大噸位索纜吊技術(shù)在大跨度斜索橋施工中的應(yīng)用

徐仲文

（江西省交通工程集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

索纜吊系統(tǒng)是一種可兼顧水平和垂直移位的工程起吊裝備系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了橋面起重機(jī)整體吊裝和懸臂拼裝技術(shù)，較大程度上規(guī)避了兩種單一技術(shù)的局限，通過(guò)有效的系統(tǒng)組合，較好地解決了狹窄場(chǎng)地條件下，大跨度預(yù)制梁懸臂吊裝工程需要，在山區(qū)拱橋或懸索橋工程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。某大跨度鋼桁梁斜拉橋，受橋址區(qū)場(chǎng)地條件的限制，采取梁段預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)吊裝的施工方法。由于跨徑長(zhǎng)，梁段重量大，故工程采用了大噸位索纜吊系統(tǒng)，較好完成了大跨度鋼桁梁節(jié)段的懸臂吊裝施工。

1 工程概況

某高速公路的控制性橋梁工程，系大跨鋼桁梁混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)斜拉橋，全長(zhǎng)1466.50m，主橋采用雙索面雙塔斜拉索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主跨800m。主跨為鋼桁梁，邊跨為PC箱體梁，邊中跨比為0.275。中跨鋼桁梁選用“N”形桁構(gòu)，梁高為8m，梁寬為28m，標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)為16m。

由于受場(chǎng)地條件的限制，該工程對(duì)其主跨鋼桁梁采取梁段預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)吊裝的施工方法，最大梁段起重量為2800kN。為保證工程安全施工，工程采用大型索纜起吊系統(tǒng)，開(kāi)展預(yù)制梁現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工操作。

2 索纜吊系統(tǒng)配置

2.1 大噸位索纜吊系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本文所探討的索纜吊系統(tǒng)，是大型預(yù)制梁施工所應(yīng)用的索纜起吊系統(tǒng)，一般由承載系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、起重系統(tǒng)、保障系統(tǒng)、機(jī)電控制系統(tǒng)等功能部分組合構(gòu)成。其中承載系統(tǒng)由承載索、錨體、索鞍等子系統(tǒng)構(gòu)成，牽引系統(tǒng)由絞車(chē)、滑車(chē)組、滑輪組等子系統(tǒng)構(gòu)成，起重系統(tǒng)由絞車(chē)、滑輪組、跑馬等子系統(tǒng)構(gòu)成，保障系統(tǒng)由前后背索等子系統(tǒng)構(gòu)成。既有承力系統(tǒng)，又有動(dòng)力系統(tǒng)，既需要自身機(jī)械和機(jī)電系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，又需要與橋系協(xié)調(diào)統(tǒng)配開(kāi)展工程操作，其體系相對(duì)復(fù)雜。

索纜吊系統(tǒng)采取匹配懸索結(jié)構(gòu)，承載索鞍直接裝配在特大型斜索橋的主塔上，兩端均有錨碇固定主索。依據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，兩端的錨碇多設(shè)計(jì)成巖錨預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，跨度可達(dá)800m，最大載荷工況下的跨中最大懸垂可達(dá)61.53m，僅承載繩自身重量的空索工況下，矢跨比為1/19，最大設(shè)計(jì)矢跨比為1/13。

2.2 索纜吊系統(tǒng)布置

案例大橋由于受場(chǎng)地條件的限制，主跨鋼桁梁采取梁段預(yù)制，索纜吊現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工方法。其主梁頂面標(biāo)高為1272.51m，上橫梁頂面標(biāo)高為1359.01m，高差86.5m，上橫梁向主塔外懸挑了3.50m。索纜起重系統(tǒng)應(yīng)用中，索鞍直接裝配在懸臂梁的外伸懸臂位置，由滑道梁、預(yù)埋件、支承梁、索鞍、滑輪組等構(gòu)成，每組承載索上有2臺(tái)起吊小車(chē)，起吊小車(chē)間采用鋼索連接。兩臺(tái)單邊起吊小車(chē)的吊點(diǎn)中心距離是8m。兩側(cè)設(shè)有起升絞車(chē)和牽引絞車(chē)，從而牽引起吊小車(chē)在承載索上走行和吊升鋼桁梁段。

案例工程應(yīng)用中，索纜吊系統(tǒng)沿橋跨左右設(shè)置2組承載索，每組承載索采用12根f60鋼纜構(gòu)成，2組承載索的兩岸錨固點(diǎn)的中心距為40.0m，跨中心距為35.50m。A岸和B岸兩側(cè)各配置2個(gè)錨碇系，均為巖石錨碇結(jié)構(gòu)，錨碇與橋梁縱方向中心距為20.0m。A岸側(cè)跨左右幅錨固，分別是230m與209m，B岸側(cè)跨左右幅錨固均是230m，并且為了降低起吊系統(tǒng)對(duì)主塔橫向移動(dòng)的影響，設(shè)置了專(zhuān)用的背索，以調(diào)節(jié)主塔橫向移動(dòng)。

3 索纜吊技術(shù)狀態(tài)試運(yùn)行檢測(cè)

索纜吊系統(tǒng)的索鞍系統(tǒng)，多直接裝配在工程主塔上，工程結(jié)構(gòu)與臨時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)的耦合作用，會(huì)使施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和形變控制變得相對(duì)復(fù)雜。為保證橋梁安全及施工質(zhì)量，對(duì)于技術(shù)環(huán)節(jié)多、控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜、成段載重跨空操作的索纜吊系統(tǒng)，在正式投入吊裝應(yīng)用操作前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)試運(yùn)行檢測(cè)。

3.1 試吊載荷參數(shù)

在承臺(tái)前開(kāi)展索纜吊試運(yùn)行檢測(cè)，在試吊之前，首先在承臺(tái)前放樣索纜掛架的正投影線(xiàn)，將掛架中心置于投影線(xiàn)下方距離塔中心20m區(qū)域，接連吊架與索纜下掛架，調(diào)整下掛架液壓缸，確保索纜掛架水平。

載荷試驗(yàn)檢測(cè)分為靜載試驗(yàn)檢測(cè)和動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)2種，先進(jìn)行靜載試驗(yàn)檢測(cè)，后進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)。靜載試驗(yàn)檢測(cè)加荷分為五種工況：空載荷、50%載荷、75%載荷、100%載荷和120%載荷，其中50%載荷分為背索拉張和不拉張2種工況，75%載荷、100%載荷和120%載荷都采取背索拉張。動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)分為4種工況：30%載荷、50%載荷、100%載荷和110%載荷。

混凝土預(yù)制砌塊作為試吊載荷，試吊總載荷為250t×1.2=300t，將試吊載荷放在索纜掛架上，并通過(guò)吊索，與索纜吊機(jī)的下掛架連接，試吊掛架左右各配一組，中間用f28鋼纜接連；每個(gè)掛架承載力為1500kN，采用兩組桁構(gòu)片作為承重梁，掛架重量24t。

3.2 試吊過(guò)程

試吊加載程序如下：

（1）靜載：空載→50%載荷不拉張背索→50%載荷拉張背索→75%載荷拉張背索→100%載荷張拉背索→120%載荷拉張背索。

（2）動(dòng)載：30%載荷拉張背索→50%載荷拉張背索→100%載荷拉張背索→110%載荷拉張背索。

試吊過(guò)程如下：

（1）檢查索纜吊，準(zhǔn)備好試吊事項(xiàng)。

（2）開(kāi)展空載試驗(yàn)檢測(cè)，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)。

（3）空載試驗(yàn)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)后，將索纜吊逐級(jí)裝配在主塔承臺(tái)的前方，開(kāi)展靜載試驗(yàn)檢測(cè)。

（4）每級(jí)加荷后，啟動(dòng)吊升系統(tǒng)，將混凝土預(yù)制塊吊升到離地10cm高度，然后靜止60min，對(duì)各個(gè)受力部位進(jìn)行檢查，觀測(cè)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。

（5）靜載試驗(yàn)檢測(cè)后，開(kāi)展動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)，將載荷減到100%，然后啟動(dòng)牽引系統(tǒng)，使移動(dòng)車(chē)運(yùn)行至距離索鞍中心線(xiàn)20m位置，觀測(cè)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。

（6）啟動(dòng)吊升系統(tǒng)，吊升30m，靜止60min，觀測(cè)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。

（7）移動(dòng)車(chē)運(yùn)行到跨中時(shí)，靜止60min，觀測(cè)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，啟動(dòng)吊升系統(tǒng)，將混凝土預(yù)制塊吊升到橋面標(biāo)高，然后靜止60min，觀測(cè)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。

（8）移動(dòng)車(chē)運(yùn)行到距離索鞍中心線(xiàn)的20m區(qū)域，靜止60min，觀測(cè)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。

（9）吊升系統(tǒng)運(yùn)行，在另一岸側(cè)開(kāi)展1次吊升試驗(yàn)檢測(cè)，檢查吊升絞車(chē)是否符合吊升技術(shù)需求，返回初始岸側(cè)。

（10）在另一側(cè)岸上，加荷至110%，開(kāi)展動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)檢測(cè)中移動(dòng)車(chē)走行至跨中部，完成數(shù)據(jù)采集，再返岸卸荷，整理分析所獲得數(shù)據(jù)。

3.3 試吊數(shù)據(jù)采集

試吊過(guò)程中，以百分表獲得地錨移位數(shù)據(jù)，借助應(yīng)變片獲得平衡輪應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過(guò)激光測(cè)量?jī)x獲得塔偏和承重繩垂度數(shù)據(jù)，通過(guò)百分表和應(yīng)變片獲得上橫梁懸臂段應(yīng)變數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)檢測(cè)中，垂度誤差在5%之內(nèi)時(shí)，對(duì)于結(jié)構(gòu)影響相對(duì)較小，對(duì)鋼桁梁吊裝沒(méi)有影響。

案例索纜吊的靜載和動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)，從錨碇、上橫梁、吊索、牽引等各技術(shù)點(diǎn)，采集獲得了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析可知：檢測(cè)數(shù)據(jù)符合工程施工所需起吊功效，顯示該索纜吊系統(tǒng)滿(mǎn)足安全施工要求，可用于鋼桁梁的節(jié)段吊裝施工。

4 斜索橋鋼桁梁節(jié)段吊裝操作要點(diǎn)

4.1 吊裝前準(zhǔn)備

將梁段運(yùn)至吊下，吊裝對(duì)位并清理栓接面，同時(shí)將安全網(wǎng)掛好。在吊梁前，將吊具下落至距桁構(gòu)梁一定距離，安排12人同時(shí)在4個(gè)點(diǎn)裝配吊具，并用鏈塊調(diào)整吊耳與吊具，給予對(duì)位銷(xiāo)接。吊具裝配約在2h內(nèi)完成。裝配吊具時(shí)，同時(shí)用木楔子撐開(kāi)弦桿接頭拼接板，呈現(xiàn)喇叭形態(tài)以作為導(dǎo)向。

對(duì)纜吊、吊耳、吊具進(jìn)行系統(tǒng)檢查，在確定一切正常后，同時(shí)緩慢啟動(dòng)上下游200kN的起重絞車(chē)。吊裝過(guò)程中，應(yīng)注意4個(gè)吊點(diǎn)保持水平，當(dāng)?shù)跹b距離支撐面約10cm時(shí)，吊裝暫停，保持吊段靜止10min左右。檢測(cè)組進(jìn)行誤差測(cè)量，并再次對(duì)纜吊、吊耳、吊具進(jìn)行系統(tǒng)檢查。在確定一切正常以后，繼續(xù)吊裝。在吊到一定高度以后，從已經(jīng)裝配的梁段底部，采用牽引絞車(chē)，慢慢調(diào)節(jié)使得梁段就位。當(dāng)梁段就位以后，垂直吊起主梁，開(kāi)始對(duì)接主桁架，索纜吊的最大縱向移動(dòng)距離約為750m。

4.2 栓固與索纜吊脫鉤

（1）沖釘和臨時(shí)栓具裝配。節(jié)段梁對(duì)位以后，檢測(cè)組應(yīng)立刻對(duì)軸線(xiàn)和標(biāo)高進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)安排作業(yè)組，沖釘和裝配臨時(shí)栓具。上弦桿一個(gè)接頭，大約需要286個(gè)螺栓，下弦桿一個(gè)接頭，大約需要384個(gè)螺栓，各弦桿的單側(cè)腹板，共設(shè)計(jì)有96個(gè)螺栓、18個(gè)沖釘和8個(gè)臨時(shí)栓具，它們均勻排列成梅花形，每個(gè)接頭共需裝配64個(gè)沖釘和32個(gè)臨時(shí)栓具，完成裝配以后，檢測(cè)組給予線(xiàn)性復(fù)測(cè)。

（2）高強(qiáng)螺栓操作。完成復(fù)測(cè)，在線(xiàn)形符合技術(shù)要求后，實(shí)施高強(qiáng)螺栓操作。先將腹板上的高強(qiáng)螺栓全部插入，再將沖釘及臨時(shí)栓具，一一換穿，將整個(gè)接連板上的高強(qiáng)螺栓全部換穿以后，再對(duì)高強(qiáng)螺栓從中心向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)初擰，然后將腹板另一側(cè)的高強(qiáng)螺栓全部換穿。最后，對(duì)弦桿頂、底面的高位螺栓，按初擰、復(fù)擰至終擰的順序，全部給予擰緊。同時(shí)開(kāi)展斜腹桿及下平聯(lián)的高強(qiáng)螺栓操作。為了消除高強(qiáng)螺栓操作過(guò)程中溫度應(yīng)力的影響，注意采取多點(diǎn)同時(shí)操作措施，擰緊4根弦桿的腹板與斜腹桿，以盡可能降低栓固操作時(shí)間。

（3）焊接上弦桿頂板接縫。在操作弦桿高強(qiáng)螺栓的同時(shí)，焊接上弦桿頂板接縫板，裝配陶瓷墊片。完成高強(qiáng)螺栓操作，在纜吊松開(kāi)掛鉤后焊接接頭板。接頭板厚4cm，長(zhǎng)1.5m，接頭板焊接同時(shí)，將本節(jié)段余下的橋面板轉(zhuǎn)移到梁段附近，并裝配基準(zhǔn)索和PE護(hù)套。繼而進(jìn)行吊裝對(duì)位，開(kāi)展橋面板裝配平臺(tái)的牽拉操作，技術(shù)人員開(kāi)展高強(qiáng)螺栓質(zhì)量抽檢。

（4）松鉤拆吊。完成梁段高強(qiáng)栓終擰，完成上弦桿頂板焊接后，松開(kāi)吊鉤，拆去吊具。

4.3 裝配節(jié)段面板

本工程的1個(gè)梁段，共設(shè)計(jì)有18個(gè)橋面板，其中4個(gè)與梁段同期吊裝，其余14個(gè)在松開(kāi)吊鉤后，經(jīng)汽車(chē)吊給予裝配。首先將節(jié)段面板由中間向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)進(jìn)行裝配，再裝配內(nèi)橋面板。鋪板后，采取先段間，再段內(nèi)的順序，先固定次橫梁沖釘和臨時(shí)螺栓，再固定次縱梁沖釘和臨時(shí)螺栓。在定位了次橫、縱梁的接板后，立即開(kāi)展螺栓初擰與復(fù)擰作業(yè)，并對(duì)橋面板進(jìn)行碼板加墊和焊接。完成上述操作以后，立即焊接橋面板的對(duì)接碼板，同時(shí)開(kāi)展U肋高強(qiáng)螺栓操作。

4.4 線(xiàn)形控制與背索力調(diào)整

4.4.1 桁梁線(xiàn)形控制

線(xiàn)形是否符合設(shè)計(jì)要求，離不開(kāi)施工過(guò)程的線(xiàn)形監(jiān)測(cè)與控制。線(xiàn)形控制過(guò)程，就是在施工過(guò)程中搜集已操作完成結(jié)構(gòu)部分的線(xiàn)形狀態(tài)，并對(duì)照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，形成線(xiàn)形調(diào)節(jié)或控制參數(shù)的過(guò)程。大跨度斜索橋的結(jié)構(gòu)線(xiàn)形，其設(shè)計(jì)多比較理論化。為確保線(xiàn)形達(dá)到設(shè)計(jì)需求，線(xiàn)形施工監(jiān)控是必不可少的工程技術(shù)環(huán)節(jié)。為了確保桁梁軸線(xiàn)直順和拱度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在裝配操作過(guò)程中，應(yīng)適時(shí)注意檢測(cè)如下方面：

（1）主桁架的撓度值檢測(cè)，每組裝一節(jié)需檢測(cè)一次，記錄信息，需注明當(dāng)時(shí)的纜吊所處位置。

（2）檢測(cè)桁梁中心線(xiàn)，每組裝一節(jié)需檢測(cè)一次。為了降低強(qiáng)光線(xiàn)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，應(yīng)選擇在夜間恒溫段開(kāi)展檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)，纜吊暫停作業(yè)。

（3）主桁架橫截面檢測(cè)，每個(gè)孔跨截面均要測(cè)量；每段鋼桁梁完工后，桁梁所有各節(jié)點(diǎn)的拱度，均需測(cè)量核準(zhǔn)。

（4）注意兩岸水準(zhǔn)點(diǎn)的閉合測(cè)量，注意岸上測(cè)點(diǎn)與觀測(cè)墩的閉合測(cè)量。

（5）絕對(duì)高程檢測(cè)，應(yīng)在溫度更為穩(wěn)定的凌晨時(shí)分進(jìn)行。

（6）每次梁節(jié)段對(duì)位時(shí)，其標(biāo)高、左右高差，應(yīng)確?？刂圃谠O(shè)計(jì)要求之內(nèi)。

（7）強(qiáng)化桁梁的裝配精度控制，每節(jié)段的裝配精度控制測(cè)點(diǎn)至少不能低于8個(gè)。

4.4.2 調(diào)整背索力

（1）吊梁時(shí)，先將背索拉張至同吊梁工況相對(duì)應(yīng)的索力值。

（2）脫鉤以后，將背索的索力調(diào)節(jié)到空載條件下相應(yīng)的索力值，并及時(shí)測(cè)量背索拉張前后主塔頂?shù)钠弧?/p>

（3）鋼桁梁裝配過(guò)程中，兩岸應(yīng)根據(jù)相應(yīng)工況實(shí)現(xiàn)背索力的調(diào)節(jié)，尤其是吊梁前、解鉤后、斜索拉張前等工序，主塔頂部偏移量，應(yīng)通過(guò)調(diào)整背索力給予調(diào)節(jié)修正。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文闡述了大噸位索纜吊系統(tǒng)的主要構(gòu)成；介紹了案例工程所應(yīng)用的索纜吊系統(tǒng)的布置、索纜吊試吊及數(shù)據(jù)采集分析過(guò)程；梳理了斜索橋鋼桁梁節(jié)段吊裝操作技術(shù)要點(diǎn)，包括吊裝前準(zhǔn)備、節(jié)段對(duì)接與調(diào)整、栓固與索纜吊脫鉤、裝配節(jié)段面板、線(xiàn)形控制與背索力調(diào)整等，對(duì)大跨度斜索橋的梁段吊裝施工應(yīng)用，有技術(shù)參考意義。