大跨度拱橋纜索吊裝系統(tǒng)施工技術(shù)分析

李 卓

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

近年來，跨越能力大、運(yùn)輸機(jī)動(dòng)靈活的纜索吊裝系統(tǒng)在大跨度拱橋施工過程中得到了比較廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際的施工過程中，需要考慮的因素較多，涉及到的變化內(nèi)容和需要使用的工具設(shè)備也較多，因此施工具有一定難度。施工人員應(yīng)充分把握施工關(guān)鍵點(diǎn)，使成拱后的線形符合預(yù)定線形，保障每一個(gè)施工環(huán)節(jié)安全有序進(jìn)行，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本文以某大跨度拱橋?yàn)槔?，就纜索吊裝系統(tǒng)施工技術(shù)細(xì)節(jié)展開具體分析，并介紹施工后纜索吊裝系統(tǒng)的試吊和監(jiān)測。

1 工程概況

某主橋結(jié)構(gòu)為等截面懸絞線無絞拱，計(jì)算跨徑335m，矢跨比為1/4.2，拱軸系數(shù)1.8。主橋上下部均采用左右幅分幅設(shè)計(jì)，上下部及拱座構(gòu)造為左右幅均不相連。拱肋分為45個(gè)節(jié)段施工，拱腳1～2（1’～2’）號段采用支架現(xiàn)澆；3～22（3’～22’）號段采用掛籃懸臂澆筑、斜拉扣掛法施工。本次施工中應(yīng)用纜索吊裝施工方法，拱圈施工過程中對鋼筋骨架進(jìn)行整體吊裝，主吊的設(shè)計(jì)最大吊裝重量為15t（含吊具）。

在工程采用纜索吊裝法施工，需要多種部件，如主索、扣索、吊機(jī)等，依據(jù)控制點(diǎn)的具體位置，將各個(gè)節(jié)段的拱肋吊裝到該位置上。對拱腳實(shí)施對稱起吊，一直到兩岸最大懸臂節(jié)段，然后合攏。在該方法的應(yīng)用中，必須要配合固定拱肋法一起使用[1]，必須做好纜索吊裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（本文只介紹內(nèi)容，不介紹計(jì)算過程）。

2 纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算的內(nèi)容

通常情況下，纜索吊裝系統(tǒng)施工包含拱座和基礎(chǔ)施工、索塔系統(tǒng)的架設(shè)、拱圈施工等。受多方面因素的影響，在實(shí)際的施工過程中，因施工難度較大，施工的周期比較長，往往需要設(shè)計(jì)人員實(shí)地調(diào)研考察，綜合考慮多方面因素，做好相應(yīng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作，設(shè)計(jì)符合需求的圖紙，并通過相關(guān)分析與計(jì)算，確保施工的順利進(jìn)行。具體包括以下內(nèi)容：

（1）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的線形分析。設(shè)計(jì)人員對于拱肋各節(jié)段的尺寸、豎向撓度、橫向位移等進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)查和計(jì)算，確保其符合設(shè)計(jì)線形。

（2）結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析。由于橋梁的結(jié)構(gòu)受力和穩(wěn)定性能直接影響后期使用的安全，所以必須要對結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析，使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)始終處于穩(wěn)定，且和設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)相符。

（3）結(jié)構(gòu)整體安全性分析。設(shè)計(jì)人員對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形情況進(jìn)行綜合評定，對穩(wěn)定性進(jìn)行分析及計(jì)算，確保各項(xiàng)參數(shù)得到控制，從而保障橋梁施工安全[2]。

針對無支架纜索吊裝拱橋施工，其設(shè)計(jì)與計(jì)算內(nèi)容通常涵蓋了拱肋或勁性骨架的預(yù)制，拱肋內(nèi)力與應(yīng)力計(jì)算分析，扣塔內(nèi)力變化與穩(wěn)定性，扣索索力變化分析等。

3 纜索吊裝系統(tǒng)施工

根據(jù)主橋結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)計(jì)與計(jì)算結(jié)果，開展纜索吊裝系統(tǒng)的施工。

3.1 索鞍安裝

在索塔頂上面安置主索索鞍，包含索鞍座、索鞍、起重牽引索過輪等部件。方案確定之后，設(shè)計(jì)人員將設(shè)計(jì)圖紙交由加工廠，而后生產(chǎn)出符合要求的索鞍并運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。采用塔吊配合人工進(jìn)行垂直、水平運(yùn)輸，將不同的部件合理安裝到位，完成之后放置于對應(yīng)位置，栓結(jié)固定。

3.2 臨時(shí)牽引施工

施工人員在兩岸都安置好10t 牽引卷揚(yáng)機(jī)，將Φ21.5mm的牽引鋼繩運(yùn)輸?shù)絻蓚?cè)的卷揚(yáng)機(jī)上，并將其纏繞在繩索容器上。施工人員在兩岸索塔頂部布置5t卷揚(yáng)機(jī)。將選定的鋼絲繩從塔頂下降到塔底，然后拉到兩岸的卷揚(yáng)機(jī)位置，將Φ21.5mm的牽引鋼繩和Φ16mm鋼繩相連，啟動(dòng)5t卷揚(yáng)機(jī)，將Φ21.5mm牽引鋼繩牽拉至兩岸各自塔頂。施工人員在左岸將Φ16mm的鋼繩下放至塔底中跨側(cè)，通過無人機(jī)將先導(dǎo)索過河后通過循環(huán)牽引將Φ16mm鋼繩拖拉過跨。在右岸用塔吊將該鋼繩提升至左岸的塔頂，將該鋼繩和Φ21.5mm鋼繩連接。施工人員啟動(dòng)左岸塔頂5t卷揚(yáng)機(jī)，再將其Φ21.5mm鋼繩牽引過跨至右岸的塔頂，將兩邊的Φ21.5mm鋼繩再次連接起來，形成一個(gè)完整的牽引系統(tǒng)。

3.3 主索安裝

主要應(yīng)用2Φ56（6×37+1-1960）鍍鋅鋼絲繩，每一根的長度均達(dá)到900m。在跨中重載工況下，主索最大垂度為f=21.5m，垂跨比為f/L=1/16，施工人員應(yīng)當(dāng)保證左、右幅主索對稱架設(shè)，從而有效地避免出現(xiàn)索塔偏載的情況。

主索索盤存放在主索錨碇后，利用吊車將索盤安裝在放索架上，將主索錨頭從索盤中放出后與臨時(shí)牽引索連接，啟動(dòng)牽引卷揚(yáng)機(jī)將主索牽引至塔頂附近，牽引過程中注意觀察主索長度，既要避免主索在地面上拖行也要避免主索放索不及時(shí)造成主索向后拽拉牽引索。當(dāng)主索被牽引至索塔塔頂附近后，停止?fàn)恳頁P(yáng)機(jī)，用鋼繩將主索臨時(shí)錨固。用塔吊提升臨時(shí)牽引索讓其接頭跨過塔頂滑輪，再用塔吊將主索預(yù)留繩頭從主索鞍中設(shè)計(jì)位置穿過，將主索與臨時(shí)牽引再次連接并預(yù)留足夠長的主索繩頭，以保證能夠正常翻越對岸塔頂，然后啟動(dòng)牽引卷揚(yáng)機(jī)繼續(xù)牽引。

將第一根主索與一岸串索滑車相連，然后再對另一岸進(jìn)行主索垂度調(diào)整。將臨時(shí)錨固鋼繩與主索臨時(shí)連接，然后將主索繩頭繞過調(diào)平滑車與收繩滑車組相連，滑車采用30t滑車，滑車之間用直徑Φ22mm鋼繩繞6線。牽動(dòng)牽引索進(jìn)行收繩，使主索垂度略大于安裝垂度（17.02m）后，調(diào)整臨時(shí)錨固的位置臨時(shí)錨固主索。同理安裝第二根主索，調(diào)整第二根主索垂度到位后將其與第一根主索相連，解除第一根主索的臨時(shí)錨固；然后安裝第三根主索，在與第二根主索錨固連接后調(diào)整垂度，然后依次完成余下主索安裝。主索與主索對接時(shí)，接頭的第一個(gè)繩卡到調(diào)平滑車的距離應(yīng)＞3.5m。主索空索狀態(tài)下的中跨跨中垂度調(diào)整至安裝垂度，第一根主索通過測量控制安裝垂度，主索依據(jù)前面的狀態(tài)靈活調(diào)整，主索垂度誤差應(yīng)控制＜5cm。

3.4 牽引索與起重索的安裝

操作中選用5t的卷揚(yáng)機(jī)和Φ16mm的鋼繩，施工人員將起吊鋼繩牽引至右岸的索塔頂部，將轉(zhuǎn)向滑輪吊過塔頂，然后將鋼絲纏繞在上下吊架之間后，將繩頭臨時(shí)錨定在上吊架上。施工人員取下臨時(shí)牽引接頭，將鋼絲纏繞在牽引電纜的牽引滑輪和絞車的錨之間。在左岸索塔上面，施工人員安裝轉(zhuǎn)向滑輪，將Φ16mm的鋼絲繩放在塔架頂部，繞過轉(zhuǎn)向滑輪。使用塔式起重機(jī)將Φ16mm鋼絲繩吊至塔頂，并將其連接至下部吊架。松開起重絞車，擰緊塔頂5t絞車，將下部吊架拉至索塔基礎(chǔ)上進(jìn)行臨時(shí)錨固，然后安裝吊點(diǎn)配重。之后，施工人員拆除塔頂與行走小車之間的臨時(shí)連接，并拆除下部吊架與索塔之間的臨時(shí)接頭。擰緊右岸的牽引絞車，然后松開左岸的提升和牽引絞車，將行走小車和吊點(diǎn)拉至右岸塔頂，纏繞并錨定牽引電纜，將提升電纜拉至右岸錨定位置，完成錨定工作。對于起重鋼絲繩，其在應(yīng)用過程中的主要作用是有效控制起重部件的升降。施工人員通過操作將繩索的一端纏繞到左岸卷揚(yáng)機(jī)卷筒上，然后將另一端通過滑輪組纏繞到右岸卷揚(yáng)機(jī)卷筒上，這樣共同作業(yè)，能夠切實(shí)有效地提高作業(yè)效率。

3.5 纜風(fēng)系統(tǒng)施工

在施工過程中，為了能夠有效地控制主索、起重索、牽引索、工作索等產(chǎn)生的不平衡水平力，盡可能地減少塔頂偏位情況。施工人員可以在兩岸的索塔上下游分別設(shè)置兩組縱向纜風(fēng)索。其中，小樁號岸的縱向纜風(fēng)索為8Φs15.24，初始張力為600kN，通纜風(fēng)索為4Φ15.2，初始張力為350kN，大樁號岸的縱向纜風(fēng)索為6Φs15.24，初始張力為500kN。

3.6 錨碇系統(tǒng)施工

該橋采用引橋墩基礎(chǔ)（5～8號墩、11～14號墩）作為扣掛體系的錨碇，采用樁錨+預(yù)應(yīng)力巖錨的組合式錨碇。斜拉扣掛體系的所有錨索均錨固于兩岸引橋橋墩永久結(jié)構(gòu)承臺(tái)上。預(yù)先在承臺(tái)內(nèi)預(yù)埋鋼絞線，承臺(tái)內(nèi)預(yù)埋Р型錨具及管道，首先在承臺(tái)頂或側(cè)面張拉預(yù)埋鋼絞線，然后采用鋼制轉(zhuǎn)換接頭與錨索相連。錨索應(yīng)在作為錨碇的引橋墩的墩柱及蓋梁全部施工完成后方可進(jìn)行張拉。施工人員對施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)研，明確1∶0.75放坡開挖方案，同時(shí)施工人員要提前做好周邊臨時(shí)排水溝的開挖工作。開挖完成之后，及時(shí)清理基地，并檢驗(yàn)基地的承載力，做好集水坑排水措施。此外，還要及時(shí)做好臨邊防護(hù)措施，制定應(yīng)急方案，并構(gòu)建人員上下通道。

巖錨索設(shè)計(jì)長度為24～47m，錨固段長度為12m，巖錨錨索應(yīng)錨固于灰?guī)r內(nèi)，不得以角礫巖層為巖錨持力層。單束6根錨索設(shè)計(jì)張拉荷載為850kN，單束8根錨索設(shè)計(jì)張拉荷載為1100kN。

3.7 扣、錨索系統(tǒng)

選用Φj15.24(Rby=1860MPa)鋼絞線，施工人員將張拉端安置在索塔上，依據(jù)施工過程中對應(yīng)的扣、錨索最大索力進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。

4 纜索系統(tǒng)試吊及監(jiān)測

4.1 試吊

在本次施工中，纜索吊裝系統(tǒng)的最大吊重為15t，為了能夠使施工人員方便操作，使用鋼筋和型鋼作為試吊配重，之后再逐一進(jìn)行檢查。在試吊之前，施工人員需要全面地在地錨、主纜等上面做好標(biāo)記，并且交由專門的人員進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測，監(jiān)測其變形的具體情況。當(dāng)?shù)踔剡\(yùn)輸?shù)娇缰袝r(shí)，施工人員準(zhǔn)確記錄不同荷載狀態(tài)下的工作垂度，不得出現(xiàn)較大的偏差。

試吊步驟：

（1）明確卷揚(yáng)機(jī)的分次受力程度；

（2）由施工人員檢查該系統(tǒng)中各個(gè)部位的受力情況；

（3）施工人員將系統(tǒng)起吊且距離基準(zhǔn)面的長度為10cm；

（4）再次檢查受力的具體情況；

（5）施工人員將牽引系統(tǒng)拉到跨中，而后再次仔細(xì)檢查；

（6）施工人員測試并記錄數(shù)據(jù)。

地錨：施工人員需要在地錨上設(shè)定標(biāo)識點(diǎn)，并且動(dòng)態(tài)化地監(jiān)測其起吊之后是否出現(xiàn)變形或位移。

主索：施工人員在試吊之前，需要測量并記錄空載下的垂度。起吊運(yùn)輸?shù)蕉种豢绲臅r(shí)候，再次測量和記錄垂度。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，在兩岸河堤上選擇一個(gè)控制點(diǎn)，施工人員測量并記錄控制點(diǎn)到跨中的高程和距離。布置全站儀，讀出所測量豎直角，即可算出垂度值。主纜力可以使用頻譜分析儀進(jìn)行測試，與計(jì)算值進(jìn)行比較。

索塔：施工人員在塔頂上面安裝水平標(biāo)尺，并應(yīng)用全站儀逐一從上游、下游和主橋軸線兩個(gè)方向測量塔頂?shù)奈灰魄闆r，塔頂?shù)奈灰谱畲蟛坏贸^[δ]=H/400。

4.2 監(jiān)測

（1）檢查主索最大垂度，采用全站儀懸高測量。

（2）檢查索塔位移情況，包含纜風(fēng)索初張力作用下的最大位移數(shù)據(jù)，以及每一次加載后索塔位移數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)計(jì)算匯總之后反饋給指揮臺(tái)，便于下一步的操作方案制定。

（3）檢查索塔基礎(chǔ)沉降量，測量基礎(chǔ)頂面的標(biāo)準(zhǔn)高度，記錄數(shù)據(jù)；纜索作業(yè)完畢后，需要再次測量數(shù)據(jù)。

（4）檢查地錨位移量，需要提前在地錨位置做好標(biāo)記，在試吊時(shí)動(dòng)態(tài)化地觀測并記錄，了解吊運(yùn)過程中地錨出現(xiàn)位移的情況，同時(shí)做好反饋工作，告知指揮臺(tái)。

（5）采用肉眼觀察、敲擊、辨別聲音等方式，檢查不同部位的變形情況，及時(shí)反饋。

（6）檢查索塔頂座滑輪、橫移系統(tǒng)等一系列動(dòng)作情況，了解跑車、卷揚(yáng)機(jī)組的行走和運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

（7）纜索吊裝系統(tǒng)作業(yè)到一定的負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)之后，施工人員需要檢查供電系統(tǒng)、設(shè)備線路，明確其是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

（8）檢查通信設(shè)備的數(shù)量是否夠，并且檢查設(shè)備能否正常使用，通話內(nèi)容是否清晰。準(zhǔn)確真實(shí)地填寫試吊和測量結(jié)果記錄表，并進(jìn)行反復(fù)核實(shí)，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。各個(gè)觀測小組在工作時(shí)，隨時(shí)應(yīng)用對講機(jī)和吊裝指揮臺(tái)保持聯(lián)系，做好系列反饋工作，及時(shí)處理異常情況。

5 結(jié)束語

我國歷經(jīng)千百年來的發(fā)展，已經(jīng)設(shè)計(jì)并修建了大量形態(tài)各異的橋梁，大跨度拱橋的施工強(qiáng)度較高，耐久性也比較好，不容易被腐蝕變形，極大程度地滿足了人們的出行生活，也帶動(dòng)了各地經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展。在大跨度拱橋的施工過程中，纜索吊裝系統(tǒng)的應(yīng)用比較重要。為了能保障施工安全性，保障拱橋穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員必須要對影響纜索吊裝系統(tǒng)的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求，制定完善的方案，提高纜索吊裝施工水平。對于可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)隱患，要提前進(jìn)行預(yù)測，制定應(yīng)急方案，有效地避免負(fù)面影響的進(jìn)一步擴(kuò)大。