自顶升高索塔异型跨径缆索吊系统设计与施工

2012-08-21高辉

山西建筑 2012年32期

高辉

(中交集团第二公路工程局有限公司，陕西西安 710065)

1 工程概况

某斜拉桥桥长180 m，跨径布置为62.5 m+55 m+62.5 m，分左右幅，单幅桥宽21 m，中央镂空分隔带宽12 m，主塔为大直径圆环钢塔。主塔横桥向呈“人”字形，在近主梁顶面处分为左、右幅塔，顺桥向呈圆环形，圆环外径为83 m，内径为77 m，塔顶距桥面高度为86.07 m，“人”字形以上环形塔身截面高6 m，宽5 m，“人”字形以下环形塔身截面高3 m，宽5 m，在近桥面处分离出塔脚，塔顶至塔脚高度为100 m。

2 缆索吊系统设计与施工

受施工现场既有运煤铁路、输油管线及其他条件限制，缆索吊跨径组合设计为255 m(边跨)+120 m(中跨)+255 m(边跨)，设左右幅两组起吊系统，单索道起重能力65 t，双索道抬吊130 t，每组工作索道吊装重量5 t。缆索吊系统包括缆索体系、锚固体系和塔柱体系等。塔柱采用液压自升、自卸结构模式，塔柱高约128 m，塔柱基础位于12 m宽中央分隔带内，采用桩基础+混凝土承台结构，主索锚碇、缆风索锚碇均采用重力式混凝土浆砌片石组合结构，主索及跑车采用塔柱顶部施工平台进行安装。

2.1 缆索体系设计

缆索体系包括主索、起重索、牵引索、跑车系统、吊具等。

1)主索。主索采用12根φ54钢丝绳，设计为2组，单组6根φ54钢丝绳。主索通过索鞍的滑轮组和锚碇系统前的转轮形成往复系统，最终通过转轮和U形卡锚固在锚碇上。2)起重索。起重索采用2根φ36钢丝绳，起重索布置与主索相同，均采用两组，每组一根，每组布置一组跑车及一组起重滑轮组，滑轮组拟定为走8线。3)牵引索。牵引索采用两组，滑轮组走3线，牵引索拉动跑车时，牵引索的拉力大小与跑车所持的位置有关，距离主塔越近，牵引力越大，牵引索越不利，选定最不利吊点为距离缆索吊索塔轴线11.8 m处。4)跑车系统。跑车系统由主索索轮、牵引索轮、起重索轮及吊点下挂架组成。主索索轮由12-Φ800 mm滑轮组成;牵引索轮由4-Φ640 mm滑轮组成;起重索轮由5-Φ640滑轮组成;天车下吊点由4-Φ640组成;滑轮间通过轴承及连接板组合成整体。5)吊具。吊具由三脚架、横向分配梁1及横向分配梁2组成。三脚架斜撑采用[]32a型钢组焊而成，纵向水平杆采用][36a型钢组焊结构，横向分配梁1、横向扁担梁、横向分配梁2均采用HN700×300型钢组焊结构。随着钢塔节段吊点位置变动，先根据节段重心点位置，再结合吊带节段长度，确定钢塔节段上吊耳位置，保证节段定位准确。6)设计计算。计算结果汇总见表1。

2.2 锚固体系设计

锚固体系包括索塔塔柱基础、主索锚碇基础及缆风索地锚基础等。

1)索塔塔柱基础共4个，采用桩基础+混凝土承台结构。每个承台下设4根φ1.2 m C35的钻孔灌注桩，单根桩长14.0 m。

2)主索锚碇基础采用重力式锚碇。锚碇为纵桥向10.0 m、横桥向12.0 m、高5.5 m的长方体，下部2.0 m采用 C25混凝土，上部3.5 m采用花岗岩浆砌片石;其中一个锚碇布设6个转向轮，另外一个设置8个转向轮，每个转向轮通过钢板带与锚碇C25承台部分预埋件连成整体。

3)缆风索地锚基础采用重力式地锚结构。后斜缆风索地锚锚碇共4个，后正缆风索地锚锚碇共2个，前斜缆风索地锚锚碇共2个。地锚结构下部为C25混凝土底座，上部为浆砌片石结构，均采用明挖施工。

表1 缆索体系计算结果汇总表

2.3 塔柱体系设计

设左右侧两个塔柱，每个塔柱由两根立柱组成，立柱底标高均为201.5 m。立柱采用液压自升、自卸结构模式，主要由加强节立柱、标准节立柱、十字总成梁、过渡节立柱及抱箍平联组成。立柱顶部采用H428型钢组拼钢架用于安放塔顶索鞍吊轮，设置抗风缆基座。

1)立柱节段。立柱节段采用1 200 tm塔吊标准节/加强节，轮廓尺寸为4.26 m(长) ×4.26 m(宽) ×5.7 m(高)，标准节立柱壁厚20 mm，加强节壁厚26 mm，平联及斜撑分别为φ80×10 mm和φ100×10 mm钢管。每根立柱底部第1节～第3节及顶节采用加强节，其余节段均采用标准节，采用上置式顶升模式整体同步顶升。

2)过渡节立柱。立柱顶节与缆索吊索鞍支架之间设置一过渡节，轮廓尺寸为2.8 m(长) ×2.8 m(宽) ×5.8 m(高)。

3)平联抱箍。每个塔柱共设置4层横桥向平联，下三层平联安装在立柱标准节上，最上层平联安装在过渡节上。第一层标高为238.780 m，第二层标高为267.250 m，第三层标高为295.720 m，第四层为过渡节平联，顶升前安装完成。其中第二层，第三层抱箍平联上设置缆风索锚固座，需要安放缆风锚固立柱。

4)顶升系统。每根立柱上布置一套顶升系统，由2个顶升油缸、油缸泵站、控制计算机、提升套架、行程传感器等结构组成。其中提升套架外形尺寸为5.238 m(长)×4.778 m(宽)×13.55 m(高)。每个塔柱的两根立柱轴心间距为8 m，两根立柱须同步顶升，要求4个顶升油缸同步工作，同步控制精度要求较高。

5)立柱顶索鞍支架横梁。立柱顶横梁系统中横梁及纵梁为H428型钢，剪刀撑为2[20，剪刀撑与总横梁通过节点板连接。索鞍支架横梁构造见图1。

图1 立柱顶横梁和索鞍系统图

6)安装平台。缆索吊索鞍跑车安装平台采用钢管+型钢组合结构。平台立柱采用φ273×3.5 mm钢管，横梁及纵梁采用HW300×300型钢组合。

立柱标准节提升采用安装平台从中跨侧提升，平联分成前后两片分别提升。安装平台构造见图2。

图2 安装平台立面图

3 设计要点、疑难及解决方案

1)与传统缆索吊中跨大、边跨小的布置不同，该缆索吊跨径属于异型跨径，这将造成空载时中跨主索张力小于边跨主索张力，主索向边跨滑动;吊重时中跨主索张力增大，主索将向中跨滑动。由于安装平衡状态和吊重平衡状态是两种受力工况完全不同的状态，主索受力计算工况复杂，影响因素众多，例如塔柱偏位、温度级差、实际风荷载、钢绳实际弹性模量偏差等，这些因素都会影响主索安装精度及塔柱受力安全。解决方案:根据两种状态下平衡条件，建立平衡方程，再根据实际塔偏位、温度级差和实际风荷载值进行拟合微调，可保证主索垂度满足受力要求。2)塔柱立柱采用塔吊标准节、加强节，空间框架结构受力较复杂，加之主索受力工况复杂，这样给塔柱受力计算带来较大难度。解决方案:根据缆索吊系统各工况下不同荷载类型施加实际作用力，利用Midas/civil软件进行塔柱杆系单元结构模拟计算，确保塔柱结构受力安全。3)传统缆索吊设计中，缆风索计算主要考虑体系抗风受力，主索、起重索及牵引索对塔柱产生的不平衡力非常小;该缆索吊设计在空载和吊重状态下主索、起重索及牵引索对塔柱均产生较大偏载力，缆风索除了用于抗风设计还应抵抗塔顶不平衡力，整个缆风系统计算较复杂。解决方案:原设计思路通过后正缆风索平衡索塔偏载力，因张拉设备吨位限制，后正缆风钢绞线利用25 t千斤顶逐根张拉，未能使整束钢绞线同步受力，致使部分钢绞线受力滑脱。最终通过在索塔顶与主索锚碇间增设4根φ36钢丝绳备索解决了偏载受力问题。4)缆风索采用普通预应力钢绞线，千斤顶同步张拉控制难度较大，若同步性控制不好、张拉力不均衡或夹片锚固不牢固都将造成安全隐患。施工过程中出现数根缆风索钢绞线滑脱的现象，原因有两点:1)张拉行程过长，工作夹片齿槽磨损较大。2)锚固时部分工作夹片未压平，影响锚固性能。解决方案:为了防止缆风索钢绞线滑脱，在钢绞线张拉端设置防脱装置，同时对缆风锚碇上的波纹管孔道进行压浆处理。