重慶巫山大寧河橋165t纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)

董傳洲 馮仲仁

（1.中鐵大橋局股份有限公司 武漢 430050；2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 武漢 430070）

拱橋由于其具有美觀、經(jīng)濟(jì)、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，在基礎(chǔ)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。拱橋施工過(guò)程中，拱肋節(jié)段的吊裝是施工的關(guān)鍵工序，由于山區(qū)地形條件的限制，無(wú)法采用支架法、浮吊安裝等常規(guī)的施工方案，纜索吊機(jī)作為一種同時(shí)具備起吊和走行能力的起重設(shè)備，為拱肋節(jié)段吊裝提供了一種優(yōu)質(zhì)高效的解決方案［1］。

1 工程概況

重慶巫山大寧河特大橋位于長(zhǎng)江三峽風(fēng)景區(qū)內(nèi)、長(zhǎng)江支流大寧河入江口附近，是國(guó)家重點(diǎn)公路杭州至蘭州線重慶巫山至奉節(jié)段高速公路上的一座特大橋。本橋跨越處河谷谷口寬度約700 m，地形陡峻，為主跨400 m 的鋼箱桁架上承式拱橋。全橋橋跨布置為：5×30m＋16×27m＋3×30m，主拱跨度400m，凈矢高80m，橋面寬24.5 m，橋面距河面180m，橋梁全長(zhǎng)682m。

主拱橫向?yàn)?片拱肋，拱肋安裝采用纜索吊裝系統(tǒng)吊裝到位，用扣索系統(tǒng)錨固定位；纜塔支撐在扣塔頂上。主拱肋橫向3片分次吊裝，單片桁架拱肋分18個(gè)節(jié)段，1個(gè)拱頂合龍段，全橋共55個(gè)節(jié)段；全橋最大吊裝節(jié)段重量為165t，吊裝節(jié)段最長(zhǎng)約28.5m。

2 纜索吊機(jī)總體設(shè)計(jì)

本橋纜索吊機(jī)主要用于安裝拱肋節(jié)段，拱上立柱及橋面板，其中拱肋節(jié)段吊裝為控制設(shè)計(jì)階段。結(jié)合本橋主跨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和纜索吊機(jī)的使用要求，確定纜索吊機(jī)的凈吊重為165t。根據(jù)纜索吊機(jī)所處地地形、地勢(shì)，纜索吊機(jī)施工跨徑布置為：200m＋432m＋200m，跨中主索設(shè)計(jì)最大垂度為L(zhǎng)／12.5＝34.56m。兩岸塔頂高程相同，均為362.57m。

纜索吊機(jī)系統(tǒng)主要由纜索系統(tǒng)、塔架支撐系統(tǒng)、扣錨系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、天車和支索器系統(tǒng)、機(jī)械部分和滑移系統(tǒng)等組成。纜索吊機(jī)總體布置見(jiàn)圖1。

圖1 纜索吊機(jī)總體布置（單位：m）

2.1 纜索系統(tǒng)

纜索系統(tǒng)包括主索、起重索、牽引索、纜風(fēng)索［2］。纜索系統(tǒng)沿橫橋向布置2組主索，上下游各1組，每組主索由12Φ52 鋼絲繩組成，索間距13.8cm，2組主索中心距4 m，主索均支承于纜塔塔頂索鞍，兩端接入后錨錨固，形成3跨連續(xù)纜索結(jié)構(gòu)。起重索用于控制吊運(yùn)構(gòu)件的升降（即垂直運(yùn)輸），其一端纏繞于卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒上，另一端跨過(guò)塔架固定于起重卷?yè)P(yáng)機(jī)對(duì)岸的錨碇上，這樣，當(dāng)跑車在承重索上來(lái)往運(yùn)行時(shí)，可保持跑車與吊鉤間的起重索長(zhǎng)度一致。起重索采用直徑26 mm纖維芯鋼絲繩走8布置，選用8臺(tái)100kN 起重卷?yè)P(yáng)機(jī)。牽引索用于牽引跑車沿橋跨方向在承重索上移動(dòng)（即水平運(yùn)輸），牽引索走線示意見(jiàn)圖2。牽引索采用直徑32.5mm 麻心鋼絲繩走4 布置，采用循環(huán)方式牽引，選用2 臺(tái)150kN 起重卷?yè)P(yáng)機(jī)。纜索系統(tǒng)各類鋼絲繩參數(shù)見(jiàn)表1。

圖2 牽引索走線示意圖

表1 各類繩索參數(shù)表

2.2 纜扣塔系統(tǒng)

纜扣塔系統(tǒng)主要由支承纜索系統(tǒng)的纜塔結(jié)構(gòu)和用于固定扣、錨索張拉端的扣塔組成。經(jīng)多種方案比選，確定扣索塔架與墩頂固結(jié)，纜索吊塔架鉸接于扣索塔架之上的方式。

根據(jù)項(xiàng)目部現(xiàn)有資源情況，纜塔由西乙型萬(wàn)能桿件組拼而成，塔架橫向?yàn)?組4m×2.56m萬(wàn)能桿件雙立柱塔柱，上、下游塔柱中心至中塔柱中心均為10m，并分別鉸結(jié)于扣索塔架上，塔架高度均為26m，且由萬(wàn)能桿件橫梁將上、下游塔柱聯(lián)成一體，構(gòu)成雙門型框架。纜塔塔架為空間桁架結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定問(wèn)題突出，須設(shè)纜風(fēng)繩，其作用是平衡承重索吊重產(chǎn)生的水平力，控制塔頂位移小于（1／300）H。滾動(dòng)索鞍設(shè)置在塔架頂上，為放置承重索，起重索、牽引索等用，可以減少鋼絲繩與塔架的摩阻力，使塔架承受較小的水平力，并減少鋼絲繩的磨損。

扣塔分別由主體5號(hào)和6號(hào)交界主墩及其上部鋼塔組成，上部鋼塔立柱采用HW400×400熱軋寬翼緣H 型鋼，橫向布置3組塔柱，上、下游塔柱中心至中塔柱中心均為10m，以N 型萬(wàn)能桿件作為聯(lián)結(jié)系?？鬯着c交界主墩頂固結(jié)，纜塔與扣塔之間設(shè)鉸支座連接，纜塔塔底鉸座見(jiàn)圖3。纜扣塔之間鉸接，以使纜塔由塔頂纜索不平衡水平力引起的順橋向偏移在塔底不產(chǎn)生彎矩和水平力，不影響扣塔扣錨體系工作，以保證拱肋吊裝質(zhì)量與安全。

2.3 扣錨系統(tǒng)

扣、錨索均采用Φj15.24（Rby＝1860 MPa）鋼絞線。錨點(diǎn)和扣點(diǎn)均采用OVM 固定端P型錨具進(jìn)行錨固?？郏ㄥ^）索最小傾角為6°，最大傾角為48°?？郏ㄥ^）索體系張拉點(diǎn)均布置于扣塔上。

扣索通過(guò)錨箱與扣點(diǎn)拉板銷接進(jìn)行錨固，拉板內(nèi)側(cè)與拱肋腹板內(nèi)側(cè)對(duì)齊；錨索錨固采用2種形式，巫山、奉節(jié)側(cè)1～5號(hào)錨索均錨固在主體結(jié)構(gòu)拱座或承臺(tái)上，6～9號(hào)錨索采用獨(dú)立錨碇進(jìn)行錨固。兩岸各設(shè)2個(gè)整體式鋼筋混凝土錨碇，所有預(yù)埋件均須保證預(yù)埋深度及預(yù)埋角度。錨碇為預(yù)應(yīng)力錨索式錨碇，錨碇抗滑移穩(wěn)定系數(shù)不小于1.3，為保證錨碇基礎(chǔ)的安全，基坑周邊設(shè)置截水溝，并用漿砌石固面。

扣錨系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分利用主體結(jié)構(gòu)受力，錨索盡量錨固在各主墩承臺(tái)上，以減少錨體結(jié)構(gòu)的工程量。鋼塔主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分利用工地現(xiàn)有資源，立柱均采用工地現(xiàn)有的熱軋寬翼緣H型鋼，聯(lián)結(jié)系采用N 型萬(wàn)能桿件，在保證主體結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度的前提下最大限度減少新制桿件數(shù)量，節(jié)省開(kāi)支。各組錨（扣）索力線交點(diǎn)均在扣塔中心線上，避免豎向合力偏心引起的立柱受力不均勻；塔上錨固將錨點(diǎn)合理布置于焊接錨梁上，扣（錨）索力線交于錨固梁中心，形成雙向無(wú)扭轉(zhuǎn)自平衡式簡(jiǎn)支受力體系，受力明確合理；錨梁傳力通過(guò)強(qiáng)大的分配梁體系，均勻傳遞至各個(gè)立柱。并且張拉點(diǎn)集中布置于扣塔上，張拉設(shè)備倒用方便，提高了勞動(dòng)效率。

2.4 滑移系統(tǒng)

主拱拱肋橫向由3片拱肋組成，為適應(yīng)橫向3片拱肋吊裝的需要，纜索吊主索系統(tǒng)在纜塔塔頂采用橫向移動(dòng)形式，即主索鞍在塔頂橫向設(shè)置滑道使主索在空載時(shí)進(jìn)行橫向移動(dòng)，塔頂鞍座滑道梁由2根新制箱梁組成，設(shè)橫向限位裝置，滑道面焊接不銹鋼板并涂潤(rùn)滑油，保證滑道面摩擦系數(shù)小于0.2。最大吊重時(shí)最大橫移水平距離為10 m，最大橫向水平角為3.72°。

為保證纜索吊主索系統(tǒng)在橫移時(shí)可隨時(shí)定位，橫移滑道梁腹板上每500 mm 設(shè)置一個(gè)定位孔，定位孔及銷軸起雙重作用，既可定位反力座承受千斤頂傳來(lái)的彎矩和剪力，也可定位鞍座防止其移動(dòng)。橫移滑道梁實(shí)景見(jiàn)圖4。

圖4 橫移滑道梁實(shí)景

2.5 纜風(fēng)系統(tǒng)

纜風(fēng)索系統(tǒng)為平衡主索吊重時(shí)產(chǎn)生的水平力并控制塔頂偏位［3］，上、下游各4組，由通風(fēng)纜及后風(fēng)纜組成，為不影響索鞍橫向移動(dòng)，纜風(fēng)索設(shè)置于纜塔兩側(cè)，后風(fēng)纜通過(guò)一個(gè)預(yù)埋件錨固在扣錨索錨碇上，在塔頂上滑道梁兩側(cè)通過(guò)滑輪轉(zhuǎn)向后再次回到扣錨索錨碇上的另一個(gè)纜風(fēng)預(yù)埋件上固定。

2.6 錨碇系統(tǒng)

錨碇系統(tǒng)為錨固承重索用，錨碇在纜索吊機(jī)吊裝過(guò)程中，對(duì)安全有決定性的影響。兩側(cè)錨碇根據(jù)所在位置的地質(zhì)情況分別采用不同的受力方式設(shè)計(jì)。奉節(jié)側(cè)錨碇位置處地質(zhì)情況較好，巖石為弱風(fēng)化巖，其整體性及承載力均能滿足巖錨的受力需要，故采用斜向巖錨直接傳力，每4根斜錨索對(duì)應(yīng)6根主索，抗拔安全系數(shù)1.36，大于規(guī)范要求1.3，豎向錨索作為安全儲(chǔ)備，起輔助作用；而巫山側(cè)錨碇位置處地質(zhì)情況較差，破碎巖石的覆蓋層較厚，如采用斜向巖錨直接受力則鉆孔很深，而且容易塌孔，既不經(jīng)濟(jì)也不安全，故考慮使用重力式錨碇，豎向錨索為主要受力錨索，摩擦系數(shù)按0.35考慮，抗滑移安全系數(shù)1.62，大于規(guī)范要求1.3，斜向錨索作為安全儲(chǔ)備，起輔助作用。兩側(cè)錨碇結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 巫山側(cè)錨碇示意

圖6 奉節(jié)側(cè)錨碇示意

3 結(jié)語(yǔ)

大寧河橋纜索吊機(jī)僅用5個(gè)月時(shí)間就完成全橋55個(gè)拱肋節(jié)段的安裝工作。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的施工監(jiān)控和對(duì)各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析，主索垂度及塔頂位移均與設(shè)計(jì)計(jì)算值吻合較好，纜索吊機(jī)工作正常，為全橋順利竣工提供了有效保障，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］冉茂學(xué)，許紅勝.山區(qū)大跨懸索橋施工纜索吊機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)［J］.中外公路，2009（4）：101－103.

［2］曲江峰，涂滿明.福建寧德天池大橋120t纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)［J］.世界橋梁，2008（1）：41－43.

［3］王東輝.重慶菜園壩長(zhǎng)江大橋4 200kN 纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008（9）：33－37.