tǒng)施工、錨碇施工、扣錨索系統(tǒng)施工。本文對吊裝系統(tǒng)試吊技術及各結構監(jiān)測方法進行了詳細說明，可為大跨度拱橋纜索吊裝施工提供有效的工程參考。