平南三桥缆索吊装系统试吊方案设计与实施

王彬鹏 罗小斌

广西路桥工程集团有限公司

摘 要：以平南三桥缆索吊装系统(跨径布置509 m+601 m+512 m)为工程背景，从试吊配重方式的选择、试吊流程、试吊检测项目的检测方法等3个方面详细介绍了设计吊重220 t的试吊方案，并对实施后获得的试吊数据进行分析，得出试吊结论。另外，在试吊过程中对塔架智能纠偏技术的使用情况进行试验检测，得出了塔架偏位主动控制系统的作用效果和正确使用方法。

关键词：平南三桥;缆索吊装系统;试吊;设计;数据分析;智能纠偏;

缆索吊装系统作为一种施工简便、起吊承重大、技术先进的吊装技术被广泛应用于桥梁建设之中[1]。现有的拱桥拱肋和桥面梁多采用缆索吊装系统进行起吊安装，如主跨为530 m钢管混凝土拱桥的四川合江长江一桥[2]、主跨为450 m钢箱提篮拱桥的宁波明州大桥[3]、主跨为300 m钢箱拱桥的南宁大桥[4]等。另外，缆索吊装系统在悬索桥、斜拉桥的桥面梁安装上也有很好的应用，如主跨为628 m悬索桥的普立特大桥[5]、主跨为800 m斜拉桥的鸭池河特大桥[6]等。缆索吊装系统吊装的拱肋和桥面梁重量多为百吨级别，除了在设计上应计算准确外，在正式吊装前还需通过试吊，确认缆索吊装系统的运行状况及吊装能力。本文以跨径为575 m中承式CFST拱桥的平南三桥为工程背景，介绍平南三桥缆索吊装系统试吊方案，并对试吊的数据进行分析。

1 工程概况

平南三桥位于广西贵港市平南县西江大桥上游6 km处，是广西荔浦玉林高速公路平南北互通连接线跨越浔江的一座特大型桥梁。平南三桥主桥为主跨575 m中承式钢管混凝土拱桥，矢跨比为1/4,拱轴系数为1.50,其拱肋和桥面梁采用缆索吊装系统进行安装，最大吊重为215 t。缆索吊装系统跨径布置如图1所示，为509 m+601 m+512 m, 采用双主索道设计，单组主索道由8根?50 mm密封钢丝绳组成，每条钢丝绳破断拉力总和为2 366 kN,设计吊重为2×110 t, 设计垂度为L/14。为控制吊装过程中塔架偏位，平南三桥应用智能纠偏技术，利用北斗测量系统实时监测塔顶偏位，在主地锚缆风索张拉端上安装智能千斤顶，智能千斤顶适时主动调力，实现对塔架偏位的智能控制，减小塔架偏位。

拱肋、格子梁的安装是保障平南三桥整个工程顺利完成的关键工序，缆索吊装系统安全是重中之重。为了更好地检验缆索吊装系统的安全性，应对验收后的缆索吊装系统进行试吊。试吊的目的主要有以下几个方面。

(1)检测吊装过程中塔架偏位控制情况和塔架智能纠偏技术的应用效果。

图1 缆索吊装系统布置示意

(2)检测吊装过程中跨中最大垂度是否与理论计算垂度相符。

(3)检测吊装过程中地锚位移量和安全稳定情况。

(4)检测吊装过程中拱座沉降量和安全稳定情况。

2 试吊方案设计与实施

以缆索吊装系统设计吊重2×110 t为试吊基准重量，吊具采用200 t吊具(2组吊具),每组吊点设计吊重110 t。试吊按空载试验、动载试验、跨中静载试验进行检验。动载试验荷载为110%G(G=220 t,下同),跨中静载试验为125%G。因吊重大，为安全起见，动载试验荷载分55%G、82%G、110%G三级进行。试吊时主索鞍位于塔顶左侧(上游侧)。

2.1配重方式确定

最大配重荷载为125%G=275 t,需选择密度大且数量多的物体作为配重。配重物的选择通常有钢绞线、混凝土块、钢筋、拱肋节段这几类，六律邕江特大桥采用钢绞线加载，南宁大桥采用钢筋与桁架平台组合的形式加载[4],藏木雅鲁藏布江特大桥采用拱肋节段作为主要配重[7],巫山长江大桥采用钢筋配重[8]。经过安全性、经济性、可靠性、时间性的对比分析，最终确定以钢筋作为主要配重，加上少部分钢绞线，完成275 t的配重。钢筋采用成捆12 m长的?28 mm钢筋，每30 t左右堆成一捆，采用钢丝绳进行绑扎，单组吊点配置4大捆约120 t,两组共240 t。钢绞线12捆，每捆约2.9 t,共34.8 t,用船运至跨中，用于静载试验。配重125%G的示意图如图2所示。

钢筋起吊过程中，应尽量使钢筋所受弯矩最小，因此需计算得出两钢筋钢绞线接触点的距离。接触点相当于铰接，受力图如图3所示，弯矩图如图4所示。当M+max=|M–max|时，钢筋所受最大弯矩最小。

图2 单组吊点配重示意

图3 钢筋受力示意

图4 钢筋弯矩示意

支撑点间距计算如式(1):

qL2×a2?qL28=|?q2(L?a2)2|?????????(1)qL2×a2-qL28=|-q2(L-a2)2|?????????(1)

计算得出a=0.586 L=0.586×12 m=7.032 m, 故钢筋挂点距端头2.5 m, 如图5所示。

图5 钢筋挂点位置示意

2.2试验方案2.2.1设备调试及空载试验

缆索吊装系统塔架、地锚、缆风索和卷扬机等构件安装完成并经检查合格后，即可进行跑车、卷扬机等设备的调试和空载试验，步骤如下。

(1)检测卷扬机运转、制动、急停情况。

运转、制动检测：在南岸操作台选择主控权限，在单动工况、两岸联动单动工况、两岸联动联动工况下测试每台卷扬机的运转方向、制动情况，北岸控制台采取同样的方式测试。

急停检测：运转、制动检测合格后，进行急停检测，在两岸联动联动工况，分别按下所有急停按钮，检查所有急停按钮是否有效。

(2)空载运行调试。

检查操作人员实际操作、口令传达联系的情况，检查支索器的功能是否满足设计、使用要求。空载运行调试流程为：

①开动起重卷扬机，将吊钩起升至地面30 m以上；

②开动牵引卷扬机，将跑车在中跨范围以内来回牵引运动。

2.2.2荷载试验

缆索吊装系统中各设备调试正常、空载运行正常后，可进入负载运行试验。55%G、82%G、110%G动载试验各进行一个完整的工作循环。一个工作循环为：从地面起升试验荷载至起升高度后，小车在工作范围内横移，然后回到荷载起升前的状态[9]。在进行110%G动载试验时，在跨中进行125%G静载试验。55%G和82%G动载试验流程如图6所示；110%G动载试验和125%G静载试验流程如图7所示。

图6 55%G和82%G动载试验流程示意

图7 110%G动载试验和125%G静载试验流程示意

检测塔架偏位主动控制系统时，在不同工况下开启塔架偏位主动控制系统，通过塔架偏位情况检测塔架智能纠偏技术实际应用效果。塔架偏位主动控制系统开启工况见表1。

表1 塔架偏位主动控制系统启动情况

2.3检测方法(1)塔架偏移监测。

塔架标准节段共24层，于塔架第12层顶和塔顶处安装棱镜，棱镜布置示意图如图8所示。使用全站仪观测塔架偏位。

图8 塔架棱镜布置示意

(2)主索垂度监测。

上、下游主跑车上各布置1个反光棱镜，如图9所示。利用测量机器人监测试吊过程中主索的垂度。

(3)主地锚位移监测。

于每岸主地锚背包上、下游处搭设钢管架，提前安装千分表并调零，如图10所示，便于观测主地锚位移。

图9 主跑车上棱镜布置示意

图10 主地锚百分表安装示意

(4)塔架基础沉降监测。

在塔架基础(拱座)对角点布置沉降观测点，如图11所示，通过水准仪进行观测。

图11 塔架基础观测点布置示意

3 试吊数据分析3.1塔架偏位数据分析

在两岸塔架第12层顶和塔顶处安装棱镜。塔顶自左向右布置监测点，依次为监测点A、B、C;塔架中间自左向右布置监测点，依次为监测点D、E。试吊时，主索鞍位于塔顶左侧(上游侧),靠近监测点A,以监测点A的偏位数据进行分析。规定塔架偏移量偏往边跨为“+”,偏往中跨为“-”。

南岸塔架偏位情况如图12所示；北岸塔架偏位情况如图13所示。塔顶的最大偏位均满足规范要求不大于塔高(200 m)的1/400的要求。但是，根据以往的工程记录，采用吊扣合一式塔架，在起吊拱肋过程中，塔顶位移达到20 cm以上时，将对拱肋线形产生较大影响[10],在施工过程中需尽可能控制塔架偏位。根据塔架偏位主动控制系统开启工况以及南北岸塔架的偏位情况，可得出以下结论：一是塔架偏位主动控制系统可实现塔架纠偏，纠偏仅能纠正塔架向中跨方向的偏位，无法纠正塔架向边跨方向的偏移；二是塔架偏位主动控制系统开启时机对纠偏效果影响很大，起吊前开启的纠偏效果显著，起吊后再开启的纠偏效果小；三是吊点靠近塔架时，塔架向边跨偏移，越靠近塔架偏移量越大，吊点在跨中区域时，塔架向中跨偏移，越靠近跨中偏移量越大；四是纠偏系统对塔架向中跨偏移的纠偏效果好，在进行110%G动载试验中，在起吊前开启的纠偏系统，塔架向中跨偏移量最大为85 mm, 在进行82%G动载试验中，未开启纠偏系统，塔架向中跨偏移量最大为290 mm。

图12 南岸塔架偏位

3.2主索垂度数据分析

试吊过程中利用测量机器人监测主索垂度，对吊点在跨中时的数据进行分析，结果见表2。试验时，55%G、82%G、110%G动载试验时间跨度均是上午由北岸牵引至南岸，下午由南岸牵引至北岸。受气温及太阳照射影响，下午主索温度比上午高。在相同工况下，上午(实测A)与下午(实测B)的实测垂度不同，最大差值是在82%G动载试验时，为0.52 m。在各工况下，跨中实测垂度与理论计算垂度的差值最大为-0.977 m, 在可控范围内，满足设计要求。

图13 北岸塔架偏位

表2 主索