新型纜索吊在工程中應(yīng)用

李維生，肖開軍，王 朝，張 鎧，劉紅波(中交二公局第二工程有限公司)

1 工程概況

四平市紫氣大路立交橋工程主線橋第二聯(lián)為斜拉橋，橋長(zhǎng)180m。跨徑布置為:62.5+55+62.5m，橋梁分為左右幅橋，單幅橋?qū)?1m，中央鏤空分隔帶12m。橋梁結(jié)構(gòu)采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土主梁及鋼結(jié)構(gòu)圓環(huán)主塔造型。主塔橫橋向呈“人”字形，在近主梁頂面處分為左、右幅塔，而順橋向則呈圓環(huán)型，主塔圓環(huán)直徑為83m，塔頂距橋面高為86.07m，“人”字形以上環(huán)型塔身截面高為6m、寬5m，“人”字形以下環(huán)型塔身截面高為3m、寬5m，并近橋面處分離出塔腳，塔頂至塔腳高度約為100m。鋼塔分段49段，安裝的最大重量達(dá)到151.0t。工程工期相當(dāng)緊張，設(shè)計(jì)圖紙要求先塔后梁的施工工序，但總體施組工期無(wú)法滿足，因此采用塔梁同步施工。

2 施工總方案比選

四平市紫氣大路斜拉橋大直徑圓形鋼塔施工可以采用多個(gè)方案。方案1采用大型吊車;方案2采用大型吊車+纜索吊;方案3采用門式液壓系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究各方案，方案1主要缺點(diǎn)是鋼塔段落劃分為69個(gè)節(jié)段，無(wú)法滿足工期要求;方案3因?yàn)樗和绞┕ぜ笆艿借F路影響，設(shè)計(jì)的塔柱同時(shí)也無(wú)法避開預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁中預(yù)應(yīng)力位置，無(wú)法使用;方案2利用兩幅箱梁中間位置，同時(shí)纜風(fēng)索跨過(guò)箱梁，不影響同步施工，而且鋼塔劃分段落少，吊裝能力強(qiáng)，抗風(fēng)能力滿足要求。最終確定采用方案2。

總體施工順序先將下部4節(jié)段采用250t履帶吊安裝，其余節(jié)段采用纜索吊安裝。

3 纜索系統(tǒng)總體布置

在雙幅橋梁中間設(shè)置2個(gè)塔，路基中央分隔帶及雙幅橋梁中間設(shè)置重力式錨碇，纜索吊跨徑布置為(255+120+255)m。1個(gè)塔設(shè)計(jì)在3#墩旁邊，另外1個(gè)塔設(shè)計(jì)在5#墩附近，塔高128m，寬度12m。該纜索吊設(shè)計(jì)為2組單獨(dú)的起吊系統(tǒng)，設(shè)計(jì)單組最大吊重80t，雙組160t吊裝能力。

圖1 纜索吊總體布置圖

4 纜索吊系統(tǒng)組成

4.1 主索

主索每組索道采用6Φ54mm，索體結(jié)構(gòu)由6×37SW+IWR鋼芯鋼絲繩，強(qiáng)度1960MPa，每條鋼絲繩破斷拉力總和為2 030kN。設(shè)計(jì)垂度1/12，主索設(shè)計(jì)安全系數(shù)≥3.5。

4.2 主塔系統(tǒng)

主塔系統(tǒng)包括主塔基礎(chǔ)、主塔立柱、纜風(fēng)索。

4.2.1 主塔基礎(chǔ)

纜索吊立柱基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)+承臺(tái)形式。每個(gè)主塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為2個(gè)6.0m×6.0m×1.5m的C35鋼筋混凝土承臺(tái)，每個(gè)承臺(tái)包括4φ1.2mC35混凝土摩擦樁，單根樁長(zhǎng)為14.0m，基樁布置尺寸為4.0m×4.0m。

4.2.2 主塔立柱

(1)主塔立柱構(gòu)造

立柱設(shè)計(jì)高度為124.7m，橫橋向?qū)挾?2m，縱橋向?qū)挾?.0m。主塔由2組立柱組成，橫向間距為8m。單組立柱由單節(jié)外形輪廓尺寸為4.0m×4.0m×5.7m整體桁架組成，每組立柱設(shè)計(jì)80t液壓頂升系統(tǒng)，立柱頂部設(shè)計(jì)過(guò)渡節(jié)段和橫梁，立柱頂橫梁采用H428型鋼與[20焊接成框架，2組立柱采用整體同步頂升。

為了確保橫向穩(wěn)定性，單組2根之間設(shè)置立柱平聯(lián)，共設(shè)3層平聯(lián)。平聯(lián)為矩形桁架結(jié)構(gòu)，由上下弦桿、腹桿及平聯(lián)桿構(gòu)成，上、下弦桿為φ273×10mm鋼管，腹桿及平聯(lián)桿均采用φ102×8mm鋼管，桁架平聯(lián)通過(guò)抱箍與立柱相連。

(2)主塔計(jì)算

四平市地區(qū)正常風(fēng)速13.8m/s，最大風(fēng)速達(dá)到25.8m/s，全年平均風(fēng)力達(dá)到5級(jí)左右，有時(shí)可以達(dá)到8級(jí)。風(fēng)力對(duì)鋼塔吊裝及纜索吊的安全重要影響。纜索吊塔柱風(fēng)荷載采用《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 3811-2008)規(guī)定的風(fēng)荷載公式計(jì)算:Pw=CKhpA。

纜索吊計(jì)算分別從以下幾種工況考慮:

工況一:單吊重80t時(shí)塔柱偏載受力計(jì)算

荷載組合:塔柱自重+吊重+主索、起重索、牽引索及抗風(fēng)索張力+工作風(fēng)荷載

工況二:單吊80t吊重時(shí)塔柱雙邊受力計(jì)算

荷載組合:塔柱自重+吊重+主索、起重索、牽引索及抗風(fēng)索張力+工作風(fēng)荷載

工況三:抬吊160t吊重時(shí)塔柱受力計(jì)算

荷載組合:塔柱自重+吊重+主索、起重索、牽引索及抗風(fēng)索張力+工作風(fēng)荷載

工況四:跑車安裝完成時(shí)極限風(fēng)荷載計(jì)算

荷載組合:塔柱自重+主索、起重索、牽引索及抗風(fēng)索張力+極限風(fēng)荷載

為保證主塔架受力安全，采用MIDAS軟件建立空間桁架單元，對(duì)塔架的主要受力進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，均能規(guī)范要求。

4.2.3 塔柱的風(fēng)纜

為了保證纜索吊的安全性，塔柱設(shè)置3層斜纜風(fēng)和1層后正纜風(fēng)，纜風(fēng)采用φj15.24mm鋼絞線，上部2層斜纜風(fēng)采用4φj15.24mm鋼絞線，下部1層斜纜風(fēng)和1層后正纜風(fēng)采用3φj15.24mm鋼絞線。纜風(fēng)繩的拉力計(jì)算根據(jù)纜索吊4種工況的結(jié)果對(duì)塔頂位移控制允許偏移范圍來(lái)確定。

4.3 索鞍系統(tǒng)

索鞍系統(tǒng)由主索鞍、索鞍底座、起重索轉(zhuǎn)向輪、牽引索轉(zhuǎn)向輪組成。索鞍系統(tǒng)用來(lái)支撐纜索吊吊裝系統(tǒng)的設(shè)備。主索鞍采用轉(zhuǎn)輪式，可以減少因主繩調(diào)整產(chǎn)生摩擦造成鋼絲繩磨損，而且承載力大，重量輕安裝采用整體吊裝。

4.4 起重系統(tǒng)

起重索采用Φ36mm鋼絲繩，鋼塔節(jié)段采用雙吊點(diǎn)起吊，每一吊點(diǎn)使用一條Φ36(6×37+1)鋼絲繩，兩條起重繩通過(guò)跑車系統(tǒng)及塔頂轉(zhuǎn)向輪，通過(guò)主地錨轉(zhuǎn)向輪進(jìn)人20t慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)，在起重時(shí)卷?yè)P(yáng)機(jī)同時(shí)工作，每條起重繩在跑車間走8線穿繞。

4.5 牽引系統(tǒng)

牽引索采用Φ36mm鋼絲繩，牽引索分別與兩個(gè)跑車相連組成單側(cè)一組吊裝體系，兩條牽引繩均分別經(jīng)過(guò)塔頂索鞍，通過(guò)主地錨轉(zhuǎn)向滑車進(jìn)入兩側(cè)18t快速卷?yè)P(yáng)機(jī)，在起重時(shí)兩側(cè)卷?yè)P(yáng)機(jī)同時(shí)工作。

4.6 錨碇系統(tǒng)

主索錨固系統(tǒng)采用重力式錨碇結(jié)構(gòu)，錨碇采用2層，上部為片石結(jié)構(gòu)，下部為C25結(jié)構(gòu)，內(nèi)部埋設(shè)鋼板帶，主索通過(guò)鋼板帶上的轉(zhuǎn)向輪連成整體，最終在一端通過(guò)鋼絲繩卡固定。錨碇通過(guò)自重、土體正面壓力和側(cè)面摩阻力抵抗主索的拉力。主索錨碇立面圖見圖2。

圖2 主索錨碇立面圖

纜風(fēng)索的錨固系統(tǒng)也采用主索錨固系統(tǒng)采用重力式錨碇結(jié)構(gòu)，錨碇采用2層，上部為片石結(jié)構(gòu)，下部為C25結(jié)構(gòu)。纜風(fēng)索上端通過(guò)擠壓套預(yù)應(yīng)力單端錨固在塔柱的設(shè)計(jì)位置，下部穿過(guò)預(yù)埋在錨碇中波紋管，采用整體錨具張拉錨固在錨碇的設(shè)計(jì)位置，錨碇錨固圖見圖3。

圖3 纜風(fēng)索錨碇立面圖

重力式錨碇受力計(jì)算考慮被動(dòng)土壓力和基底的摩阻力，根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》設(shè)計(jì)的安全系數(shù)要求:抗傾覆安全系數(shù)K1≥1.4;抗滑安全系數(shù)K2≥1.4;抗拔安全系數(shù)K3≥2。

4.7 工作索系統(tǒng)

工作索是指設(shè)計(jì)吊裝小型構(gòu)件或者輔助材料的一組纜索系統(tǒng)。由工作索主索、起重索、牽引索、工作索跑車、吊點(diǎn)組成。本橋設(shè)2組工作索道，設(shè)計(jì)起吊能力為8t。每組工作索采用1根Φ36mm鋼絲繩為主索，錨固在索鞍兩側(cè)的塔架上面。起重索和牽引索采用Φ24mm鋼絲繩，起重2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)和牽引4臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)均為10t，安置在地面上。

5 纜索吊施工

纜索吊的基礎(chǔ)在2011年4月份和橋梁基礎(chǔ)一起施工，5～7月份完成主塔的拼裝和纜風(fēng)索施工，8月22日完成纜索吊的所有安裝工作，8月23日、24日2天完成纜索吊的荷載試驗(yàn)。由于工期緊張，受到纜索吊安裝影響，30節(jié)段采用250t履帶吊安裝，19節(jié)段采用纜索吊安裝，10月30日安裝完成。

[1] 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)[S].

[2] 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB/T 3811-2008)[S].