淺析橋梁工程纜索系統設計與施工

摘要 橋梁纜索系統作為橋梁構造的核心部分，其設計與施工技術的精湛程度直接關系橋梁的整體安全、穩固性及持久性。文章通過剖析實際工程案例，概括了橋梁纜索系統的基本結構與設計理念，探討了纜索系統在橋梁施工中的核心設計與施工要點，涵蓋設計思路、關鍵結構、錨碇設計與施工等多個方面，旨在為同類橋梁工程建設提供有價值的參考借鑒。

關鍵詞 橋梁工程；纜索系統；纜索設計

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0033-03

0 引言

橋梁工程規模的不斷擴大和復雜性的增加對纜索系統的設計與施工提出了更高要求。該文將從橋梁工程纜索系統的基本構成和設計原則出發，結合施工過程中的關鍵技術要點，探討如何優化纜索系統的設計與施工，以提高橋梁工程的整體質量和安全性。通過實例分析當前存在的問題和挑戰，以期為提高類似橋梁工程纜索系統的設計與施工水平提供有益參考。

1 工程概況

蘇壩特大橋起訖樁號為K15+076.25～K15+911.75，全橋長835.5 m，主橋為370.5 m上承式鋼筋混凝土拱橋，拱肋勁性骨架分為預埋段、第1～9#節段和合龍段，橋面梁為28.5 m預應力簡支小箱梁。主拱肋采用等截面懸鏈線無鉸拱，拱圈采用兩拱肋，拱肋間以橫聯連接，每拱肋為單箱雙室截面，橫向采用的外形為等寬8 m，縱向采用外形為等高5.8 m，標準段頂、底板厚0.4 m，腹板厚0.3 m。大橋主橋橋面縱坡為0.54%，采用整幅設計。橋跨徑組合為（9×28.5）m預應力簡支小箱梁+凈跨徑350 m拱橋（拱上結構跨徑13×28.5）m+（7×28.5）m預應力簡支小箱梁，引橋長456 m。

2 設計思路

（1）主橋采用350 m上承式鋼管混凝土勁性骨架拱橋，主拱采用等截面懸鏈線無鉸拱。拱圈采用兩拱肋，兩拱肋間以橫聯連接，每拱肋為單箱雙室截面，橫向采用等寬8 m，縱向采用外形等高5.8 m矢跨比為1/4.2，拱軸系數為2.1。勁性骨架拱肋采用斜拉扣掛式的無支架纜索吊裝方案進行分節段安裝[1]。

（2）該橋拱上小箱梁采用架橋機對稱安裝，中跨采用水袋進行配重。

（3）結合項目現有材料組織情況及現場實際地形，馬邊岸索塔置于5#墩蓋梁上，昭覺岸索塔置于12#墩蓋梁上；索塔塔高約64.88 m。

（4）拱肋最大節段重量為65.579 t（單幅主索2吊點起吊），小箱梁吊裝重量為91.101 t，以小箱梁最大節段的自重進行纜索吊裝系統設計。

（5）為提高施工效率，在上下游各布置2組工作索，承擔施工時的材料運輸工作，同時肋間橫撐采用內側兩組工作索進行安裝。

（6）橋位設計最大風速為24.5 m/s，工作風按6級風（風速為13 m/s）進行考慮。

（7）為方便組織材料，索塔立柱采用鋼管，柱間連接件采用萬能桿件。

3 纜索吊裝系統參數

纜索吊裝系統的具體設計參數見表1所示：

4 纜索吊裝系統關鍵結構設計與施工

4.1 主索系統

主索系統鋼繩配置情況如表2所示：

主索公稱強度1 960 MPa），纜索系統最大凈吊重為91.101 t（單幅）。主索鋼絲繩分兩組布置，每組6根，兩組索間距為14.5 m；單根主索的最大張力為711.04 kN。在跨中重載工況下，主索最大垂度f=49.227 m，垂跨比f/L=1/11；空索安裝張力為160.37 kN，相應垂度左幅為37.429 m，右幅為37.365 m。

每組主索上布置2個吊點，全橋共4個吊點，每個吊點采用φ26 m（6×37S+FC，公稱抗拉強度為1 870 MPa）鋼繩，單個吊點走10線。主拱節段吊裝采用2個吊點抬吊（正吊），每個吊點用1臺10 t卷揚機進行起吊施工，全橋共布置4臺10 t卷揚機。

每個吊點布置1根牽引索，每根牽引索采用φ36 mm（6×37S+FC，公稱抗拉強度為1 870 MPa）鋼繩，單根牽引索走4線，全橋共設4臺20 t牽引卷揚機[2]。

4.2 工作索系統

主索采用2×1Φ56 mm鋼絲繩（6×37S+FC，公稱強度為1 870 MPa），凈吊重為5 t。每組工作索系統的主索上布置1個吊點。單個吊點起吊繩走2線，單個吊點用1臺5 t卷揚機起吊，共計2臺，起吊繩采用φ20（6×37S+FC，公稱抗拉強度為1 870 MPa）鋼繩。每個吊點布置1根牽引索，走1線，每根牽引索采用φ20（6×37S+FC，公稱抗拉強度為1 870 MPa）鋼繩，牽引索采用循環線布置，單個吊點的最大牽引力約33.307 kN，每個吊點采用1臺5 t卷揚機牽引，共計2臺5 t卷揚機。

4.3 壓塔索

為控制索塔吊裝時主索、起吊索、牽引索產生的不平衡水平力，并控制塔頂偏位，在索塔上設置壓塔索，單幅2組，全橋共4組，布置跨徑為85.5 m+541.5 m+85.5 m。錨碇分別位于2#墩和15#墩，采用1 860 MPa φs15.24鋼絞線，單根配置數量如下：馬邊岸單組壓塔索為12φs15.24；跨中單組塔柱為4φs15.24；昭覺岸單組壓塔索10φs15.24。全橋重量合計20 734.02 kg。

4.4 跑車系統設計

纜索吊左、右幅各設置一套跑車系統，單套跑車系統由2臺行走小車，小車行走輪直徑為400 mm（內徑），縱橋向布置兩排，每排6個，單組主索共24個。單幅主索兩輛跑車之間的間距為13 m。跑車之間采用4根

φ36 mm鋼繩連接。上掛架連接于跑車之上，下掛架通過起吊索與上掛架連接，通過起吊卷揚機收放鋼繩實現構件的升降。在行走小車上連接一個牽引滑車，由鋼板和滑輪組成。牽引滑車與牽引卷揚機之間通過牽引索相連，通過卷揚機收放鋼繩實現小車的行走。考慮起吊走線和起重索垂度的影響，對單個吊點擬配重2 t。

5 纜索吊塔結構設計與施工

根據現場實際情況，選擇在5～6#之間搭設起吊平臺起吊拱肋，將馬邊岸索塔布置于5#墩蓋梁上，將昭覺岸索塔布置于12#墩蓋梁上。索塔與蓋梁鉸接。

索塔塔柱采用φ820 mm鋼管作為主承重結構，鋼管采用Q345B鋼材制作，每半幅塔采用4根鋼管，橫橋向布置2排，間距為4.58 m；順橋向布置2排，間距為4.58 m。鋼管柱均為標準層，標準層鋼管長度為9 m，鋼管間用萬能桿件進行連接，構成格構體系，鋼管立柱接頭采用法蘭盤連接。索塔兩幅塔柱間采用φ325×6 mm鋼管設置橫撐。

兩岸索塔高度均約為64.88 m，共7層。鋼管柱設計壁厚為10 mm，鋼管之間的斜撐采用φ325×6 mm鋼管，分別位于索塔的第4層和第7層處。

鋼管柱之間采用萬能桿件進行連接，主要桿件有N3斜撐桿，斜撐桿的連接板為N29，水平連接桿為N16，水平面斜撐連接桿采用L75×8加工。

各層連接桿件應根據實際受力情況配置萬能桿件數量。兩岸索塔萬能桿件的具體配置情況見表3所示：

索塔塔間橫撐采用φ325×6 mm鋼管制作，橫撐順橋向由兩片桁架組成，桁架高度為4 m，桁架弦桿為φ325×6 mm鋼管，豎腹桿及斜腹桿均為φ180×4 mm鋼管。兩片桁架之間采用φ180×4 mm鋼管進行水平連接，通過相貫線將其焊接為整體。

6 扣索、背索系統

6.1 配置

單幅拱肋共布置5對扣、背索，分別布置于1#、2-2#、3-2#、4-2#、5-2#節段。拱肋上的K1～K3-2扣索錨固于節段兩側的弦桿處，塔頂錨固于9#墩或10#墩的蓋梁錨梁上，背索錨固于7#墩或12#墩承臺；對于節段K4-1～K5-2，單個節段布置兩根扣索，在拱肋上錨固于節段兩側的弦桿處，塔頂錨固于扣塔頂部的錨梁上，而背索則錨固于6#墩或13#墩的承臺上。

扣、背索均采用Φj15.24（Rby=1 860 MPa）鋼絞線。扣、背索塔端采用群錨體系。扣、背索鋼絞線按對應的扣、背索的施工期間最大索力進行控制設計。

6.2 扣塔

扣塔采用鋼管及型鋼焊接成塔狀，高度為17.46 m，單個塔由4根φ630×10 mm鋼管作為立柱，平面中心間距為4.2 m（順橋向）×7 m（橫橋向），柱間采用φ180×4 mm鋼管（橫橋向及水平面）和φ203×6 mm鋼管（順橋向）進行連接。扣索及背索張拉端錨箱在塔頂及蓋梁上，蓋梁布置2個錨墩，而塔頂布置2個錨梁。

7 錨碇設計與施工

7.1 主索錨碇

錨碇由樁基、承臺、錨固鋼帶等三部分組成，全橋共布置4個主索錨碇。單個主索錨碇承臺尺寸為5 m×5 m×2.5 m，承臺頂面布置錨固鋼帶，而單個錨固鋼帶錨固2根或1根主索，錨固鋼帶與主索通過滑輪連接。

7.2 背索錨固

背索錨碇分為錨碇一和錨碇二。錨碇一布置于7#墩和12#墩，由4根樁基、5 m×5 m×2.5 m承臺（12#墩承臺尺寸為5.8 m×5.8 m×2.5 m）、錨固鋼帶等組成；錨碇二布置于6#墩和13#墩，由4根樁基、5.8 m×5.8 m×2.5 m承臺、錨固鋼帶等組成。錨固鋼帶由鋼板焊接而成。

7.3 壓塔索及工作索錨固

馬邊岸壓塔索及工作索錨碇布置于2#墩，由4根樁基、5 m×5 m×2.5 m承臺、3根錨固鋼帶等組成。昭覺岸壓塔索及工作索錨碇布置于15#墩，由4根樁基、5 m×5 m×2.5 m承臺、3個錨固鋼帶等組成。

7.4 卷揚機布置

纜索吊裝系統需要的卷揚機數量規格如表4所示：

8 纜索吊裝系統質量控制要點

（1）后錨預應力錨索體系。

后錨系統為扣掛體系的重要受力系統，在施工過程中應嚴格按照預應力錨索施工要求進行作業，確保錨索張拉力滿足要求。在正式施工前，應施作實驗錨索，以驗證后錨系統是否滿足方案要求。

（2）索塔、扣塔安裝。

索塔和扣塔是承受纜索吊裝系統豎向力的關鍵，同時在施工過程中承受一定的不平衡水平力。蓋梁上的塔預埋件系統，應嚴格按照施工方案加工安裝預埋件。由于混凝土收縮，預埋件與蓋梁混凝土間存在較小的縫隙，縫隙項目采用壓漿料進行注漿，確保塔腳受力穩定。

通過對索塔受力情況進行分析，找出索塔受力薄弱點，采用水平斜桿進行加強固定。索塔在安裝過程中，每節段必須對豎直度進行測量調整，并對塔頂操作平臺的焊縫長度、高度進行檢查驗收。

（3）扣、背索安裝與張拉。

扣、背索采用塔吊或卷揚機進行牽引要錨箱部位，扣掛體系中的扣背索鋼絞線應力低，受環境影響較大，容易出現因低應力蠕動、腐蝕等情況而導致鋼絞線滑絲。因此，錨具應采用低應力錨具以增加錨固力，錨箱應采取包裹密封措施以防止環境腐蝕，從而有效避免滑絲現場。同時，應做好張拉后錨索位置的標記，加強過程中的標記檢查，出現滑移應及時采取補張拉等措施。

（4）索鞍、鋼繩安裝。

鋼繩投入使用前，必須逐盤檢查外觀是否有損傷。鋼繩繩卡數量、緊固方向應按照規范要求，寧多勿少，同時做好繩卡標記，便于檢查滑移。鋼繩安裝完成后應測量垂直度是否與方案一致。

索鞍是鋼繩導向、稱重的傳遞媒介，首先，應確保索鞍安裝方向與鋼繩滑動方向一致，避免在施工過程中出現索塔磨鋼繩情況。其次，在過程巡查中應對索鞍及時進行保養。

嚴格執行施工規范和標準，加強現場管理和監督，及時發現并處理施工中的問題和隱患。對關鍵工序和重點部位進行重點監控和檢測，建立健全的質量管理體系和檔案管理制度，施工質量做到可追溯性和可控制性。

9 結論

該文通過對橋梁工程纜索系統設計與施工的詳細探討，結論如下：（1）纜索系統的設計與施工必須緊密結合橋梁的整體結構和功能需求，才能使纜索的承載能力和穩定性達到最優狀態。（2）設計思路、結構分析和配置數據等關鍵設計環節，對于纜索系統的質量和性能具有至關重要的作用，需要精細控制。隨著科技的進步和工程實踐的不斷積累，纜索系統設計與施工技術將不斷得到優化和創新，以適應更高標準的橋梁建設需求。

參考文獻

[1]黃飛.懸索橋纜索吊裝施工技術要點研究[J].交通世界， 2024（9）：170-172.

[2]羅鵬，田仲初，張祖軍，等.懸澆拱橋中纜索吊裝對結構穩定性影響分析[J/OL].中外公路， 2024-06-10/2024-07-05.

收稿日期：2024-07-05

作者簡介：陳家林（1993—），男，本科，工程師，主要從事高速公路建設隧道橋梁工作。