大宁河特大桥轻型猫道施工设计

刘 彬

（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550001）

0 引言

大宁河特大桥位于长江三峡大宁河风景区（小三峡），为杭（州）兰（州）高速公路重庆巫山至奉节段规模最大的桥梁工程，全长682m。其主桥结构型式为400m跨上承式钢箱桁架拱桥，桁高10m，桥面宽24.5m。

为方便吊扣系统设施的安装及主拱吊装施工期间人员的通行，设置轻型猫道连接两岸施工便道和主拱安装塔架，作为施工通道。

1 猫道设计

1.1 设计原则

猫道线形为在承重索安全系数满足规范要求的情况下，尽量减小垂度，增加通行舒适性；尽量减轻自重、减小受风面积，尽量减小对主桥交界墩的影响。猫道系统自身构造简单，架设调整和拆除方便，节约临时工程的作业时间和费用。

1.2 猫道总体布置

为不干扰主拱构造的安装施工，猫道布置在路线前进方向桥梁左侧，两岸施工便道处设置岩锚锚碇，以便与两岸施工便道衔接（见图1）。为减小猫道承重索对交界墩产生不平衡力的影响，猫道采取三跨连续布置形式。在两岸交界墩墩帽侧面预埋牛腿，设置型钢悬臂支架，布置猫道承重索及扶手索支撑索鞍，索鞍处设置横向通道至交界墩。

猫道面层设计宽度为1.5m，中跨垂度为32m。

1.3 猫道结构设计

1.3.1 承重索和扶手索

承重索和扶手索利用工地现有材料，均采用Φ 32.5（6×37S+PPC）钢丝绳，强度等级为1670MPa。承重索设置3根，扶手索每侧设置1根（见图2、图3、图4）。在交界墩处分别设置承重索和扶手索支撑索鞍，形成三跨连续布置形式（见图5）。

1.3.2 面层及扶手结构

为充分利用现场材料，同时利于施工，横梁和扶手立柱均采用工地现有扣件式脚手架钢管，纵向布置间距为4m。横梁和立柱与扶手索、承重索用钢管扣件连接固定。为确保钢管扣件与承重索及扶手索钢丝绳间有足够的握裹力，横梁处承重索上事先包裹竹条或硬质木条等，再拧紧扣件螺栓。猫道面层采用成品钢板网，与承重索和横梁用8号铁丝绑扎牢固。猫道的护栏侧网采用粗面钢丝网，以减小受风面积，网高1.0m，与护栏立柱、下层扶手索用铁丝绑扎固定，且底部与走道钢板网绑扎固定封闭。

1.3.3 锚碇

猫道两岸采用预应力岩锚锚碇，设置钢锚梁（2I36a），承重索及扶手索均锚固于锚梁上，通过钢锚梁将承重索、扶手索索力传递到预应力锚索。每个锚碇布置两束锚索，每束锚索采用6根直径为15.2mm，标准强度为1860MPa的钢绞线，锚索钻孔直径为100cm，钻孔深30m，锚固段长15m，自由段长15m。每束锚索设计张拉力为900kN。

图1 猫道总体布置（单位：m）

图2 横断面构造图（单位：cm）

图3 立面构造图（单位：cm）

图4 平面构造图（单位：cm）

图5 猫道架设后全景

1.3.4 索鞍

5、6号交界墩墩帽施工时，左幅外侧面预埋牛腿，布置悬臂型钢支架，安装承重索和扶手索支撑索鞍。承重索与扶手索索鞍在竖直方向上与猫道一般断面处距离保持一致。索鞍处布置横向通道。

索鞍悬臂支架设计考虑了猫道产生的竖向及水平荷载作用。

2 猫道承重索静力计算

2.1 计算程序

确定猫道跨径后，将设计活荷载组合放在桥跨最不利的位置，计算对应简支梁的跨中最大弯矩。根据对应简支梁的跨中最大弯矩，在最不利荷载组合下承重索张力的安全系数满足要求的条件下，通过试算确定猫道中跨合理垂度，以此作为猫道设计状态。以该设计状态为始态，换算到空索状态，计算空索拉力和空索垂度，以便在架设时，通过控制空索垂度来保证承重索在设计状态时达到设计张力（见图6）。

图6 猫道承重索静力计算简图（单位：m）

2.2 荷载

设计状态下，猫道荷载包括恒载（猫道自重）及活载（人群荷载）两部分，设计时分别考虑1.2、1.4倍荷载系数。

2.2.1 恒载

猫道自重按均布荷载考虑。其中，3根承重索恒载自重为3×0.0345kN/m=0.1035kN/m；猫道面层钢网为0.15kN/m；钢管立柱、横梁采用Φ48×3mm钢管，按间隔4m布置，单位长度自重为0.048kN/m；护栏钢丝网为0.08kN/m，共计=1.2×(0.1035+0.15+0.048+0.08)=0.38kN/m。需要说明的是，猫道两侧的扶手索设置了独立的索鞍支承，两端锚固于锚碇，在猫道架设时与猫道承重索同线形安装就位，然后才安装猫道面层和扶手结构，其自重未施加在承重索上，因此在承重索受力计算时未予以计入。

2.2.2 活载

活载为人群荷载，按0.75kN/人计。对于中跨，考虑容纳20人同时通过，为简化计算，偏安全地按集中荷载计算：P=1.4×20×0.75=21kN；对于边跨，考虑到上下班高峰期通行人数较多，施工人员按间隔2m通过，按均布荷载计算，q2=1.4×0.75/2=0.53kN/m。

2.3 承重索设计状态计算

最不利工况时，中跨对应简支梁跨中最大弯矩：

主索最大张力Tmax：一般小垂度悬索结构，Tmax≈H=347.9kN，承重索破断拉力为Tn=1350.4kN，则承重索安全系数为：k===3.9＞3，满足要求。

根据中跨支点两侧水平力相等，分别计算两个边跨在最不利荷载下的垂度 f1、 f3：对于杭州侧边跨：

2.4 承重索空索安装张力H0及安装垂度 f10、f20、 f30计算

承重索空索安装张力及空索安装垂度采用多跨钢索桥的基本公式，通过以设计状态为始态进行反算。多跨钢索桥基本公式为：

图7 最不利工况下相当简支梁的剪力Q图

图8 承重索自重作用下相当简支梁的剪力Q0图

计算得：

空索自重下，各跨安装垂度为相当承重索空索状态下对应简支梁最大弯矩与H0的比值，计算得为：

3 结语

大宁河特大桥轻型猫道的设置，为大宁河特大桥主拱上部结构无支架缆索吊装系统设施构造的安装以及主拱的安装施工提供了很大方便。相对于三跨独立结构的猫道而言，由于采用三跨连续结构，减小了由于中跨和边跨实际荷载差距较大，从而使交界墩承受过大水平力的影响。由于承重索与扶手索为独立支承和锚固，受扶手索张力的影响，猫道抗风稳定性相对于一般猫道结构要好许多。

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