特大跨径钢管混凝土拱桥拱肋吊装施工技术

罗颖峰，万江勇，陈 峻

(江西省公路桥梁工程有限公司，江西 南昌 330029)

1 工程概况

某桥梁工程为中承式钢管混凝土拱桥，总长约0.6 km，净宽为15 m和两侧宽度为1.5 m的人行道。考虑到本桥处在山口，地势十分陡峭，加之建筑高度很高、水面较为狭窄，故主拱肋成拱采用斜拉扣挂法无支架缆索吊装技术，现阶段已经顺利完全合拢。

2 吊装设计

2.1 总体设计

系统主要由三大部分构成，分别为扣挂、吊机与稳定系统。其中，吊机组成部分包括：主索、主塔、风缆、牵引与动力部分；扣挂组成部分包括：锚固点、扣索、平衡索与扣塔；稳定系统组成部分包括：锚固点、风缆与地锚。

2.2 特点与难点分析

桥梁处在峡口处，地势十分陡峭，可用场地面积不大，且阵风最大可达7级。在这种情况下，系统的布置将面临很大困难，存在诸多不利因素，有很大的安全风险。吊机由于吊重在128 t左右，高度为260 m，包含吊装单元共64个，所以设计工作量极大。为降低设备成本投入，缩短工期，将吊塔设计在扣塔的顶部，使用铰和扣塔直接连接，形成一个承重塔。此外，为了加快单肋悬臂的速度，避免产生不利影响，和上游、下游拱肋按对称形式布置独立系统。主索由8根钢丝绳构成，采用我国并不多见的满充式钢丝绳，其特性决定了必须处理好对接的问题，并采取有效的防扭措施。扣索由钢绞线制成，要求具备调整拱肋标高的能力。

2.3 吊机设计

(1)吊塔

在扣塔的塔顶设置吊塔，使用铰进行连接，确保吊塔只有少部分推力传递至扣塔，降低了线型控制及调整难度。根据验算结果，吊塔中的杆件应力保持在110 MPa左右，符合设计要求。

(2)稳定措施

由于受到地形的影响和限制，为沿河流方向设置缆风绳。为便于对吊塔偏位的有效调整，边跨的上游和下游都布置了抗风绳。

(3)主索索道

主跨为0.576 km，两岸后锚跨径不同，为166 m和170 m，和水平线之间保持19°的夹角。使用索夹分别连接四根主索，确保荷载施加后能够自动调平，并保持受力的一致性。

(4)牵引索

每组主索按照18 m的间距设置跑车，并使用钢绳进行连接，形成一个整体。在跑车的两侧，设置牵引索，其有效牵引力为97 kN，保持安全系数不低于4.702。

(5)起吊索

每组索道设置了两个跑车和两组起吊，可同时对吊点进行起点。使用钢绳制作滑车组，并采用特殊工艺防止钢绳扭绞。

2.4 扣挂系统

(1)扣塔

扣塔能为扣索提供支点，处在拱座的外部，使用钢管进行连接，形成一个格构柱，地脚处和大地直接固结，塔顶处存在吊塔可以相连。系统进行重载吊装的过程中，对扣塔而言，其弹性系数在6.3～6.8范围内，塔顶实际位移在2 cm以内。

(2)扣索

扣索分为正式与临时两种，都与弦管进行直接锚固，同时采用索鞍进入到张拉侧。其中，正式扣索和水平面之间保持23.9°-25.3°的夹角。伴随工程的不断进行，在完成了扣索张拉施工以后，即可拆除位于上节段的扣索。

(3)锚固端

将P锚锚固在张拉横梁上，并使用特制的锚具将P锚连接成一个整体。

(4)张拉端

使用夹片式锚具，将其固定在墙体表面，这种锚具能提供四种功能，分别为张拉、顶压、防松和调节。所用锚固系统主要由以下几部分组成：垫板、螺栓、限位部件和工作锚。

(5)防振措施

该桥梁的扣索和普通斜拉桥一样，当受到风力作用时，会产生振动，为避免由于振动而使系统各个部件出现疲劳，尤其是夹片因振动出现松动，防止对结构物造成严重的损害，施工时应使用白棕绳连接和固定扣索。

2.5 稳定系统

(1)调节风缆

因拱铰预设精确度与拱肋接头法兰盘子制作精度会造成一定轴线偏离，所以在拱肋上要设置风缆，以此对轴线的偏位进行调整，实践表明，取得了良好效果。

(2)抗风缆

在5#节段的上游与下游弦管设置风缆，将其预拉力控制在15 t，除了要在轴线调控过程中使用外，还可作为抗风稳定体系。此抗风缆在9#段完成吊装施工之后，经受住了高达7级的强力阵风，未出现任何不良后果。

2.6 试吊施工

在整套系统完成设计与布置之后，分为90%和110%两种工况进行试验吊装施工，以此测试各个构件及附属系统的实际应力，从而检验系统是否满足施工要求。经检验，本系统所有指标均处于理想范围之内，可在正式施工中使用。

3 拱肋吊装施工

3.1 吊装程序

由运输船将吊装段运输到系统下方指定位置待命→吊装段捆绑作业→起吊与落位→安装同时固定螺栓→扣索就位→逐步对扣索进行张拉，并测量拱肋的标高与索力→取吊索→安装用于调节的风缆，同时施加一定作用力，并对轴线发生的偏位进行测定→设置嵌填管，焊接拱肋。两侧吊装施工顺序分别为：山体岸侧1#段上游端桁片→山体岸侧1#段下游端桁片→对岸侧1#段上游端桁片→对岸侧1#段下游端桁片，按照这样的顺序依次进行，直至完成悬拼。为了提高吊装施工效率，尽早对主拱肋进行合拢，各横向支撑上的杆件，应在拱肋完成合拢之间依次进行安装。

3.2 松扣与卸扣

空钢管拱肋的合拢，每个节段的接头在焊接完成且形成一个无铰的拱后，缓慢进行松扣，使扣索的拉力可以转变成推动力，确保空钢管拱肋在自重的作用下保持在无铰状态。在按照以上要求松开扣索之后，只保留2#与3#扣索，并在混凝土灌注至一定程度后，彻底放开扣索，同时进行拆除工作。

3.3 技术主要特征与要点

(1)本桥吊机第一次对钢绳接头、承索器、滑车组，四点捆绑起吊拱肋的受力一致，而上游和下游捆绑点使用铰进行连接，满足了自动调平要求，同时取得良好应用效果。

(2)本桥所用扣挂系统，是一种张拉锚固系统，配置以P锚为核心的固定端与以夹片为核心的张拉设备，很好的完成了收放控制和固定，取得良好应用效果。

(3)本桥梁使用的起吊设备，是可以实现每日吊装一段的目标。与此同时，在当地港航监督的可靠支撑之下，还实现了一日吊两段的突破。

(4)在影响拱肋吊装施工效率的因素当中，焊接施工速度是需要得到重视的工序。

4 总 结

(1)本桥梁拱肋如期完成吊装和合拢，印证了吊装系统及施工技术的可行性，值得大范围推广应用。

(2)有效提高拱肋的预制加工质量，是保证拱肋线型的重点所在，在实际工作中要避免单纯使用风绳调整拱肋的轴线，否则将对轴线造成不利影响。

(3)对于单悬臂式拱肋而言，其具有较强的抗风能力。但尽管如此，在大风气候条件下实施拱肋吊装，风荷载仍会对拱肋的落位造成影响，导致落位偏差或难以进行。因此，施工应选择在风力较小的天气进行。

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