山区悬索桥钢箱梁架设施工方案研究

2016-04-21夏国邦��

筑路机械与施工机械化 2016年4期

夏国邦��

摘要：以普宣高速公路中地处深山峡谷的普立特大桥为依托工程，在恶劣的施工条件下，经过多种施工方案比较，确定采用缆索吊装钢箱加劲梁的施工方案。对缆索吊装系统和加劲梁架设系统进行详细说明，重点介绍了悬索桥钢箱梁缆索吊装系统的安装方法、安装顺序，以及加劲梁标准梁段和特殊梁段的安装关键技术，为修建山区大跨度悬索桥提供了全新的方法，具有一定的参考价值。

关键词：悬索桥；加劲梁；钢箱梁；缆索吊装

中图分类号：U445.46 文献标志码：B

Abstract： Considering the harsh construction conditions of Puli Bridge in the mountain valley of Puli-Xuanwei highway， a construction scheme of using cables to hoist the steel box stiffening beam was applied after the comparisons. The hoisting system and stiffening beam mounting system were elaborated； the installation of the cable hoisting system was emphasized， as well as key technologies for the mounting of standard beam segment and special beam segment. The mounting scheme provides a new way to build a suspension bridge in mountainous area.

Key words： suspension bridge； stiffening beam； steel box girder； cable hoisting

0 引言

悬索桥受力合理，跨越能力大，造型优美，是山区修建跨越峡谷桥梁时非常有竞争力的桥型[1-3]。就承重构件而言，悬索桥由以下几个主要部分组成：桥塔、锚锭、主缆、吊索、加劲梁和鞍座。目前悬索桥加劲梁常见的形式有钢桁梁和钢箱梁，2种加劲梁各有优缺点：钢桁梁式加劲梁适用于双层桥，透风性能好，抗扭性能好；钢箱梁以加劲梁适用于单层桥面，可以在顶板上直接铺设桥面铺装，无需纵横梁，因此可以节省钢材。虽然钢箱梁的抗风阻力系数小，容易发生涡流振动，但抵抗弯扭耦合振动的效果好。在选择悬索桥加劲梁的形式时，要从桥梁的场地条件、施工条件、桥梁设计、桥梁抗风等多方面进行考虑。

目前，山区悬索桥钢箱加劲梁架设方法有很多种，国内900 m以下的山区悬索桥常采用缆索吊装法来架设加劲梁，如湖北四渡河大桥（主跨900 m）、贵州北盘江大桥（主跨636 m）；贵州坝陵河大桥（主跨1 088 m）采用了桥面吊机法来架设加劲梁[4-6]；湖南湘西矮寨特大悬索桥（主跨1 176 m）采用轨索滑移法架设钢桁加劲梁。本文以普立特大桥为背景，研究山区悬索桥钢箱梁缆索吊装方法的施工过程。

1 工程概况

普立特大桥全长1 040 m，在普宣高速公路K11+233.807～K12+237.000处跨越普立大沟，是普宣高速公路控制性工程。主桥为628 m单跨简支钢箱加劲梁悬索桥，主缆边跨为166 m，索塔为直塔柱门式框架结构，分离式承台，群桩基础，普立岸采用隧道锚，宣威岸采用重力锚；引桥上部结构为先简支后连续40 m预应力混凝土T梁，普立岸桥跨布置为4×40 m，宣威岸桥跨布置为3×40 m+3×40 m；桥面为双向四车道，桥面纵坡为165%；下部结构采用等截面钢筋混凝土矩形墩、桩基础，普立岸采用重力式桥台，宣威岸采用肋板式桥台。大桥总体布置如图1所示。

2 施工方案

加劲梁段采用200 t缆索吊机四点抬吊进行安装，梁段吊装就位后，将吊索与梁段锚箱吊耳板销接牢靠，并将临时连接件连接好后再松开缆索吊机主钩。由于梁段均在宣威岸预制，为了确保能通过宣威岸索塔至指定的起吊位置，梁段由存梁场至宣威岸塔下的运输需呈旋转90°后的状态。待通过索塔后，经缆索吊机起吊，运输至设计位置下方，再旋转至安装方向，上提安装就位。除塔下端梁段外，其余梁段均从跨中向两端对称安装。端梁段采用缆索吊机将其吊至临时支架上，然后向边跨侧偏移50 cm，待合龙段吊装就位后，再回移端梁段，与合龙段对接。梁段吊装就位后，与相邻梁段进行临时连接，利用销钉调平板件错位，并拧紧顶板临时连接对拉螺杆至设计缝宽固定。待全桥所有梁段吊装完毕并临时连接后，再进行梁段环向接缝的焊接。

3 缆索吊机安装

缆索吊机主要由主索、起重索、牵引索、跑车、起重滑车、索鞍、锚固系统等组成。缆索吊机沿横桥向布置2组主索，主索上设4台75 t跑车，主索通过索鞍支承于塔顶横梁上，并通过预埋件锚固于重力式锚（宣威侧）及隧道锚（普立侧）散索鞍支墩上；起重索采用定6动5走10布置，起重滑车组设4套，配15 t起重卷扬机4台，均设置于宣威岸；牵引索采用单组索走4布置，4台25 t牵引卷扬机，单组主索上的2台跑车通过连接绳串联，一台主动牵引，另一台被动牵引，均设置于宣威岸；背索设置在塔顶鞍座上，两岸分别设置12根钢绞线，一个鞍座上锚固6根背索，单根背索预拉力为6.7 t。

3.1 吊机索鞍安装

缆索吊机索鞍置于索塔横梁上，采用固定式索鞍，在浇筑索塔及横梁混凝土时预埋铁板，使用塔吊将索鞍各构件分散吊至塔顶安装，索塔与横梁整体参与箱梁吊装时的结构受力。

3.2 锚固系统

两组承重索锚碇分别布置于两岸锚碇上，在浇筑锚碇混凝土时预埋必要的预埋件，主索通过连接装置与锚碇相连，主索与地锚连接千斤绳分别和滑车组相连，滑车组通过调节装置与钢丝绳连接，地锚连接钢丝绳套于地锚锚固轮上。锚固系统如图2所示。

3.3 导索安装

缆索吊机导索采用Φ32 mm钢丝绳，缆索吊机过索完毕后转换为牵引绳。缆索吊机导索需在猫道索架设过程中利用猫道索提前架设，并锚固于两岸锚固支架，为缆索吊机安装做好准备工作。

3.4 轨道支承索架设

每组主索设置1根Φ39 mm轨道支承索，轨道支承索利用导索牵引架设。

轨道支承索架设完毕后及时进行线性调整，调整后锚固于塔顶。

3.5 缆索吊跑车安装

主索架设前先进行双联跑车系统的安装，双联跑车系统在宣威岸临时搁置平台上进行安装，安装过程中利用Φ32 mm钢丝绳在塔顶将跑车系统打梢，防止其下滑，如图3所示。

3.6 主索安装

吊机主索采用Φ62 mm钢丝绳（6×37WS+IWR），共16根（单侧8根），单根长度1 036 m，主索横跨两侧索塔，锚固于两侧锚碇上，主索在普立岸一端张拉。

（1）主索架设。

主索均从宣威岸往普立岸牵引架设，2台20 t牵引卷扬机均布置于宣威岸，在普立岸设置转向轮形成大循环。主索由宣威岸锚碇放索区放出，经导索牵引至宣威岸主塔塔顶，塔吊辅助提升，使其越过宣威岸塔顶鞍座，继续由导索牵引，每隔约150 m挂设一个支索器于轨道支撑索上。同样，牵引至普立岸主塔塔顶时利用塔吊辅助提升越过普立岸塔顶鞍座，最后牵引至普立岸锚碇散索鞍支墩预埋件位置。

（2）主索调整。主索调整采用分级张拉，具体操作步骤为：主索采用滑车组张拉，普立岸每个散索鞍支墩处分别布置8套滑轮组；解除滑车组松紧绳自身连接，将卷扬机绳索与滑车组松紧绳连接；分级张拉主索，利用15 t卷扬机逐根张拉，通过张拉力控制主索垂度；主索张拉完成后，将滑车组松紧绳与自身用绳夹固定，并解除滑车组绳头与20 t卷扬机绳索连接。

（3）垂度测量。采用全站仪对主索跨中垂度进行实时测量，并与设计位置比较，逐步调整线形。

3.7 背索安装

主缆安装完毕后，按照设计图进行背索钢绞线的安装并张拉，钢绞线固定端采用P锚，张拉端采用夹片锚具，并设置防松装置。

3.8 牵引索安装

牵引索均从宣威岸25 t卷扬机放出，经导索牵引至宣威岸塔顶与跑车连接，与跑车连接完成后，利用导索牵引索牵引至普立岸，与普立岸转向进行连接，再将牵引绳牵引至宣威岸与25 t卷扬机连接。

3.9 起重索及下挂架安装

起重索采用4根Φ28 mm钢丝绳（6×37S+FC），牵引索安装完成后进行起重索安装。

（1）跑车牵引至宣威岸塔顶，安装跑车下挂架及起重索。

（2）宣威岸起重索安装完毕后，将绳头在跑车上打梢，预留足够长度，将跑车牵引至普立岸。

（3）起重索绳头经普立岸塔顶转向后锚固于锚碇预埋件上。

3.10 旋转吊具安装

旋转吊具直接挂吊于4个下挂架上，在旋转吊具上安装2台6 t动力卷扬机牵引旋转轴，使其实现旋转功能。

4 加劲梁架设

4.1 主塔墩旁托架施工

宣威岸索塔区架梁托架布置在中横梁跨中侧，由8个型钢制造的三角架组成，2个三角架通过连接系组成稳定桁架体系，4个桁架组顶面铺设分配梁形成操作平台，最后在桁架上安装垫梁、滑座以及千斤顶形成支撑和调节塔区梁段的临时支点A、临时支点B。临时支点A、B是塔区梁段支撑的支点，其抄垫高度考虑竖向支座的安装以及调整梁段位置和线型的需要。

4.2 加劲梁安装

加劲梁采用200 t平板运输车运输，加劲梁安装施工先后顺序为：架设准备；拼装缆索吊机，试吊；加劲梁工厂制造，运输到位；安装吊具；加劲梁起吊，缆索吊机携梁至设计位置后平转、下落就位；梁段与吊索连接及调整；梁段间临时连接；塔顶鞍座纵向顶移；继续架设至加劲梁合龙；箱梁线型调整；加劲梁连接；鞍座固定。

加劲梁为全焊接结构，在钢结构工厂分块、分段下料生产板材及局部焊接件，然后用汽车运输至宣威岸加劲梁拼装场，在总拼场进行梁段总拼，形成梁段。由于架设需要，在宣威岸设置加劲梁拼装场和存放场，分别完成全桥加劲梁的拼装和存放工作。

4.3 塔区钢梁架设

宣威岸塔区加劲梁存梁状态为26′#、27′#节段梁设计位置向边跨侧移动50 cm，主要为架设跨中梁段提供平台，使缆索吊机能够顺利实现标准节段的垂直起吊。

普立岸塔区加劲梁27#节段安装方法和施工工艺与宣威岸27′#梁段安装方法类似，即27#节段梁存梁状态为设计位置向边跨侧移动50 cm，待26#节段安装后与其连接。

4.4 跨中标准梁段的架设

加劲梁由从工厂制造单元件，运输到工地现场后再加劲梁预拼场拼装成节段后吊装。跨中标准节段通过预拼场内运梁台车运输至27′#、26′#顶面，由缆索吊按常规垂直起吊，携梁走行至设计位置，再通过旋转吊具水平旋转后就位进行架设。吊装作业程序如下。

（1）吊机作业组对设备进行安全检查，在现场技术人员的指挥下将缆索吊机移到宣威岸墩旁托架上方固定。各作业班组进入作业位置。

（2）将制作完毕的01#节段加劲梁采用运梁小车经宣威岸引桥运输至27′#顶面。

（3）吊机作业组指挥卷扬机操作人员将吊具下放到加劲梁上，这时吊具联结作业人员将吊具与加劲梁联结，并指挥微调箱梁位置，配合吊具联结作业。

（4）待吊具与加劲梁吊耳联结好后，缆索吊机微微提升预紧各吊具，使各吊点受力一致，2吊点同步提升，当加劲梁将离开而尚未离开台车时停止提升，再检查加劲梁是否水平，调节水平后，再同步提升。

（5）启动缆索吊牵引索卷扬机，使缆索吊携梁走行至箱梁节段设计里程，通过旋转吊具旋转加劲梁至安装位置，挂吊索并下放加劲梁安装就位。

（6）用同样的方法吊装02#节段加劲梁。当02#节段加劲梁移动吊装略高于已安装加劲梁01#高度后停机，施工人员顺猫道挂梯下至箱梁顶面检查2节中梁的接缝距离，利用2个5 t牵引器将节段向已安装的节段拉拢，临时固定，稍后将吊索锚头与加劲梁的锚座联接（注意纠正吊索的扭转和吊索编号），待各吊索锚头均与永久吊点联结好并检查无误后，指挥吊具下降，让吊索受力。

（7）拆除缆索吊机的吊具，将缆索吊机纵移至下一节段的吊装位置，进行下一节段的吊装作业。

4.5 加劲梁的调节和定位

4.5.1 梁段安装过程塔顶索鞍顶推

（1）为了使主塔在加劲梁架设过程中可以调整，需在架缆前按设计要求将主塔索鞍向两岸侧各偏移一定数值；开始架梁后主塔索鞍将随梁片逐渐向主跨侧移动至成桥的设计位置上。

（2）主塔索鞍利用主索鞍纵向顶移支架和移动导向限位装置纵向顶移、限位。采用500 t千斤顶顶移，千斤顶顶部应对准索鞍施顶中心，两侧2台千斤顶采用并联方式与油泵相连，达到同步施顶纵移。

（3）每次顶移塔顶恢复到位，应及时锁定索鞍座体；待顶移到成桥的设计位置后，应将索鞍锁定。

（4）为保证每节段纵向顶移量达到设计要求，防止顶移过量，每次顶移前要用钢尺在导向限位上做好移动的距离标记，并将导向限位设置到该位置上。

（5）正式顶移前，应彻底清理索鞍的外露座板表面，并涂上减摩剂。索鞍滑动副及其外露表面在安装后和每次顶移后，都应及时妥善保护。

4.5.2 钢加劲梁节段间临时联接

（1）加劲梁架设过程中因主缆受力不均匀，造成最初架设的几段加劲梁标高相差较大，无法进行临时联接。施工过程中，根据监控单位提供的理论数据及现场实际情况确定加劲梁开始临时联接的时间。

（2）在节段梁吊装过程中应对加劲梁节段接头进行防护，防止相邻2节段加劲梁在架设过程中发生碰撞造成节段接头损坏。

（3）加劲梁调试、定位和连接用的电焊设备、空压机、工作棚等应事先放在节段梁上，随梁段一起起吊。