纜索起重機在連續剛構橋施工中的應用

杜 洪 亮

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

1 概 述

某山區特大橋跨江布置，江右岸與既有道路相連，左岸無道路通達，橋位處兩岸地形陡峭，河道內常年水流流量大且水流紊亂，僅小型船只在安全繩的導向下可以橫渡江面。本橋主橋為120 m+220 m+120 m預應力混凝土連續剛構，主梁采用單箱單室箱型截面，頂板寬9 m，底板寬6 m，箱梁根部梁高14.0 m，中跨跨中及現澆合龍段梁高4.5 m。箱梁0號塊長15 m，每個“T”向兩側各劃分25個節段，“T”構最大懸臂長度為108.5 m，交界墩現澆段長度為3.88 m。主墩高度為172 m，采用雙向變坡空心薄壁墩，基礎形式為承臺樁基礎。兩岸引橋分別為2×35 m的T梁和3×16 m的連續板橋。纜索起重機立面布置及主要鋼索參數分別見圖1、表1。

圖1 纜索起重機立面布置

表1 主要鋼索參數

2 材料設備運輸方案選擇

2.1 多條施工便道加塔吊方案

按照以往工程經驗，本橋可以采用每個橋墩修一條施工便道和架設一臺塔吊的方式進行施工，或者采用相鄰較近的橋墩共用施工便道和塔吊的方法。根據地形、橋梁跨徑及塔吊的起吊能力，本橋至少應該在2號、3號、4號及5號橋墩處設置塔吊及修建便道。

江左岸無既有道路與外界連通，需要架設一座便橋。因所跨大江流量大，江面寬，且主橋施工工期長，故修建的臨時便橋規模較大。如采用梁式鋼架橋，則江內需設置橋墩，修建難度及工期均很大；如采用索道橋，通行能力可以滿足要求，但施工成本過高。

本方案中采用混凝土泵進行混凝土的垂直和水平運輸，隨著上部結構節段的增多對混凝土及泵送設備的性能要求更高。

因兩岸地形陡峭且均為巖質邊坡，同時為滿足施工便道縱坡要求，本工程至少需要修建的4條施工便道，其總里程必定很大，工程量及施工難度也大，需要較長的施工時間，且對橋位處環境破壞較大，開挖便道會影響岸坡穩定。

2.2 纜索起重機方案

纜索起重機是在無支架施工拱橋及混凝土大壩施工中經常采用的設備，其垂直和水平運輸機動、靈活，適應性廣，施工比較穩妥。纜索起重機應用于本工程可以滿足材料設備運至各個工作面的要求，但仍需在右岸修建一條施工便道，并修建纜索起重機的起吊平臺。各施工面開工前需要將小型挖掘機用纜索起重機吊至工作面，平整場地。本工程各工作面開挖方量較少，可以用纜索起重機吊運開挖土方。材料運輸、樁基鋼筋籠吊裝、橋墩模板架設均采用纜索起重機完成。但應該在主橋軸線一側適當距離修建一座人行便橋，用于左岸各工作面人員上下班通行及備用混凝土泵管敷設。人行便橋采用索道橋形式，跨徑約270 m。

2.3 方案比較

塔吊方案較成熟，材料到達工作面方便；各工作面具備獨立的施工環境，彼此不受影響；人員可以直接乘車到達工作面，節省時間和節約體力；但臨時便橋規模較大，且修建多條較長的便道成本高，工期長，不利于環保。

纜索起重機方案開挖量少，施工工期成本適中，且有利于環保，可以作為本項目的推薦方案。

3 纜索起重機系統設計

本纜索起重機主要用途：將小型挖掘機吊運至左岸；將左岸及沒有施工便道的工作面的棄渣吊離工作面；運輸各工作面的材料設備；樁基鋼筋籠吊裝入孔；橋墩模板提升；0號塊扇形支架及掛籃拼裝；各工作面的混凝土供應；引橋T梁采用架橋機施工。

3.1 纜索起重機的組成

纜索起重機主要由繩索系統(承重主索、起重索系統和牽引系統)、索鞍、起重跑車以及繩索系統的錨固系統和電氣系統等組成。

3.2 纜索起重機的布置

本纜索起重機要實現材料、設備、模板架設等全部水平及垂直運輸任務，因本橋承臺較大樁基布置分散，懸臂施工時箱梁節段與其他工作面可能同時施工，再考慮本橋各施工節段混凝土澆筑方量、橋墩尺寸及地形地質情況等因素，本纜索起重機采用4×16 t(運輸主索)+1×5 t(工作索)、對稱于橋軸線布置，即工作索與橋軸線重合，兩側分別按間距為2 m和2.5 m布置運輸主索。吊裝索跨為66 m+672 m+5.5 m，巖錨單塔結構。在距橋梁右岸0號橋臺臺尾5 m處沿橋軸線上設置索塔，承重索通過索塔上的索鞍錨固于塔后設置的鋼筋混凝土群樁錨碇，同時在群樁上設置起重索及牽引索卷揚機和電路控制設備的布置平臺。在右岸視野開闊區域設置操控室。左岸由于地形陡峭，不設索塔，主索通過設置于地面的索鞍直接與鋼筋混凝土樁錨相連。右岸邊跨主索水平夾角為17.4°，左岸邊跨主索水平夾角為7.1°。由于地形陡峭，索塔設置前纜風困難，采用壓塔繩替代。索塔后側及上下游分別設置后纜風索和側纜風索。兩岸索鞍的高度差為19 m。纜索系統總體布置見圖1。

3.3.1 吊重的確定

根據最大不可拆分構件重量、混凝土特性對澆筑速度的要求及工期等因素，將一組主索最大吊裝凈重量確定為160 kN，計算中考慮1.2為沖擊系數。

3.3.2 承重主索計算

通過以上計算已經確定了滿載狀態纜索起重機的基本參數，由懸索的拉力增值公式可得承重索竣工狀態的垂度為32 m，矢跨比為1/21。此參數用于竣工狀態下的驗收。

3.3.3 起吊索計算

選用工作線數4的滑輪組，轉輪數為3，導輪數為3，對照《公路設計手冊-拱橋》表9-18可知，滑輪組系數n=3.33，起吊索的最大拉力為64 kN，因此可以選用10 t的卷揚機。

3.3.4 牽引索計算

設吊裝時跑車距索塔最小距離20 m，并考慮初張力、跑車與主索之間的摩擦力以及轉向滑輪的摩擦力。經計算牽引力為110 kN，所以可以選用15 t的卷揚機。

3.3.5 工作索計算

3.3.6 索塔

由索塔、塔頂分配梁、索鞍構成，索塔為廠家定制貝雷片組裝而成，索塔設置4道橫系梁；索塔計算時應考慮主索(工作索)、起吊索、牽引索、壓塔索及側向風纜的初張力的各種可能工況的組合。采用結構分析軟件SAP2000分析計算索塔結構的受力，見圖2。

圖2 索塔計算模型

4 纜索起重機系統吊裝試運行

纜索吊裝系統安裝完成，正式吊裝前，應進行以下幾方面的工作：

(1)復核竣工索垂度，在吊重物要達到的設計工況位置做好標記。

(2)對纜索吊裝系統進行全面系統的檢查并進行試吊，以檢驗吊重能力及系統工作狀態。纜索系統的試吊包括吊重的確定及重物的選擇、系統觀測、試驗數收集整理。

(3)根據有關技術規范規定和本橋的實際情況，試吊重量以0.8 G、1.0 G、1.2 G(G為吊裝最大重量16 t)三種重量進行試吊。試吊應包括空載試吊、靜載試吊、動載試吊。

5 結論及建議

纜索起重機為非定型產品，是施工單位自行建造的特種設備，設計施工的專業性強，備案手續多，運行中日常檢查工作量大。

本橋橋墩采用變截面空心薄壁墩，且群樁基礎相對于橋軸線分散較遠，應用纜索起重機進行鋼筋籠吊裝入孔及模板提升時，操作精度不易控制，往往需要多次嘗試才可滿足要求。但本套系統因功率較高，無法采用備用電源，因此受國家電力網絡的穩定性影響較大。