大寧河特大橋輕型貓道施工設計

劉 彬

（貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

大寧河特大橋位于長江三峽大寧河風景區(qū)（小三峽），為杭（州）蘭（州）高速公路重慶巫山至奉節(jié)段規(guī)模最大的橋梁工程，全長682m。其主橋結(jié)構(gòu)型式為400m跨上承式鋼箱桁架拱橋，桁高10m，橋面寬24.5m。

為方便吊扣系統(tǒng)設施的安裝及主拱吊裝施工期間人員的通行，設置輕型貓道連接兩岸施工便道和主拱安裝塔架，作為施工通道。

1 貓道設計

1.1 設計原則

貓道線形為在承重索安全系數(shù)滿足規(guī)范要求的情況下，盡量減小垂度，增加通行舒適性；盡量減輕自重、減小受風面積，盡量減小對主橋交界墩的影響。貓道系統(tǒng)自身構(gòu)造簡單，架設調(diào)整和拆除方便，節(jié)約臨時工程的作業(yè)時間和費用。

1.2 貓道總體布置

為不干擾主拱構(gòu)造的安裝施工，貓道布置在路線前進方向橋梁左側(cè)，兩岸施工便道處設置巖錨錨碇，以便與兩岸施工便道銜接（見圖1）。為減小貓道承重索對交界墩產(chǎn)生不平衡力的影響，貓道采取三跨連續(xù)布置形式。在兩岸交界墩墩帽側(cè)面預埋牛腿，設置型鋼懸臂支架，布置貓道承重索及扶手索支撐索鞍，索鞍處設置橫向通道至交界墩。

貓道面層設計寬度為1.5m，中跨垂度為32m。

1.3 貓道結(jié)構(gòu)設計

1.3.1 承重索和扶手索

承重索和扶手索利用工地現(xiàn)有材料，均采用Φ 32.5（6×37S+PPC）鋼絲繩，強度等級為1670MPa。承重索設置3根，扶手索每側(cè)設置1根（見圖2、圖3、圖4）。在交界墩處分別設置承重索和扶手索支撐索鞍，形成三跨連續(xù)布置形式（見圖5）。

1.3.2 面層及扶手結(jié)構(gòu)

為充分利用現(xiàn)場材料，同時利于施工，橫梁和扶手立柱均采用工地現(xiàn)有扣件式腳手架鋼管，縱向布置間距為4m。橫梁和立柱與扶手索、承重索用鋼管扣件連接固定。為確保鋼管扣件與承重索及扶手索鋼絲繩間有足夠的握裹力，橫梁處承重索上事先包裹竹條或硬質(zhì)木條等，再擰緊扣件螺栓。貓道面層采用成品鋼板網(wǎng)，與承重索和橫梁用8號鐵絲綁扎牢固。貓道的護欄側(cè)網(wǎng)采用粗面鋼絲網(wǎng)，以減小受風面積，網(wǎng)高1.0m，與護欄立柱、下層扶手索用鐵絲綁扎固定，且底部與走道鋼板網(wǎng)綁扎固定封閉。

1.3.3 錨碇

貓道兩岸采用預應力巖錨錨碇，設置鋼錨梁（2I36a），承重索及扶手索均錨固于錨梁上，通過鋼錨梁將承重索、扶手索索力傳遞到預應力錨索。每個錨碇布置兩束錨索，每束錨索采用6根直徑為15.2mm，標準強度為1860MPa的鋼絞線，錨索鉆孔直徑為100cm，鉆孔深30m，錨固段長15m，自由段長15m。每束錨索設計張拉力為900kN。

圖1 貓道總體布置（單位：m）

圖2 橫斷面構(gòu)造圖（單位：cm）

圖3 立面構(gòu)造圖（單位：cm）

圖4 平面構(gòu)造圖（單位：cm）

圖5 貓道架設后全景

1.3.4 索鞍

5、6號交界墩墩帽施工時，左幅外側(cè)面預埋牛腿，布置懸臂型鋼支架，安裝承重索和扶手索支撐索鞍。承重索與扶手索索鞍在豎直方向上與貓道一般斷面處距離保持一致。索鞍處布置橫向通道。

索鞍懸臂支架設計考慮了貓道產(chǎn)生的豎向及水平荷載作用。

2 貓道承重索靜力計算

2.1 計算程序

確定貓道跨徑后，將設計活荷載組合放在橋跨最不利的位置，計算對應簡支梁的跨中最大彎矩。根據(jù)對應簡支梁的跨中最大彎矩，在最不利荷載組合下承重索張力的安全系數(shù)滿足要求的條件下，通過試算確定貓道中跨合理垂度，以此作為貓道設計狀態(tài)。以該設計狀態(tài)為始態(tài)，換算到空索狀態(tài)，計算空索拉力和空索垂度，以便在架設時，通過控制空索垂度來保證承重索在設計狀態(tài)時達到設計張力（見圖6）。

圖6 貓道承重索靜力計算簡圖（單位：m）

2.2 荷載

設計狀態(tài)下，貓道荷載包括恒載（貓道自重）及活載（人群荷載）兩部分，設計時分別考慮1.2、1.4倍荷載系數(shù)。

2.2.1 恒載

貓道自重按均布荷載考慮。其中，3根承重索恒載自重為3×0.0345kN/m=0.1035kN/m；貓道面層鋼網(wǎng)為0.15kN/m；鋼管立柱、橫梁采用Φ48×3mm鋼管，按間隔4m布置，單位長度自重為0.048kN/m；護欄鋼絲網(wǎng)為0.08kN/m，共計=1.2×(0.1035+0.15+0.048+0.08)=0.38kN/m。需要說明的是，貓道兩側(cè)的扶手索設置了獨立的索鞍支承，兩端錨固于錨碇，在貓道架設時與貓道承重索同線形安裝就位，然后才安裝貓道面層和扶手結(jié)構(gòu)，其自重未施加在承重索上，因此在承重索受力計算時未予以計入。

2.2.2 活載

活載為人群荷載，按0.75kN/人計。對于中跨，考慮容納20人同時通過，為簡化計算，偏安全地按集中荷載計算：P=1.4×20×0.75=21kN；對于邊跨，考慮到上下班高峰期通行人數(shù)較多，施工人員按間隔2m通過，按均布荷載計算，q2=1.4×0.75/2=0.53kN/m。

2.3 承重索設計狀態(tài)計算

最不利工況時，中跨對應簡支梁跨中最大彎矩：

主索最大張力Tmax：一般小垂度懸索結(jié)構(gòu)，Tmax≈H=347.9kN，承重索破斷拉力為Tn=1350.4kN，則承重索安全系數(shù)為：k===3.9＞3，滿足要求。

根據(jù)中跨支點兩側(cè)水平力相等，分別計算兩個邊跨在最不利荷載下的垂度 f1、 f3：對于杭州側(cè)邊跨：

2.4 承重索空索安裝張力H0及安裝垂度 f10、f20、 f30計算

承重索空索安裝張力及空索安裝垂度采用多跨鋼索橋的基本公式，通過以設計狀態(tài)為始態(tài)進行反算。多跨鋼索橋基本公式為：

圖7 最不利工況下相當簡支梁的剪力Q圖

圖8 承重索自重作用下相當簡支梁的剪力Q0圖

計算得：

空索自重下，各跨安裝垂度為相當承重索空索狀態(tài)下對應簡支梁最大彎矩與H0的比值，計算得為：

3 結(jié)語

大寧河特大橋輕型貓道的設置，為大寧河特大橋主拱上部結(jié)構(gòu)無支架纜索吊裝系統(tǒng)設施構(gòu)造的安裝以及主拱的安裝施工提供了很大方便。相對于三跨獨立結(jié)構(gòu)的貓道而言，由于采用三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，減小了由于中跨和邊跨實際荷載差距較大，從而使交界墩承受過大水平力的影響。由于承重索與扶手索為獨立支承和錨固，受扶手索張力的影響，貓道抗風穩(wěn)定性相對于一般貓道結(jié)構(gòu)要好許多。

[1]黃紹金，劉陌生.現(xiàn)代索道橋[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設計指南[M].北京：建筑工業(yè)出版社，2004.

[3]JTG/T D60—01—2004，公路橋梁抗風設計規(guī)范[S].

[4]同濟大學土木工程學院.廣州黃埔大橋南漢橋貓道結(jié)構(gòu)強度及風荷載研究報告[R].上海：同濟大學土木工程防災國家重點實驗室，2006.