××大橋纜索吊裝施工技術

高曉冬

（中鐵十一局集團第四工程有限公司 湖北武漢 430000）

1 工程概況

××大橋是某高速公路第X合同段的一座大橋，位于××縣××鎮境內。

整個大橋分為左、右兩線：左線跨徑組合為：7.7（引橋）+96（主跨）+1×7.7（引橋）m，右線跨徑組合為：7.7（引橋）+96（主跨）+2×7.7（引橋）m。橋的上方結構由簡支空心板構成，其下方結構由柱式橋墩擴大基礎而構成，主橋為凈跨96m的鋼筋混凝土上承式箱板拱結構，其中主拱圈由四個箱室構成，每個箱室的寬度為2m，腹板寬度為0.2m，拱圈總的寬度是9.2m，高為1.8m，凈矢跨比為1/6，拱系數M=1.988m。底梁、立柱、蓋梁組成拱上排架的主拱圈上部構造，橋面則由預制行車道板和橋面鋪裝和排水組成。

大橋所處地區的地貌特征為中山區構造侵蝕溶蝕峰叢槽谷，河谷較寬、兩側的谷坡坡度很陡。河水流向NE～SW，河谷東測坡體的傾角大約45～85°，坡度較陡。西側坡體的前緣坡度為15～30°，坡度較緩，但上方坡度很大，坡角大約在40～50°之間，整體呈現出不對稱的“V”型結構。橋軸線經過地段地面標高在972.6～1020m之間，最大高差約47.4m。

2 纜索吊方案制定

××大橋根據其地質地形特點，決定采用纜索吊方案。

主索采用6-W37φ47.5鋼絲繩組成，在兩岸的鋼筋混凝土地上固定住錨。牽引索采用φ21.5鋼絲繩，牽引索采用循環方式并統一卷揚機，采用一臺卷揚機進行牽引工作，使進退統一，降低失誤率。起重索采用φ21.5的鋼絲繩，起重索與隧道進、出口在同一直線上，與跑車縱橫對稱，使之受力均勻，起重索兩頭均進卷揚機，通過地錨滑輪轉向進入卷揚機。施工時，萬能桿件、鋼管骨架籠等通過纜索吊進行吊裝，一片鋼管骨架籠重為9.25T。一幅纜索吊滿足一幅橋的需要，兩幅纜索吊同時施工。

安裝纜索吊之后，首先進行兩次循環的空鉤運行，其次在緩慢加載，直至最大起重的120%，再模擬拱架的吊裝試運行，核驗纜索吊跑車以及吊鉤工作時的變形情況，地錨及風纜地錨的穩定狀態等，發現問題及時處理。以確保拱架吊裝時的絕對安全。

纜索吊鑒定工作是對其各項性能指標的綜合評定，邀請省指、安監局、中交二院、鐵二院監理公司、工作站等單位及集團公司進行全面考核，審查發現不足之處提出整改意見，以便于纜索吊的改進，確保安全運行。

根據承載索的載荷大小與其垂度相關聯，承重索的垂度與張力成反比，與承載索的承載能力成正比，相反，要想提高承載索的承載能力，就要加大承重主索的垂度。但是如果垂度太大，就會使跑車的牽引阻力增大，從而增加動力消耗，以及施工困難。一般垂度選擇在L/14～L/20范圍比較合適。根據實際情況，選擇垂度Fmax為L/14。纜索跨度211.245，fmax=1/14=15m。

大橋配置纜索吊機設計凈吊重設計為9.25t。承重索所承受的均布荷載主要為自重。集中荷載主要來自于吊重、跑車、吊鉤、滑輪及部分工作索等的自重。隨著跑車的運動，集中載荷也沿承重索運動，承重索將受到動力作用，采用類似于橋梁設計作用的沖擊系數法，在垂度介于L/14～L/20時，沖擊系數為0.2～0.3，集中荷載為11T（見圖1）。

3 纜索吊設計驗算

3.1 設計依據

圖1 ××大橋纜索吊布置圖

（1）路橋施工計算手冊；

（2）公路施工手冊橋涵篇；

（3）××大橋施工設計圖。

3.2 纜索吊設計

3.2.1 主要技術參數選擇

纜索跨度211.245m，最大撓度fmax=L/14=211.245/14=15m。骨架籠重G拱=18.5T，滑輪組重G滑=1T，跑車重G跑=1T。一次吊半片骨籠，最大吊重G=G拱/2+G滑+G跑=11T=112.5kN。

3.2.2 承重索受力計算

（1）計算承重索單位重和破斷力

承重索單位重；選用2根6×37φ47.5的鋼絲繩。

g=2×7.929=15.858kg/m=0.159kN/m

采用公稱強度為1700MPa的鋼絲繩，其破斷力總和等于843.47mm2×1700MPa=1433.9kN。

其換算系數為0.82。

所以鋼絲繩總破斷力：Tn=2×1433.9×0.82=2351.6kN。

（2）承重索最大張力和強度驗算

跨中彎矩：

3.2.4 牽引索的計算

牽引索采用φ21.5（637+1）鋼絲繩走2線，為避免牽引索發生對拉現象，本橋兩岸牽引索采用同一卷揚機（能正反向運轉的5雙滾筒卷揚機）。

在吊裝的過程中：牽引索最大張力W=W1+W2+W3

（1）跑車運行阻力W1

W1=Q（sinθ+μcosθ）

式中：

Q——載總重為：Q=112.5+33.499+39×2×1.658×10-2+214×2×1.658×10-2=154.17kN；

θ——最大升角經計算為13°；

μ——鋼絲繩與跑車的運動阻力系數，取青銅襯套軸承系數0.0145。

代入式中：

W1=36.84kN

（2）起重索運行阻力

式中：Tq——起重索拉力為38.54kN。

η——起重索穿過滑車的效率，青銅襯套滑車取0.96。

n——起重索穿過跑車的滑車和下面動滑車的數量為4。

代入公式：

W2=5.81kN

（3）后牽引索自然張力

式中：

q——牽引索單位長度重為0.01658×2=0.0332kN。

x——后牽引索跨度取150m。

f——后牽引索垂度：f=13.238m。

代入公式：

W3=7.05kN

（4）總牽引阻力

W=W1+W2+W=49.7kN

（5）牽引索的最大拉力

TY=（W+2Lq）（2-ηm）

式中：m——牽引索穿過滑車的數量為2。

代入公式：

TY=（49.7+2×211.245×0.0332）（2-0.962）=68.73kN

（6）牽引索安全系數

3.3 注意事項

（1）承重索的安裝垂度要和設計值保持一致，如果低于設計值，便會使地錨、主索等關鍵零件過載，甚至嚴重過載，這會大大增加安全事故的概率；如果纜索的安裝垂度高于設計值，就會導致工作垂度不合格，構件吊運上下坡的坡度過大，不利于進行構件的安裝工作。

（2）起重索采用φ21.5（637+1）鋼絲繩走4線，其進出口在同一直線，對跑車縱橫對稱，使其均勻受力。

（3）牽引索采用φ21.5（637+1）鋼絲繩走2線，為避免牽引索發生對拉現象，在橋兩岸牽引索采用同一卷揚機。

（4）地錨要進行預拉實驗。

（5）纜索架設完成以后，為了對其系統和各種設備進行全面檢查和觀測地錨的位移情況，要進行試吊，以便對設備及所有系統的技術狀況和受力進行分析和鑒定。

4 試吊

4.1 試吊程序

本次纜索吊系統試吊主要有兩個工作內容：

（1）模擬拱肋吊裝（即一組纜索吊裝）：

由一組纜索模擬拱肋吊裝，吊裝加載程序為：7.4T（80%G）→9.25T（100%G）→10.2T（110%G）。注：加載噸位由兩個吊鉤平均分擔且“G”為拱肋的最大吊重9.25T。

（2）各程序吊重模擬完成后，纜索吊各循環一個來回，并在靠近主墩位置的北岸將吊鉤升到距天車4～5m的位置一次且相關人員要做好各項檢查記錄。

4.2 注意事項

（1）要安排專人在兩地錨處（北岸人員配對講機）對主索拉板、銷軸卡子進行觀察，如果發生突發情況要及時上報，以便及時處理。

（2）安排2個起重索和1個牽引卷揚機操作人員（配2個對講機）負責檢查和操作卷揚機的運行，并遵從指揮人員的指揮操作，卷揚機如有異常，立刻上報指揮人員，以便及時處理。

（3）安排測量人員對地錨位移和塔架傾斜度進行測量監控。

（4）安排一個指揮人員，負責整個試吊過程中的指揮和與各個檢查人員的聯系工作。如發現試吊運行過程有異常情況及時同技術負責人聯系，以便及時采取措施。

5 結論

××大橋纜索吊裝施工技術很好地利用了地形條件，解決了山區高速公路橋梁吊裝困難的問題，同時通過各種計算和試吊準備，確保了施工安全，該橋采用纜索吊施工節約了施工成本約300余萬元，具有較好的經濟效益，施工中減少了施工便道和施工平臺，也較好地保護了生態環境，該橋采用的纜索吊施工技術對后續同類型橋梁施工具有較大的借鑒意義。