中承式鋼箱拱橋纜索吊裝關鍵施工技術研究

陳列勇，陳玉相，閆小軍，張 紅，王成磊，王 濤

（中國中鐵七局集團第三工程有限公司，陜西 西安 710032）

0 引言

拱橋是一種歷史悠久的橋型，具有眾多優勢，成為不斷發展的橋梁形式［1］，而纜索吊裝施工技術作為一種施工方便、起吊重量大，技術先進的吊裝技術被廣泛應用于拱橋建設之中［2，3］。目前，大跨度拱橋一般采用纜索吊裝、斜拉扣掛的方法進行施工［4］，施工難度大，且在施工過程中橋梁存在多次體系轉換，其受力結構和受力狀態不斷發生變化［5］。通過多次專家論證，不斷優化設計方案，總結出了一套完整的鋼拱橋纜索吊裝施工技術［6］。拱橋的斜拉扣掛纜索吊裝施工中纜扣一體化已成為發展趨勢［7］，因此，有必要對纜索吊裝的關鍵施工技術進行研究，確保拱肋節段的安全吊裝和線形控制滿足施工要求。

1 工程背景

1.1 項目概況

新灘溪特大橋中心里程 K48+465，位于云南省昭通市綏江縣新灘溪道路修復工程，跨越向家壩水電站庫區新灘溪淹沒區，是此段路線的重要控制性工程。新灘溪特大橋橋跨布置為 1～170 m 中承式鋼箱拱橋，橋面系采用格構式組合梁，橋梁全長 179.3 m（伸縮縫中心距，不含橋臺），橋面寬為 10 m。

新灘溪大橋采用的無支架纜索吊系統為單索塔不對稱式布置，即只在水富岸橋臺處設置索塔，綏江岸直接錨固在隧道洞頂上方的山體上。整個纜索吊主索設計跨徑為 120 m+260 m，全橋共設計兩組承重索，兩組工作索。每組主索分別由 3 根φ56 mm（6×37+1）鋼絲繩組成，布置拱肋正上方，每組纜索上設計 2 個吊點，吊點間距 6 m，兩組主索橫向間距 12.6 m，吊重最大 29.5 t；工作索布置在兩拱肋上方靠內側位置，保證工作吊籃能夠上下起吊，工作索由 1 根φ56 mm（6×37+1）鋼絲繩組成，單點起吊，吊重最大 5 t。纜索在施工中的最大荷載垂度設計為 18.7 m，垂跨比為 1/14。水富岸索塔采用扣索一體塔，扣塔和索塔鉸接，塔高 61.8 m，索塔位于水富岸橋臺拱座基礎上。綏江岸的主索錨碇位置標高與水富岸索塔頂設置在同一高度。整個纜索吊系統立面布置如圖1 所示。

1.2 建設條件

橋址區屬河流侵蝕堆積地貌，地勢起伏較大，上覆第四系覆蓋層厚度變化大，下伏巖體為灰巖、泥質粉砂巖，受地質構造影響，風化差異明顯、巖體破碎，巖層軟硬不均，次厚度分布不穩定，綜合判定屬不均勻地基。路線區地震基本烈度值為Ⅶ度、地震動峰值加速度值為 0.15g，分組為第二組，地震動反應譜特征周期為0.40 s。橋位區地表覆蓋層第四系沖洪積碎石、塊石層的厚度大，下伏基巖為灰巖、粉砂質泥巖。

1.3 項目難點

新灘溪大橋鋼結構安裝數量大，主拱肋單節段重，安全風險高。新灘溪特大橋橋跨布置為 1～170 m 中承式鋼箱拱橋，橋梁拱圈為鋼結構，兩個拱圈和橫撐共重 1 114.9 t，橋梁跨越新灘溪河流，采用纜索吊安裝橋梁拱圈及主梁，主梁單節段重達 29.5 t，安全風險高。

新灘溪大橋采用大跨度鋼結構跨越新灘溪河流，鋼結構采用纜索吊機及扣掛法施工拱橋，施工難度大，安全風險高，橋梁拱圈安裝精度及線形控制要求高。

2 拱肋吊裝總體施工方案

2.1 拱箱節段加工

根據本橋結構特點，綜合考慮各種施工因素后，加工思路如下，按照設計拱肋分段結構尺寸，在工廠內支架進行下料加工拱箱節段，并對拱箱節段進行噴涂。加工完成后直接在工廠內進行試拼裝，待拱肋尺寸及接口確認無誤后對其再進行編號，加工后的拱箱節段如圖2 所示。

圖2 拱箱加工、吊裝節段圖

鋼結構構件場內加工工序如下，鋼廠內定制鋼板運輸至加工廠→鋼板預處理→零件放樣及下料→零件加工→拼板→單元件制作→分段制作→預拼裝→節段涂裝。

鋼箱拱肋截面積設計 2 m×3 m，最長的 1 號節段 10.5 m，最短 0# 節段的 2.7 m，合龍段長度 4 m。加工時考慮安裝預留拱肋沉降量，拱頂最大預拱度σ=7 cm，拱底預拱度為 0 cm，計入預拱度后的拱軸線為設計懸鏈線。

2.2 拱箱節段運輸

拱箱節段運輸如圖3 所示，K47+420 右側原浮橋橋臺做為碼頭，浮箱做為運輸設施，浮箱長寬為 36 m×18 m。浮箱四周固定氣囊，水位變化時，通過氣囊的變化，升降浮箱。保持浮箱頂面與岸邊高度一致。碼頭地面和浮箱頂面均設置軌道，軌道設置保持寬度和高度上對接。拱箱上船采用軌道平車運出。在岸上用兩臺 30 t 汽車吊將拱箱放上平車，通過軌道運輸上浮箱。浮箱運輸拱箱或格構梁至橋下方。拱肋節段均采用立位吊裝，可以采用側向拉纜風和固定支架等措施穩定拱肋節段。

圖3 拱箱節段運輸

2.3 拱箱節段安裝

鋼箱拱肋節段安裝采用斜拉扣掛、無支架纜索吊裝方法。單組纜索設計額定吊重為 29.5 t。順橋向單幅拱肋共計 23 節段，左右兩幅拱肋對稱布置，中間設 5 道橫撐，共計有 51 個節段均采用纜索吊施工。

如圖4 所示，全橋拱肋吊裝單個拱肋共計 23 個吊裝節段（包含合龍段）。拱肋總體吊裝順序為從拱腳至拱頂，對稱加載。利用 4 套跑車系統單肋單節段吊裝，待左、右幅同一節段安裝就位后，及時連接臨時橫撐形成穩定結構，并采用扣索和纜風進行固定。安裝時左、右幅拱肋同步進行，兩岸對稱安裝，同步到達合龍段。具體安裝方法如下。

圖4 拱肋布置示意圖（單位：m）

1）單個拱肋共計 23 個吊裝節段，中間為合攏段，橫橋向設左右兩肋，全橋兩條拱肋分為 46 個節段。

2）拱肋節段安裝采用兩岸對稱懸拼，共設有 10 個扣段。由于箱型拱較重，因此采用單索道單片吊裝的施工方法，待拱橋兩端拱肋就位后，連接相應風撐，即完成一組拱肋節段的吊裝。

3）拱肋采用纜索吊機兩套主索吊裝系統進行吊裝。吊裝主拱肋時，由二套主索吊裝系統二個吊點抬吊，肋間橫撐由兩側兩個吊點抬吊。

4）兩岸分別自拱座節段開始對稱安裝，吊裝全過程中要全方位實施監控。鋼箱拱肋合攏時，需調整拱肋線型，待標高符合設計要求后，進行各段間接頭的焊接，然后扣索逐級部分松扣，直至完成全部主拱肋節段的吊裝。

3 纜索吊裝施工技術

3.1 拱箱吊裝

拱箱吊裝技術是大跨度拱橋施工最重要的工序［8］，每一節拱箱均從綏江岸橋臺起吊，由纜索吊起重小車提升，緩慢駛向安裝部位，吊裝過程由纜索吊專業人員進行操作。拱箱節段吊裝如圖5 和圖6 所示，保證兩起吊小車起重索及牽引索的同步進行。在靠近水富岸拱腳位置吊裝時，增加輔助牽引索于水富岸邊對拱肋進行拖拉，致使拱肋到達安裝位置。

圖5 第一節段拱箱吊裝示意圖

圖6 中間節段拱箱吊裝示意圖

3.2 拱箱連接

拱箱節段在起重小車的吊運下，移動至節段安裝位置上方，然后緩慢降落至安裝位置，采用導鏈拽拉等措施將拱箱節段與已經安裝好的節段進行對中，并調整拱箱軸線方向，待前后兩節拱箱接頭基本吻合后，通過纜索吊系統將拱箱節段就位，與上一節段拱箱采用法蘭臨時連接，法蘭臨時連接如圖7 所示，先用 40 Cr 棒粗定位，調整標高后采用 M24 高強度螺栓精確定位。拱箱連接處通過改變鋼墊塊厚度及 40Cr 棒與 M24 連接螺栓的緊固間距調整拱軸線線形。待線形調整完畢后，先將拱圈周邊焊接 6～8 道（＞75 % 板厚），不滿焊，然后去除臨時連接，進行周邊滿焊。

圖7 臨時連接法蘭布置示意圖

3.3 拱箱節段扣索的安裝及張拉

通過纜索吊系統將拱箱節段就位，與上節段拱箱采用法蘭臨時連接后。開始安裝扣索和纜風。每一節拱肋在同一個截面兩側設置兩束扣索，扣點布設在拱箱兩側腹板外側。

扣索施工如圖8 所示，每組扣索在橋梁兩端同步張拉和調整索力，并在相應的地方設置操作平臺，張拉好正式扣索后，對拱肋高程按設計線型進行調整，按分級和對稱的原則對正式扣索和臨時扣索進行放松，以標高控制為主，同時兼顧索力。扣索的張拉和放松使用多臺千斤頂，逐步地將力傳給正式扣索，直至松去臨時扣索。

圖8 扣索施工實物照片

3.4 拱箱合攏

檢查拱肋線型，合攏長度是否符合施工要求，在設計規定的合攏溫度下安裝合攏段，實施強迫合龍，拱箱合攏如圖9 所示。

圖9 合龍段拱箱吊裝示意圖

拱肋合攏時的注意事項如下。

1）鋼拱肋的變形受溫度的影響較大，不同施工時間對拱肋的伸縮量有較大影響。因此，拱肋合攏溫度宜控制在 15～20 ℃。

2）拱肋線形滿足設計要求后，在傍晚測量接頭部位拱肋之間的間距，按設計要求進行施焊固定，并按要求擰緊固定螺栓。

3）當合攏溫度不符合設計規定值時，應連續監測合攏段前五天的溫度，取一平均值，報設計單位，設計單位根據氣溫資料重新計算，提出合攏時對接修正值。

4）為保證拱肋能夠順利合攏，在加工拱肋中間節段時，按設計要求設置嵌補段。合攏段就位后，及時在合攏段與相鄰段的空位處搭焊型鋼定位，以免拱肋受溫度影響而產生較大變形錯位，最后進行焊接合攏。

3.5 扣索卸載

根據設計要求，本工程扣掛系統在拱肋合攏后進行松索，完成體系的轉換，使其與設計值相吻合［9］。

松扣程序從跨中最后一組扣索開始，兩岸各組的扣索依次分級放松，扣索拉力分 5 級，每級放 1/5。

各扣索先松一級，暫停 15～20 min 后，測試拱肋的應力、標高、立面及平面位置，經施工各單位確認后，再進行第二級的放松循環。最后放松整個扣索，并拆除扣索。

4 結語

纜索吊裝施工技術因跨越能力強、適應性強、施工方便等眾多優點成為大跨度拱橋最常用的施工方法，但隨著纜索吊裝施工方法的應用仍面臨拱肋拼裝線型要求高、環境復雜等難題。本項目針對目前跨水庫山區鋼拱橋開展了大跨度纜索吊裝的施工技術研究，歸納總結了拱橋拱肋吊裝技術和纜索吊裝施工技術，極大地推動了行業技術水平的進步，為特殊建設條件下大跨徑橋梁方案選擇和設計提供了新的思考方向，為今后建設類似工程提供了參考。Q