悬索桥加劲梁架设施工工艺分析

2015-10-21彭樵姚增峰

建筑工程技术与设计 2015年20期

彭樵姚增峰

【摘要】为探究各种形式和环境下的悬索桥加劲梁架设的合理施工方法，以及探寻一些新的施工工艺，本文对现代悬索桥加劲梁架设吊装的主要方法和工艺进行了介绍和分析，主要讨论了桥面吊装法、缆索吊装法、荡移法、跨缆吊装法的施工方法和各自的优缺点。着重讨论了山区大跨度悬索桥加劲梁的架设施工工艺，并对湖南矮寨大桥采用的轨索滑移法新工艺进行了较详细介绍，讨论了目前正在研究的一些新工艺。从工艺本身的经济性、施工效率、工艺成熟度等方面进行了分析，得出结论：在运输和场地条件好的环境下，采用跨缆吊装法是目前运用最为成熟和广泛的施工工艺；在中小跨度的条件下，缆索吊装法成本较低，施工方便；对于山区特大跨度的悬索桥，除了桥面吊装法、缆索吊装法外，我国创新的轨索滑移法具有很好的应用前途。

【关键词】悬索桥；加劲梁；大跨度；施工工艺

引言

悬索桥分为柔性和刚性悬索桥两种，两者的区别是有无加劲梁。柔性悬索桥一般指行车道仅设桥道梁及桥面，当活载在桥上移动时，活载由桥面经吊杆传给悬索，悬索便随移动的活载而改变形状，桥道梁及桥面只起分布集中荷载和调整悬索的变形作用，桥面也随悬索的变形而产生较大的挠度。刚性悬索桥采用加劲梁，加劲梁可制做成钢板梁、钢桁梁和钢箱梁以及混凝土箱、板梁。一般在大跨径悬索桥中都采用阻风面积小的钢桁梁桥，在中小跨径悬索桥中采用钢板梁或钢箱梁。除了一般的在大江大河上建设悬索桥外，目前悬索桥在跨越山区和峡谷的优越性也逐步受到重视，随之而来的各种技术难题也摆在人们的面前，加劲梁节段的架设就是其中之一。本文就目前存在的加劲梁架设的施工工艺进行介绍和比较，并讨论一些正在研究的新工艺，从工艺本身的经济性、施工效率、工艺成熟度等方面进行了分析，为各种悬索桥的加劲梁的施工提供参考。

1、一般悬索桥加劲梁施工工艺分析

1.1钢桁加劲梁悬索桥

对于加劲梁采用钢桁梁的悬索桥，按照架设单元来分类，可以分为三类，即：单根杆件架设，平面构架架设和立体节段架设。

（1）单根杆件架设方法。即在预制厂完成杆件制作后，直接将杆件运输到工地現场，然后将各个杆件吊装到桥上进行组装。这种方法对工期和架设精度均不利，除非在平面构架法及立体节段法无法采用的区段方可考虑采用。

（2）立体节段架设方法。此方法对工期与架设精度是最有利的，根据梁段的输送方式不同又可分为两种：一种施工方法是直接将节段运输到架设位置正下方，利用缆载吊机垂直起吊，但在通行船只很多以及河流湍急的情况下就有很大的难度；另一种施工方法是不占用架设位置正下方空间的后方送梁法，但在施工过程中需要配备较多的架设机具和材料，同时在合龙后要及时进行吊索的锚固作业等，对工期与经济均不利。

（3）平面构架架设方法。该方法介于杆件架设与立体节段架设之间，其运输和起吊的单元是由多个杆件组成但未形成整个梁段，需要根据运输条件及吊装能力择机采用。

1.2箱型加劲梁悬索桥

对于加劲梁采用钢箱梁的悬索桥只能采用立体的箱梁节段作为架设单元，采用梁段提升的方法来架设。因采用的是立体节段吊装，故吊装方法对于钢桁梁悬索桥也同样适用。到目前为止，悬索桥加劲梁的安装工艺主要有四种：以日本明石海峡大桥为代表的桥面吊装法、以中国湖北四渡河大桥为代表的缆索吊装法、以法国Chavanon大桥为代表的荡移法以及运用最为成熟和普遍的跨缆吊装法。

（1）桥面吊装法。即采用能沿着桁架上弦或纵梁行走的移动式吊机，运送梁段再对梁段进行悬臂安装。悬索桥加劲梁悬臂安装时与梁式桥悬臂安装不同之处在于每一梁段拼装之后，不是靠桥的已成梁段来承担其后拼装梁段的自重，而是立即将刚吊装到位的梁段同其对应的吊索相连，让所有已经吊装梁段的自重都经由吊索而传给主缆，由主缆承担。由于这种方法需要将移动式吊机支撑在上弦杆或纵梁上，吊机在吊装过程中将承受荷载，因此吊装质量不宜过大，施工时常采用大段刚接，分段设角工艺，桁架杆件实现空中拼装，该法虽然节省了安装在主缆上的跨缆吊机，但桥面吊机造价较高，需要增设临时吊索，更换不同的吊具，且只能进行杆件或桁片拼装，不能进行节段拼装，且加劲梁由于支承桥面吊机而增大截面，施工过程中的荷载控制了永久结构的设计，增加了永久结构的造价。由于钢桁梁杆件或桁片在空中悬拼，空中作业时间增长，增加了施工风险，施工期则相应增长。

（2）缆索吊装法。最开始被称为无支架吊装，它采用另外架设的缆索吊装系统，将加劲梁段在起吊平台起吊，卷扬机带动牵引系统开始工作，以匀速沿缆索吊承重索运行至加劲梁节段设计位置下方，起吊钢绳升起，直至加劲梁节段到达设计标高。该法实现了加劲梁的水平和垂直运输，可直接利用悬索桥的索塔和锚碇，且缆索吊机架设法对环境的适用性较强，起吊能力大，但对于大跨径悬索桥，加劲梁节段自重加大，各种索的数量增多，容易绞索。

（3）跨缆吊装法。是指采用跨缆吊机这种专门的架桥设备，它是悬索桥施工中采用垂直提升法吊装加劲梁时所使用的一种专用起重设备。它以主缆为支撑，行走于其上，并能跨越索夹。跨缆吊机是采用钢丝绳、滑轮组和卷扬机组成卷扬系统的起升机构，由于其提升平稳，适合较大吨位构件的吊装作业，成为目前国内外悬索桥加劲梁吊装施工中采用较多的一种方法。其施工方法是：将钢箱梁安装节段在桥位附近拼装、焊接好，用浮船运至桥下，采用跨缆吊机提升就位进行安装，即"船舶就位、垂直起吊"。

（4）荡移法。即利用增设临时吊索来传力过渡，具体施工方法是加劲梁节段首先被吊高几米，拴上一组长的临时吊索，长吊索连在主缆上的索夹处，放松吊机，就可使节段向临时吊索处移动，待稳定后，再向前移动吊机，收紧钢索，则节段又将向吊机移动，如此反复。

2、山区悬索桥加劲梁施工工艺分析

目前在山区悬索桥的施工当中出现了有别于江河上悬索桥施工的新问题，山区地形复杂且多伴有高深的峡谷，在其间修建桥梁通常采用大跨悬索桥一跨跨过。由于山区峡谷或河流水面窄，水浅，甚至无水，运梁船只不能达到梁段安装位置的下方，因而山区大跨度悬索桥加劲梁架设无法采用以往跨越大江大河上的悬索桥加劲梁架设的跨缆吊机施工方法，目前山区大跨度悬索桥加劲梁架设主要有缆索吊装法、桥面吊机法、轨索滑移法等。

2.1矮寨大桥轨索滑移法

轨索滑移法成功运用于湖南省的矮寨大桥，是我国独创的一种悬索桥架梁方法。矮寨大峡谷谷深坡陡，高差达350m，地质情况复杂，桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，主缆孔跨布置为242+1176+116m，由于主跨过大，采用缆索吊装法和桥面吊机法都存在很多不足，因此矮寨大桥的工作人员研究试验后采用了名为轨索滑移法的方法。在基于连续梁长梁顶推工艺基础上，借鉴货运索道及林业运输索道的工作原理，通过大量的计算分析和实地试验，矮寨特大悬索桥加劲梁的纵向运输采用“利用主缆作承重结构、张紧的悬挂于主缆下接近吊索位置的轨索作为轨道，运梁车系统在轨索上滚动运送钢桁加劲梁段的索轨纵向运梁、简易吊机垂直起吊安装加劲梁的施工方案”。从原理上说该方案是将缆索吊和索道运输、缆载吊机吊装等几项成熟的技术综合运用，属于集成创新得到的大跨度懸索桥加劲梁施工方案，对于跨越高山峡谷的大跨度悬索桥特别适用。预设轨索移动运输加劲梁方案总体思路如下：主缆架设完成后，利用猫道安装吊索和吊鞍；利用吊鞍做托架，牵引架设索轨。将索轨与两端的锚固系统连接并调整吊鞍的纵向位置、张拉轨索力到设计值。将加劲梁通过运梁小车悬挂于索轨上，通过牵引，使加劲梁从桥塔处向安装位置运输。大桥首创的轨索滑移法成功解决了山区大跨径悬索桥主梁架设难题，该法在矮寨大桥上成功运用将对山区及浅滩区域或城市大跨径悬索桥的建成起到巨大作用，该工法也可推广到钢桁拱、钢桁连续梁、连续钢构等桥型。

3、山区悬索桥加劲梁架设新工艺

3.1前端无吊杆的正放斜起吊方法

运梁小车将梁段运到已安装梁段的最前端，使梁段处于正放位置，跨缆吊机置于起吊梁段就位后的对应索夹上，其起重索顺桥向倾斜吊起梁段，同时用尽量水平施力的卷扬机拖住梁段并缓慢放松，使梁段平稳缓慢起吊至起重索处于铅直状态，解除卷扬机的水平施力的连接，将梁段精确定位，并将其与已安装梁段连接，然后张拉前一安装梁段的吊杆，并放松跨缆吊机的起重绳。

3.2前端有吊杆的正放斜起吊或正起吊方法

运梁小车在桥下地面上运输到相应位置，使梁段处于正放位置，再按与前一种相同的方法正起吊或者斜起吊梁段和就位，再将其与已安装梁段连接，然后张拉该安装梁段的吊杆，并放松跨缆吊机的起重绳；

3.3跨缆吊机协同吊装法

置于梁段起吊位置上方附近索夹的跨缆吊机与置于该梁段就位位置正上方索夹的跨缆吊机共同吊住起吊梁段，在起吊梁段顺桥向到达两跨缆吊机之间前，按正放斜起吊方法起吊，待顺桥向达到第一个跨缆吊机下方后，解除水平施力卷扬机的连接，接着下放起重绳，使得吊重在跨缆吊机以下有足够距离，以减少起重索的竖值偏角，避免吊机承担过大的水平力，然后分别放、收两台跨缆吊机的钢丝绳，实现吊重由一个跨缆吊机正下方向另一个跨缆吊机正下方的移动。

4、结语

（1）跨缆吊装法施工提升平稳，适合较大吨位节段的吊装作业，是目前国内外悬索桥加劲梁吊装施工中采用较多的一种方法，但在山区悬索桥运用中有所限制。

（2）缆索吊装法为国内外成熟施工技术，从经济性和实用性分析，中小跨径悬索桥采用该工艺总体比较适用。

（3）桥面吊装法不受地形限制，为成熟施工技术，但施工荷载控制了钢桁梁永久结构用钢量，其施工工期相对较长，施工成本较高。

（4）轨索滑移法为矮寨悬索桥独特的施工工艺，是山区特大跨度悬索桥加劲梁施工领域的一重大新方法，具有重要的推广应用价值，将会推动我国山区悬索桥的发展，但该法不仅需要使用悬索桥常用的架梁设备—跨缆吊机，而且增加了造价不低的轨索系统。

（5）跨缆吊机协同吊装法结合传统成熟的荡移法和跨缆吊机法，想法新颖，能经济高效地解决各种地形条件下山区悬索桥各不同位置梁段的架设问题，值得做进一步的研究和改进。

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