新型缆索吊在工程中应用

2014-01-23李维生肖开军刘红波中交二公局第二工程有限公司

黑龙江交通科技 2014年5期

李维生，肖开军，王朝，张铠，刘红波(中交二公局第二工程有限公司)

1 工程概况

四平市紫气大路立交桥工程主线桥第二联为斜拉桥，桥长180m。跨径布置为:62.5+55+62.5m，桥梁分为左右幅桥，单幅桥宽21m，中央镂空分隔带12m。桥梁结构采用变截面预应力混凝土主梁及钢结构圆环主塔造型。主塔横桥向呈“人”字形，在近主梁顶面处分为左、右幅塔，而顺桥向则呈圆环型，主塔圆环直径为83m，塔顶距桥面高为86.07m，“人”字形以上环型塔身截面高为6m、宽5m，“人”字形以下环型塔身截面高为3m、宽5m，并近桥面处分离出塔脚，塔顶至塔脚高度约为100m。钢塔分段49段，安装的最大重量达到151.0t。工程工期相当紧张，设计图纸要求先塔后梁的施工工序，但总体施组工期无法满足，因此采用塔梁同步施工。

2 施工总方案比选

四平市紫气大路斜拉桥大直径圆形钢塔施工可以采用多个方案。方案1采用大型吊车;方案2采用大型吊车+缆索吊;方案3采用门式液压系统。经过仔细研究各方案，方案1主要缺点是钢塔段落划分为69个节段，无法满足工期要求;方案3因为塔梁同步施工及受到铁路影响，设计的塔柱同时也无法避开预应力混凝土箱梁中预应力位置，无法使用;方案2利用两幅箱梁中间位置，同时缆风索跨过箱梁，不影响同步施工，而且钢塔划分段落少，吊装能力强，抗风能力满足要求。最终确定采用方案2。

总体施工顺序先将下部4节段采用250t履带吊安装，其余节段采用缆索吊安装。

3 缆索系统总体布置

在双幅桥梁中间设置2个塔，路基中央分隔带及双幅桥梁中间设置重力式锚碇，缆索吊跨径布置为(255+120+255)m。1个塔设计在3#墩旁边，另外1个塔设计在5#墩附近，塔高128m，宽度12m。该缆索吊设计为2组单独的起吊系统，设计单组最大吊重80t，双组160t吊装能力。

图1 缆索吊总体布置图

4 缆索吊系统组成

4.1 主索

主索每组索道采用6Φ54mm，索体结构由6×37SW+IWR钢芯钢丝绳，强度1960MPa，每条钢丝绳破断拉力总和为2 030kN。设计垂度1/12，主索设计安全系数≥3.5。

4.2 主塔系统

主塔系统包括主塔基础、主塔立柱、缆风索。

4.2.1 主塔基础

缆索吊立柱基础为桩基础+承台形式。每个主塔基础设计为2个6.0m×6.0m×1.5m的C35钢筋混凝土承台，每个承台包括4φ1.2mC35混凝土摩擦桩，单根桩长为14.0m，基桩布置尺寸为4.0m×4.0m。

4.2.2 主塔立柱

(1)主塔立柱构造

立柱设计高度为124.7m，横桥向宽度12m，纵桥向宽度4.0m。主塔由2组立柱组成，横向间距为8m。单组立柱由单节外形轮廓尺寸为4.0m×4.0m×5.7m整体桁架组成，每组立柱设计80t液压顶升系统，立柱顶部设计过渡节段和横梁，立柱顶横梁采用H428型钢与[20焊接成框架，2组立柱采用整体同步顶升。

为了确保横向稳定性，单组2根之间设置立柱平联，共设3层平联。平联为矩形桁架结构，由上下弦杆、腹杆及平联杆构成，上、下弦杆为φ273×10mm钢管，腹杆及平联杆均采用φ102×8mm钢管，桁架平联通过抱箍与立柱相连。

(2)主塔计算

四平市地区正常风速13.8m/s，最大风速达到25.8m/s，全年平均风力达到5级左右，有时可以达到8级。风力对钢塔吊装及缆索吊的安全重要影响。缆索吊塔柱风荷载采用《起重机设计规范》(GB/T 3811-2008)规定的风荷载公式计算:Pw=CKhpA。

缆索吊计算分别从以下几种工况考虑:

工况一:单吊重80t时塔柱偏载受力计算

荷载组合:塔柱自重+吊重+主索、起重索、牵引索及抗风索张力+工作风荷载

工况二:单吊80t吊重时塔柱双边受力计算

荷载组合:塔柱自重+吊重+主索、起重索、牵引索及抗风索张力+工作风荷载

工况三:抬吊160t吊重时塔柱受力计算

荷载组合:塔柱自重+吊重+主索、起重索、牵引索及抗风索张力+工作风荷载

工况四:跑车安装完成时极限风荷载计算

荷载组合:塔柱自重+主索、起重索、牵引索及抗风索张力+极限风荷载

为保证主塔架受力安全，采用MIDAS软件建立空间桁架单元，对塔架的主要受力进行了模拟计算。计算结果表明，均能规范要求。

4.2.3 塔柱的风缆

为了保证缆索吊的安全性，塔柱设置3层斜缆风和1层后正缆风，缆风采用φj15.24mm钢绞线，上部2层斜缆风采用4φj15.24mm钢绞线，下部1层斜缆风和1层后正缆风采用3φj15.24mm钢绞线。缆风绳的拉力计算根据缆索吊4种工况的结果对塔顶位移控制允许偏移范围来确定。

4.3 索鞍系统

索鞍系统由主索鞍、索鞍底座、起重索转向轮、牵引索转向轮组成。索鞍系统用来支撑缆索吊吊装系统的设备。主索鞍采用转轮式，可以减少因主绳调整产生摩擦造成钢丝绳磨损，而且承载力大，重量轻安装采用整体吊装。

4.4 起重系统

起重索采用Φ36mm钢丝绳，钢塔节段采用双吊点起吊，每一吊点使用一条Φ36(6×37+1)钢丝绳，两条起重绳通过跑车系统及塔顶转向轮，通过主地锚转向轮进人20t慢速卷扬机，在起重时卷扬机同时工作，每条起重绳在跑车间走8线穿绕。

4.5 牵引系统

牵引索采用Φ36mm钢丝绳，牵引索分别与两个跑车相连组成单侧一组吊装体系，两条牵引绳均分别经过塔顶索鞍，通过主地锚转向滑车进入两侧18t快速卷扬机，在起重时两侧卷扬机同时工作。

4.6 锚碇系统

主索锚固系统采用重力式锚碇结构，锚碇采用2层，上部为片石结构，下部为C25结构，内部埋设钢板带，主索通过钢板带上的转向轮连成整体，最终在一端通过钢丝绳卡固定。锚碇通过自重、土体正面压力和侧面摩阻力抵抗主索的拉力。主索锚碇立面图见图2。

图2 主索锚碇立面图

缆风索的锚固系统也采用主索锚固系统采用重力式锚碇结构，锚碇采用2层，上部为片石结构，下部为C25结构。缆风索上端通过挤压套预应力单端锚固在塔柱的设计位置，下部穿过预埋在锚碇中波纹管，采用整体锚具张拉锚固在锚碇的设计位置，锚碇锚固图见图3。

图3 缆风索锚碇立面图

重力式锚碇受力计算考虑被动土压力和基底的摩阻力，根据《路桥施工计算手册》设计的安全系数要求:抗倾覆安全系数K1≥1.4;抗滑安全系数K2≥1.4;抗拔安全系数K3≥2。

4.7 工作索系统

工作索是指设计吊装小型构件或者辅助材料的一组缆索系统。由工作索主索、起重索、牵引索、工作索跑车、吊点组成。本桥设2组工作索道，设计起吊能力为8t。每组工作索采用1根Φ36mm钢丝绳为主索，锚固在索鞍两侧的塔架上面。起重索和牵引索采用Φ24mm钢丝绳，起重2台卷扬机和牵引4台卷扬机均为10t，安置在地面上。