上承式拱型桥梁拱肋安装工作吊篮的布置方法

摘 要：拱桥在我国已有上千年的历史，在过去由于受到建筑材料的限制，只能以天然石材作为建造桥梁的主要材料，从而制约了大跨径形式的桥梁出现。到了现代，伴随着新科技新材料的出现应用，建造大跨径的拱桥已不在是困难，拱桥的结构形式也得到了扩展，有下承式、中承式、上承式，艺术美感也焕然一新。拱桥之美在于拱，拱也起着整座桥梁传递荷载至基础的作用，但对于采用无支架方法施工的箱形拱桥时，在拱肋安装过程中，需要人员到达拱肋安装点进行螺栓安装调节、扣索挂扣紧固、风缆挂扣紧固、端头上部杀尖等工作，这种工作属典型的高空作业，安全风险高，这时就要利用一种工作吊篮运输人员到达拱肋安装位置，这种工作吊篮设施极大的方便了桥梁施工并保障了人员的安全。

关键词：拱桥；无支架法施工；工作吊篮

前言

上承式混凝土箱形拱桥适用于在陡峭山川、高峡河谷等地形修建，桥梁跨度一般可达百米以上，拱肋节段一般按3段、5段或7段设计，拱肋线型采用悬链线，组成每段拱肋的预制件均在预制场的拱胎上组拼成箱后，再浇筑底板、接头、顶板部位的混凝土固结，形成单榀拱肋节段，接着利用悬索吊装系统两岸对称安装并用混凝土固结接头，这样就形成了拱圈。在拱肋吊装过程中，施工人员需要在拱肋的安装点进行拱肋设计参数的调整和加固工作，但在拱肋未形成固结的拱圈时，人员直接上拱非常危险，这时我们利用工作吊篮运输人员及工器具到达拱肋安装位置展开施工，从而方便了施工也减轻了人员高空作业的风险。

⒈工作吊篮系统

拱肋悬索吊装系统是吊装拱肋的设施，工作吊篮系统是协助拱肋安装的设施，它们是相对独立的两个悬索系统。工作吊篮系统布置见图一。

图一：工作吊篮系统布置图

⒈1工作吊篮系统的原理

天索钢丝绳起着天车行走导向的作用，行走钢丝绳起着天车行走牵引的作用，起重钢丝绳起着吊篮升降的作用。当启动行走卷扬机时，行走钢丝绳因是闭合圈，可使天车沿着天索来回行走到达我们需要作业位置的正上方；启动起重卷扬机时，由于钢丝绳的回收或出放，可使吊篮上升或下降到达我们要到的作业点。

⒈2工作吊篮系统的布置

工作吊篮系统利用索塔和锚锭进行布置，选用的钢丝绳必须符合《重要用途钢丝绳》（GB8918—2006）标准的要求。利用二台6吨快速单筒卷扬机来提供吊篮行走和起重的牵引力，卷扬机可安置在索塔底部，行走钢丝绳与起重钢丝绳的转向利用安装在索塔顶端的滑轮进行转向。

根据工作吊篮设计的提升承载力选用天索钢丝绳、行走钢丝绳、起重钢丝绳。天索钢丝绳是整个系统的承载绳，应选用钢芯钢丝绳；行走钢丝绳和起重钢丝绳需要质地柔软的钢绳，应选用天然纤维芯或合成纤维芯的钢丝绳，钢丝绳截面直径的选取依据吊篮提升荷载的大小选择截面直径。

天索钢丝绳的两端与两岸锚锭联系并用绳卡栓紧牢实；行走钢丝绳在卷扬机滚筒上缠绕三圈后翻过塔顶并经滑轮转向，一头直接与近端天车联系，另一头引至远端索塔并经塔顶滑轮转向引回至天车的另一端联系形成闭合圈，为防止行走钢丝绳运行过程中在卷扬机滚筒上“打滑”，需要提前在滚筒上按一定间隔焊接大直径的光圆钢筋使滚筒自身圆弧线变化成圆折线，以增强钢丝绳与滚筒接触点的摩擦力而避免钢丝绳出现“打滑”现象；起重钢丝绳一端直接与另外一台卷扬机滚筒固定，另一端翻过塔顶并经滑轮转向，引至近端天车滑轮再下放引至动车后，再向上引至天车另一端滑轮再与远端索塔联系形成兜吊的形式。

⒉钢丝绳的选配

假设索塔之间的跨径为250m，天索钢丝绳选择截面直径为44㎜级的圆股钢芯钢绳，行走钢丝绳及起重钢丝绳选择截面直径为22㎜级的圆股纤维芯钢绳，并以吊篮的提升荷载为50kN的情况进行计算，校核选配的钢丝绳能否满足承载要求。

⒉1天索钢丝绳

查GB8918—2006标准：6×25Fi+IWR型φ44㎜级且公称抗拉强度σ=1570MPa的圆股钢芯钢丝绳的最小破断拉力F=1080kN，在跨径250m范围内的绳重G=2022.5㎏=20225N并叠加于挂篮荷载之上。那么，当天车位于跨中并在外荷载50kN时，可得天索的轴向拉力f=20.225+50=70.23kN﹤[1080kN]最小破断拉力，安全系数K=1080÷70.23=15.38，抵抗破断拉力符合要求。钢丝绳在荷载作用下产生的拉应力σ0=70230÷[π×（44÷2）²]=46.19MPa﹤[σ=1570MPa]公称抗拉强度，安全系数K=σ÷σ0=1570÷46.19=33.99，抗拉强度符合要求。

⒉2行走钢丝绳

查GB8918—2006标准：6×37S-FC型φ22㎜级且公称抗拉强度σ=1570MPa的圆股纤维芯钢丝绳的最小破断拉力F=251kN，在行走卷扬机对钢丝绳施加60kN牵引力情况下，可知钢丝绳的轴向拉力f=60kN﹤[251kN]最小破断拉力，安全系数K=251÷60=4.18，抵抗破断拉力符合要求。钢绳在荷载作用下产生的应力σ0=60000÷[π×（22÷2）²]=157.84MPa﹤[σ=1570MPa]公称抗拉强度，安全系数K=σ÷σ0=1570÷157.84=9.95，抗拉强度符合要求。

⒉3起重钢丝绳

因起重卷扬机的最大提升荷载为60kN，所以定义起重钢丝绳的最大轴向拉力为60kN，起重索与行走索采用的是同一规格的钢丝绳，當钢丝绳的轴向拉力在60kN时，对照行走钢丝绳的校核结果，同理得出起重索钢丝绳的抵抗破断拉力和抗拉强度两项指标都符合要求。

⒊工作吊篮的几大优势

悬索工作吊篮具备大跨度运输和起重的功能，是其它起重机械无法比拟的。运输和起重作为工作吊篮最基本功能，它能快速运输人员及小型工具器到达施工点，具备悬空施工时的快速投放能力。

利用工作吊篮牵引钢丝绳过跨、滑车组等部件的安装工作，协助完成拱肋悬索吊装系统的安拆。

利用工作吊篮挂扣拱肋扣索与风缆、调节拱箱节段水平、吊移建筑材料及设备，安装调节拱上排架模板及拆除模板等。

⒋使用工作吊篮需要注意的基本事项

卷扬机操作工上岗前须经专业机构培训合格持证，两台卷扬机一个人操作即可。平时须加强对卷扬机、钢丝绳、天车、动车以及滑轮的检查维护，特别是吊篮起重钢丝绳起着载人安全的关键作用。载人吊篮的吊耳应选用Q235钢材钢筋制作，提升物体的荷载不要超过工作吊篮的允许荷载。

结语

采用无支架方法悬索吊装拱圈时，工作吊篮起着协助拱肋安装的作用。在设计工作吊篮系统的过程中，应依据桥梁规模、荷载重量、施工环境条件等，选用适宜的卷扬机、钢丝绳、滑车等起重设备机具，钢丝绳的截面直径和数量应根据起重物体的重量通过计算确定且安全系数应不小于6。起重钢丝绳也称升降索，直接起着承载吊物荷载的作用，也是整个吊篮系统的薄弱环节，应加强对升降钢丝绳的质量检查和维护。工作吊篮系统是一个相对复杂的悬索吊装设备系统，整个系统由锚锭、索塔、滑轮、天索、行走索、起重索、天车、动车、钢制吊篮、卷扬机、各种绳卡部件组成，除了在设计方面要确保系统的稳定安全外，还应在基础施工、材料购置、系统部件安装、人员操作等环节确保质量合格，任何一个环节存在质量问题或安装问题以及人员违规操作等不利因素，都将给工作吊篮系统的运行带来安全风险。

参考文献：

[1]重要用途钢丝绳（GB8918—2006）.发布.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员会.

[2]公路工程施工安全技术规范（JTG F90—2015）.主编.中国交通建设股份有限公司/中交第四公路工程局有限公司

[3]公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50—2011）.主编.中交第一公路工程局有限公司.

作者简介：

娄世权 —男 —汉.1972-大学本科 —现任技术职称：高级工程师。