阳宝山特大桥缆索吊设计与施工关键技术研究

杨博 郭瑞 施昊

中交二公局第二工程有限公司

摘 要：阳宝山大桥缆索吊机设计起吊荷载270 t,采用双塔三跨方案，跨径组成为160 m+650 m+200 m。通过方案比选，缆索吊起吊系统采用“两点吊”结构，承重索锚固系统采用预埋钢板带“一拖二”锚固形式，保证了结构受力安全，节约了施工成本。综合考虑矢跨比、吊装高度及安全净空要求，确定了主塔横梁上塔架的高度，保证了吊装梁段从已安装梁段上方顺利通过。同时对缆索系统架设工艺进行了介绍，为类似工程施工提供借鉴。

关键词：270 t缆索吊;吊机设计方案;两点吊;架设工艺;

1 工程概况

阳宝山特大桥横跨独木河大峡谷，桥跨布置为5×40 m+650 m+2×(3×40 m),主桥采用650 m单跨钢桁梁悬索桥，引桥为预应力混凝土连续T梁，其桥型布置如图1所示。

主桥加劲主梁采用板桁结合结构，桁架梁宽36 m, 桁高5.5 m。全桥设有57个吊装节段，标准节段长11.6 m, 梁重220 t; 端部梁段最大梁重230 t。加劲主梁均采用缆索吊从一岸侧进行起吊安装。

2 缆索吊方案比选

阳宝山特大桥缆索吊设计初期，考虑了两种起吊系统吊装方式及两种主索锚固形式。起吊系统两种吊装方式分别为采用四点吊及两点吊，四点吊方式即上、下游各设置两套独立的跑车系统、上下挂架吊装系统；两点吊方式即缆索吊上、下游各设置一套独立的跑车系统及上下挂架系统，为满足吊装受力要求，单套跑车系统由两组跑车通过上挂架连为整体。两种锚固系统分别为采用预应力钢绞线锚固和预埋钢板带锚固。从结构特点、结构受力性能、设备及材料用量、施工安全风险或施工工艺、经济性等几个方面进行了比选，见表1、表2。

图1 阳宝山特大桥结构布置

表1 缆索吊起吊系统吊装方式对比

通过上述综合分析对比，考虑结构安全、施工方便性及经济性，阳宝山特大桥缆索吊起吊系统采用两点吊装方式，承重索采用预埋钢板带锚固。

3 缆索吊设计3.1缆索吊总体布置

阳宝山特大桥缆索吊系统由锚固系统、索鞍、起重装置、绳索系统(承重索系统、起重索系统、牵引索系统)、数控及监控系统组成。缆索吊系统选用双塔三跨方案：跨径组合为160 m+650 m+200 m, 上、下游两组承重索的中心间距为18 m; 鞍座设置在主塔上横梁塔架上，锚固系统设置在两岸锚碇散索鞍支墩基础上，两组索以桥梁中心线对称布置。

缆索吊设计起吊荷载270 t, 包括最大吊重梁段重230 t及旋转吊具重量40 t。最大吊重在跨中时，跨中最大垂度为44.8 m, 垂跨比1/14.5。总体布置图如图2所示。

表2 缆索吊锚固形式对比

图2 缆索吊总体布置

3.2缆索吊主要构件结构(1)承重索走线。

缆索吊承重索采用?60 mm钢丝绳(6×36WS+IWR),共24根(单套12根)。承重索走线布置图如图3所示。

(2)起重系统。

起重索采用1?42 mm钢丝绳(6×36WS+IWR),走“10”线布置，全桥共布设两套缆索吊机，左右幅各一套。起重索走线方式如图4所示。

起重装置由跑车、上挂架、下挂架等3部分组成。单幅缆索吊跑车系统由2个跑车、2个牵引滑车组成，并通过上挂架连接装置组装成一体，共同参与结构受力。全桥共需2套起重装置，2台30 t起重卷扬机均布置在贵阳侧。起重装置整体布置如图5所示。

图3 承重索走线布置

图4 起重索走线布置

图5 起重装置整体布置

(3)牵引系统。

缆索吊左、右幅各设1套牵引系统，牵引索采用2?42 mm钢丝绳(6×36WS+IWR),走“4”线布置，牵引索走线方式如图6所示。在两岸各布置2台30 t牵引卷扬机。

图6 牵引索走线布置

(4)缆索吊索鞍。

缆索吊索鞍采用钢管支架安装在索塔上横梁顶，索鞍由支架、底部垫梁、连接横梁、耳板、销轴、承重索轮及起重牵引过轮等构件组成。本项目钢桁加劲主梁采用缆索吊从一岸进行起吊安装。为保证吊装梁段能从已安装梁段上方运输通过，在主塔横梁上设置塔架，塔架高度需考虑缆索吊矢跨比、索鞍高度、加劲主梁吊装高度及安装梁段上方通过的安全距离，阳宝山大桥缆索吊塔架高度设置为6 m。缆索吊在运行过程中，承重索在中、边跨的水平分力也会随着不断变化，中、边跨承重索的水平力差会对索塔产生较大的水平推力，对索塔受力不利。因此，在索鞍顶部设置滑轮组，使承重索可在其中自由滑动，从而起到平衡中、边跨承重索水平张力的作用。缆索吊索鞍结构如图7所示。

图7 缆索吊塔顶索鞍结构布置

(5)承重索锚固系统。

缆索吊承重索、牵引索、起重索锚固点布置在散索鞍支墩基础上，在浇筑混凝土时预埋锚固钢板带。钢板带采用厚度为40 mm钢板，同排钢板带采用型钢连为整体。单幅承重索钢板带前后交错布置2排，每排设置3组，以节约锚固空间及减小承重绳边跨偏角，保证塔架及主索受力安全。为减少锚固钢板数量，同时保证承重绳锚固性能安全可靠，承重索采用 “一拖二”锚固形式，即三角锚固钢板+两组锚固轮结构，具体结构为：三角板前端设置2个独立锚固轮分别锚固承重索，尾端通过销轴与锚固预埋钢板组件连接，如图8所示。

图8 承重索锚固布置

4 缆索吊施工4.1承重索及跑车安装

承重索采用临时单线往复牵引系统安装。单套临时牵引系统由2台卷扬机、牵引钢丝绳及设置塔架索鞍外侧的竖向导向轮组成，左右幅各设置1套。卷扬机利用缆索吊牵引卷扬机，待牵引索最终牵引到位后，置换出临时牵引绳。放索场设置在地形条件较好的贵阳岸侧，主索牵引由贵阳岸侧向黄平岸侧方向牵引。为避免主索牵引过程中出现交叉干扰现象，承重索牵引由靠近桥梁中心侧向外侧依次逐根架设，施工顺序为(12)→(11)→⑩→⑨→⑧→⑦→⑥→⑤→④→③→②→①,如图9所示。

图9 承重索架设顺序

主索安装完成后，采用用滑车组配合卷扬机进行垂度调整，保证主索实际垂度与设计垂度吻合，在同一个横断面使一组承重索基本在一个水平面。

4.2牵引索安装

两岸侧各设置2根牵引索，黄平岸侧牵引索由黄平岸向贵阳岸侧牵引，贵阳岸侧牵引索由贵阳岸侧向黄平岸侧牵引。以黄平岸侧牵引索架安装为例，介绍牵引索施工工艺。

采用临时牵引系统，将牵引索一端绳头从黄平岸侧向贵阳岸侧方向牵引。到达黄平岸侧塔顶后，利用塔吊+人工辅助牵引索穿过塔顶塔架牵引索转向轮，导向后再次将绳头与临时牵引系统连接。解除黄平岸侧边跨临时固定，留够足够的绳头，确保绳头能够穿过跑车牵引轮，继续牵引至贵阳岸侧跑车位置。人工辅助牵引索穿过跑车牵引轮进行导向，牵引回黄平岸侧塔顶。穿过塔顶塔架牵引索转向轮至锚碇支墩基础转向后，采用同样的方式将牵引钢丝绳穿过黄平岸侧塔架导向轮和贵阳岸侧跑车，再返回穿过黄平岸侧塔架导向轮，最终牵引在黄平岸侧锚碇处。牵引索一端锚固于预埋钢板带，另一端绳头进入缆索吊牵引卷扬机。如图10所示。

4.3起重索安装

起重索安装工艺流程为：塔吊运输下吊点→下吊点临时就位在跑车的下方→下吊点固定→将起重索的一端穿过黄平岸侧塔顶塔架的转向轮→向前穿过上吊点的滑轮→向下穿过下吊点的滑轮→共上、下穿绕10次→绳头从上吊点穿出至贵阳岸侧塔顶塔架的转向轮→向前进入起重卷扬机→另一端捆绑黄平岸侧锚碇支墩基础锚固钢板带→提升下吊点→解除上、下吊点之间的连接绳。

图10 牵引索安装示意

4.4缆索吊试吊

缆索吊安装完成后进行性能试验，包括空载试验、1.25倍额定荷载静载荷试验和1.1倍额定荷载动载荷试验。空载试验验证缆索系统的联动性，以保证各系统运行顺畅。动载试验利用施工现有钢筋逐级加载进行全工况运行，加载程序按级进行，即设计额定荷载的50%、80%、110%、125%,每级荷载需完成全高度的垂直运输和全跨度的水平运输并在跨中停留，测量承重索的垂度。静载试验中，起吊及离地面10 cm时，各停留10 min验证缆索系统的安全性。

5 结语

阳宝山大桥缆索吊设计起吊吨位大，且加劲主梁均从一岸侧起吊。通过方案比选，采用两点吊结构，“一拖二”承重索锚固形式，选择合适的矢跨并在索塔横梁上增设塔架等措施，优化了缆索吊设计方案，节约了施工成本，保证了结构安全。缆索吊的顺利实施，保证了阳宝山特大桥从一岸侧高效、安全地完成钢桁加劲主梁安装任务，同时也为后续类似工程提供了参考。

参考文献

[1] 胡家玲.吴江三桥大跨度缆索吊机安装施工[J].铁道标准设计，2007,(3):46-47.

[2] 秦大燕.合江长江一桥缆索吊机设计[J].公路，2013,(3):62-65.

[3] 徐建中.萝布溪大桥缆索起重机设计[J].铁道标准设计，2006,(2):58-60.

[4] 曲江峰，涂满明.福建宁德天池大桥120 t缆索吊机设计 [J].世界桥梁，2008,(1):41-43.

[5] 张质文，虞和谦，等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[6] 陈伟，李明.桥梁施工临时结构设计[M].北京：中国铁道出版社，2002.

[7] 余常俊，沈柏安.跨峡谷的缆索吊设计与施工[J].公路交通科技，2007,(4).

[8] 周超舟.大吨位重力缆索吊装系统设计研究[D].上海：同济大学，2006.

[9] 李屏.缆索起重机的关键技术研究[D].成都：西南交通大学，2006.

来源：交通科技