高山峡谷大跨度桥梁缆索吊辅助施工技术

蒋景余

摘要：本文通过对四川省两河口水电站库周交通恢复木绒大桥高墩施工工艺和缆索吊设计的计算，总结了一般大跨度、高大支墩施工技术和缆索吊辅助施工安全性等关键技术。该桥梁的顺利施工，为在高山峡谷施工特大桥提供了宝贵经验。

关键词：高墩；翻模；缆索吊；索塔

兩河口水电站库周交通恢复木绒大桥及其引道段施工工程地处川西高原，高山峡谷，地理环境极为复杂。木绒特大桥主桥上部结构为（120+220+120）m三跨一联预应力混凝土连续刚构桥，左岸引桥为3×16m现浇连续板桥，右岸引桥为2×35m预应力砼T型梁桥，桥梁全长589m。主墩、交界墩为空心箱型混凝土薄壁墩，基础为承台、群桩基础；引桥桥墩为双肢圆柱桥墩，桩基础；左岸桥台为组合式桥台，右岸桥台为轻型桥台，均为桩基础。

1、施工技术方案选择与设计

木绒大桥为两河口电站淹没后的恢复工程，大桥设计为120+220+120m预应力混凝土连续刚构桥；主墩为空心箱形混凝土薄壁墩，两主墩高155m；基础为群桩基础。由于两岸地形异常陡峭，桥梁高度大，现场工作面难打开，对混凝土和其他材料运输带来极大困难，为方便施工，特采用缆索吊装系统吊运混凝土、钢筋、模板等材料。

本桥采用的缆索吊装系统由索塔、地锚、主缆、起吊索、牵引索、卷扬机、抗风索等组成。

2、缆索吊系统的布置

缆索吊装系统共设置4组，主跨均为L=672米。每组主缆采用2φ56（8×36WSR-56-1960）的钢芯钢丝绳，主索的工作矢跨比取最大，l/14，工作最大垂度为f=672÷14=48m。主缆的吊运荷载控制为Q=160KN，吊具和跑车为20KN，跑车的轮距为1.2m。雅江岸地锚采用钢筋混凝土桩锚，索塔设在0号桥台后，采用2根φ180cm大直径钢管做立柱拼设，用φ145cm钢管设四道横联；木绒乡岸由于地形陡峭，不设索塔，主索通过地面设置的索鞍直接与钢筋混凝土桩锚相连。木绒乡岸索鞍的设置高度比雅江岸索鞍高18.5m左右。

2.1索塔的设置

雅江岸索塔设在0号桥台后，采用2根φ180cm大直径钢管拼设，管拼设高度为41.98m加塔顶构造共43m，木绒乡岸由于地形陡峭，不设索塔，主索通过地面设置的索鞍直接与锚碇相连。

索塔高度由以下几方面控制设计：

①主索垂度=L/14=672/14=48m

②上跑车高度1.5m

③上跑车至下吊具滑车之间的安全距离3m

④下吊具高度1.5m

⑤混凝土吊罐高度3m

⑥挂篮高度约3.5m，考虑安全距离2m，合计5.5m

主缆最大垂度时最低点距桥面高度：②+③+④+⑤+⑥=1.5+3+1.5+3+5.5=14.5m

木绒大桥桥面最大标高为2887.379，跨中主索标高应满足2887.379+14.5=2901.879

雅江岸索塔基础顶标高确定为2898.50，其索鞍标高2898.50+43=2941.50；

木绒乡岸索鞍直接支撑在山坡，索鞍标高确定为2960.00。则跨中标高为2950.50，跨中主索位置的标高为2950.50-48=2902.50。

2902.50>2901.879，故索塔高度满足施工要求。

雅江岸索塔采用φ1800mm大直径钢管组成门式索塔，大直径钢管加工成9m长标准节段，横联处设短节钢管连接，所有节段端头设置法兰盘，用高强螺栓连接。钢管立柱中-中距离为6.5m。索塔共设四道横系梁，横系梁采用φ1450mm大直径钢管，通过相贯线与短节钢管焊接。塔顶横向分配梁采用4I63b工字钢组拼，顶部索鞍固定在4I63b工字钢上，并设加劲板支撑。索塔塔脚设计为：雅江岸台背浇注高1.5mC30混凝土，预埋钢板，索塔的塔脚通过螺栓与预埋件相连。木绒乡岸索鞍固定于C30混凝土基础上，索塔和索鞍布置如图1所示。

2.2主索的选择

每组主索采用2根φ56mm钢丝绳（8×36WSR-56-1960），共设4组。

2.3锚定

根据两岸地质情况，两岸锚碇均采用钢筋混凝土桩锚，桩锚直径为1.8m，混凝土强度为C40。

2.4风缆设置

雅江岸索塔设置压塔索作为前抗风，压塔索采用φ43钢丝绳，在索塔顶部固结。压塔索上下游各设一根，并另设后抗风2φ43钢丝绳组，上下游各设一组，一端固结于索塔顶部，一端固结于桩锚，每组预拉200KN；横向抗风采用4φ15.5钢绞线，上下游各设二道共四组，每组预拉400KN，以便保证索塔的稳定。

2.5工作索

为便于对主缆系统进行维护，设一组工作索。工作索跨度为672米，采用φ43钢丝绳，设计吊重为5t。

3、缆索吊系统的验算

3.1主要计算参数：

3.1.1索塔参数：

3.1.2吊装系统钢丝绳参数：

3.2主索的验算：

主缆索吊装系统以吊装混凝土为最大重量160KN为控制验算荷载。

两岸索鞍高差18.5m； tanβ=18.5/672=0.02753 β=1.58°

缆索主跨672m，雅江岸边跨（后锚距索鞍）51m，缆索边跨主索的水平夹角为17.4°。

作用于主索的荷载由集中荷载和均布荷载组成。

集中荷载为吊装控制重量乘1.2冲击系数：P1=1.2×160=192KN，

吊具重P2=24.8KN，配重P3=24.8KN。

合计：P=P1+P2+P3+=192+24.8+24.8=241.6KN

均布荷载由主索重G1、起吊索重G2、牵引索重G3组成：

Gm=G1+ G2+ G3=13.6×2+2.987+2.713 =0.329KN/m

G=Gm×L=0.329 KN/m×672m=221.088 KN

主索最大垂度取L/14，f=L/14=672/14=48m。

相應的主索水平张力为：

主索安装张力及安装垂度：

作用于主索上跑车空载重量及配重约为：P0=20kN

根据索结构张力方程：

其中：Ek=75.6Gpa=75600000KN/m2

An----主索截面积， An=2×0.0015m2

式中 ；

二次项：

常数项：

对应空载垂度为：

对应空载矢跨比为：37.376/672=1/18

主索张力安全系数为：

；满足规范要求。[1]

3.3起重索的验算：

起吊索仅受到集中荷载P的作用，P=241.6KN。选用工作线数4的滑轮组，转轮数为3，导轮数为3，查《公路设计手册-拱桥》表9-18，滑轮组系数n=3.33，

，故选用10t卷扬机起重。

起吊索安全系数为：

；满足规范要求。

4、缆索吊辅助施工技术

4.1缆索吊辅助施工承台效率分析

通过现场实践，每个吊斗吊装混凝土按5m3计，混凝土强度C40，重约12t，小于设计16t，安全。吊斗装运位置在本桥3#主桥墩上方处，跨越高山峡谷，距离4#主墩承台处直线距离约为300m[5]。已知吊斗满载起升速度30m/min，满载吊运速度15m/min，用4个吊斗交替进行吊装混凝土辅助施工，现场施工还配备了混凝土泵送车配合施工。

以单次浇筑距离最远且方量最大的4#承台为例，4#承台为2475m3，按2500m3计算。

单斗运输5m3，起升高度设为15m，运输距离设为300m，起升、下降时间一致，考虑仓面放料效率及安全，在第一斗布料1min后，第二斗再开始运送，可得：

单斗单趟运输时间为t1=11min，罐车放料时间t2=3min，工人在仓面下料时间t3=12min，单斗完成一个循环所需总时间为t总=40min。每小时1.5斗，共4个料斗交替送料，每小时完成浇筑30m3混凝土。

缆索吊装配合混凝土泵送同时作业，考虑仓面工人下料效率，4个吊斗交替吊运，每小时可浇筑30m3，混凝土泵送车每小时平均可泵送32～35m3。故每小时现场实际浇筑混凝土为62～65m3，我部拌合站每小时生产混凝土为80m3，施工能力符合要求。

若只采用混凝土泵送方案浇筑2500m3混凝土，所需时间约为78小时；现在用缆索吊辅助浇筑大体积混凝土，所需时间为41小时，缩短了37小时，效率可提升47%，此举节约了施工时间，提升了经济效益，保证了混凝土强度。

5、结论

本项目采用缆索吊辅助施工，一定程度上解决了在高山峡谷中施工大跨度特大桥，材料运输困难，工作面难打开，模板拼装，大体积混凝土浇筑等问题，有一定的经济效益和质量效益。为同类项目的施工提供了参考。

参考文献：

[1]徐一军， 胡军等，《缆索起重机》（GBT28756-2012）

[2]周永兴等， 《路桥施工计算手册》【M】 北京：人民交通出版社，2001，454-460.

[3]段良策，《市政工程施工计算实用手册》【M】北京：人民交通出版社，2009，847-864.

（作者单位：杭州市市政工程集团有限公司）