缆索起重机在连续刚构桥施工中的应用

杜 洪 亮

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

1 概 述

某山区特大桥跨江布置，江右岸与既有道路相连，左岸无道路通达，桥位处两岸地形陡峭，河道内常年水流流量大且水流紊乱，仅小型船只在安全绳的导向下可以横渡江面。本桥主桥为120 m+220 m+120 m预应力混凝土连续刚构，主梁采用单箱单室箱型截面，顶板宽9 m，底板宽6 m，箱梁根部梁高14.0 m，中跨跨中及现浇合龙段梁高4.5 m。箱梁0号块长15 m，每个“T”向两侧各划分25个节段，“T”构最大悬臂长度为108.5 m，交界墩现浇段长度为3.88 m。主墩高度为172 m，采用双向变坡空心薄壁墩，基础形式为承台桩基础。两岸引桥分别为2×35 m的T梁和3×16 m的连续板桥。缆索起重机立面布置及主要钢索参数分别见图1、表1。

图1 缆索起重机立面布置

表1 主要钢索参数

2 材料设备运输方案选择

2.1 多条施工便道加塔吊方案

按照以往工程经验，本桥可以采用每个桥墩修一条施工便道和架设一台塔吊的方式进行施工，或者采用相邻较近的桥墩共用施工便道和塔吊的方法。根据地形、桥梁跨径及塔吊的起吊能力，本桥至少应该在2号、3号、4号及5号桥墩处设置塔吊及修建便道。

江左岸无既有道路与外界连通，需要架设一座便桥。因所跨大江流量大，江面宽，且主桥施工工期长，故修建的临时便桥规模较大。如采用梁式钢架桥，则江内需设置桥墩，修建难度及工期均很大；如采用索道桥，通行能力可以满足要求，但施工成本过高。

本方案中采用混凝土泵进行混凝土的垂直和水平运输，随着上部结构节段的增多对混凝土及泵送设备的性能要求更高。

因两岸地形陡峭且均为岩质边坡，同时为满足施工便道纵坡要求，本工程至少需要修建的4条施工便道，其总里程必定很大，工程量及施工难度也大，需要较长的施工时间，且对桥位处环境破坏较大，开挖便道会影响岸坡稳定。

2.2 缆索起重机方案

缆索起重机是在无支架施工拱桥及混凝土大坝施工中经常采用的设备，其垂直和水平运输机动、灵活，适应性广，施工比较稳妥。缆索起重机应用于本工程可以满足材料设备运至各个工作面的要求，但仍需在右岸修建一条施工便道，并修建缆索起重机的起吊平台。各施工面开工前需要将小型挖掘机用缆索起重机吊至工作面，平整场地。本工程各工作面开挖方量较少，可以用缆索起重机吊运开挖土方。材料运输、桩基钢筋笼吊装、桥墩模板架设均采用缆索起重机完成。但应该在主桥轴线一侧适当距离修建一座人行便桥，用于左岸各工作面人员上下班通行及备用混凝土泵管敷设。人行便桥采用索道桥形式，跨径约270 m。

2.3 方案比较

塔吊方案较成熟，材料到达工作面方便；各工作面具备独立的施工环境，彼此不受影响；人员可以直接乘车到达工作面，节省时间和节约体力；但临时便桥规模较大，且修建多条较长的便道成本高，工期长，不利于环保。

缆索起重机方案开挖量少，施工工期成本适中，且有利于环保，可以作为本项目的推荐方案。

3 缆索起重机系统设计

本缆索起重机主要用途：将小型挖掘机吊运至左岸；将左岸及没有施工便道的工作面的弃渣吊离工作面；运输各工作面的材料设备；桩基钢筋笼吊装入孔；桥墩模板提升；0号块扇形支架及挂篮拼装；各工作面的混凝土供应；引桥T梁采用架桥机施工。

3.1 缆索起重机的组成

缆索起重机主要由绳索系统(承重主索、起重索系统和牵引系统)、索鞍、起重跑车以及绳索系统的锚固系统和电气系统等组成。

3.2 缆索起重机的布置

本缆索起重机要实现材料、设备、模板架设等全部水平及垂直运输任务，因本桥承台较大桩基布置分散，悬臂施工时箱梁节段与其他工作面可能同时施工，再考虑本桥各施工节段混凝土浇筑方量、桥墩尺寸及地形地质情况等因素，本缆索起重机采用4×16 t(运输主索)+1×5 t(工作索)、对称于桥轴线布置，即工作索与桥轴线重合，两侧分别按间距为2 m和2.5 m布置运输主索。吊装索跨为66 m+672 m+5.5 m，岩锚单塔结构。在距桥梁右岸0号桥台台尾5 m处沿桥轴线上设置索塔，承重索通过索塔上的索鞍锚固于塔后设置的钢筋混凝土群桩锚碇，同时在群桩上设置起重索及牵引索卷扬机和电路控制设备的布置平台。在右岸视野开阔区域设置操控室。左岸由于地形陡峭，不设索塔，主索通过设置于地面的索鞍直接与钢筋混凝土桩锚相连。右岸边跨主索水平夹角为17.4°，左岸边跨主索水平夹角为7.1°。由于地形陡峭，索塔设置前缆风困难，采用压塔绳替代。索塔后侧及上下游分别设置后缆风索和侧缆风索。两岸索鞍的高度差为19 m。缆索系统总体布置见图1。

3.3.1 吊重的确定

根据最大不可拆分构件重量、混凝土特性对浇筑速度的要求及工期等因素，将一组主索最大吊装净重量确定为160 kN，计算中考虑1.2为冲击系数。

3.3.2 承重主索计算

通过以上计算已经确定了满载状态缆索起重机的基本参数，由悬索的拉力增值公式可得承重索竣工状态的垂度为32 m，矢跨比为1/21。此参数用于竣工状态下的验收。

3.3.3 起吊索计算

选用工作线数4的滑轮组，转轮数为3，导轮数为3，对照《公路设计手册-拱桥》表9-18可知，滑轮组系数n=3.33，起吊索的最大拉力为64 kN，因此可以选用10 t的卷扬机。

3.3.4 牵引索计算

设吊装时跑车距索塔最小距离20 m，并考虑初张力、跑车与主索之间的摩擦力以及转向滑轮的摩擦力。经计算牵引力为110 kN，所以可以选用15 t的卷扬机。

3.3.5 工作索计算

3.3.6 索塔

由索塔、塔顶分配梁、索鞍构成，索塔为厂家定制贝雷片组装而成，索塔设置4道横系梁；索塔计算时应考虑主索(工作索)、起吊索、牵引索、压塔索及侧向风缆的初张力的各种可能工况的组合。采用结构分析软件SAP2000分析计算索塔结构的受力，见图2。

图2 索塔计算模型

4 缆索起重机系统吊装试运行

缆索吊装系统安装完成，正式吊装前，应进行以下几方面的工作：

(1)复核竣工索垂度，在吊重物要达到的设计工况位置做好标记。

(2)对缆索吊装系统进行全面系统的检查并进行试吊，以检验吊重能力及系统工作状态。缆索系统的试吊包括吊重的确定及重物的选择、系统观测、试验数收集整理。

(3)根据有关技术规范规定和本桥的实际情况，试吊重量以0.8 G、1.0 G、1.2 G(G为吊装最大重量16 t)三种重量进行试吊。试吊应包括空载试吊、静载试吊、动载试吊。

5 结论及建议

缆索起重机为非定型产品，是施工单位自行建造的特种设备，设计施工的专业性强，备案手续多，运行中日常检查工作量大。

本桥桥墩采用变截面空心薄壁墩，且群桩基础相对于桥轴线分散较远，应用缆索起重机进行钢筋笼吊装入孔及模板提升时，操作精度不易控制，往往需要多次尝试才可满足要求。但本套系统因功率较高，无法采用备用电源，因此受国家电力网络的稳定性影响较大。