浅谈复杂地形超高拱桥梁板缆索安装方法

张善刚

安徽省路港工程有限责任公司

1 引言

缆索吊最初被称为无支架吊装，是我国20世纪70年代在大江大河上安装拱桥节段独创的一种架设方法。由于在江河中不需搭设支架，后来得以广泛应用。90年代末及21世纪初，随着大跨径桥梁在我国大量兴起，缆索吊广泛应用到桥梁施工的吊装中。缆索吊起吊重物后可以沿大跨径桥梁全跨范围内进行移动，起吊点位置不受限制，其架设速度极快、成本低，成了山区复杂地形超高大跨径拱桥梁板安装施工工艺。

2 工法特点

（1）前期设计中采用中墩无支架缆索吊装施工方法施工时，塔架以桥梁全宽布置，起重小车可以在全跨径范围内无障碍快速移动，既可以垂直起吊又可以纵向移动。吊装梁板时在前期对施工过程进行准确合理的数值模拟分析，在ANSYS软件和MIDAS软件中建立相应的模型，对π梁吊装施工过程进行仿真分析，得出安装时拱肋横截面应力以及拱肋的变形，从而为梁板吊装提供相关参数。确保了桥梁主体线型满足设计要求，提高了吊装的效率。

（2）本工法采用固定塔架缆索吊系统作为安装钢管拱桥梁板的起重设备，从钢管拱桥中跨梁板对称向两边施工，大大减少了监控量测的工作量。

（3）本工法克服了采用传统起重设备安装费工费时等难题。缆载吊机不能带载在主缆上行走，只能定点进行垂直起吊，因此不适合山区粱段从两塔侧起吊后再纵向移动的需要；桥面架桥机需采用两台从两端位置对称向跨中的顺序进行架设，使得线形不易控制，对主体线形影响较大，且因架桥机吊重限制，施工难度极大且效率极低，施工成本较高，同样不能满足工程建设需要。

（4）采用本工法安装，有效克服了山区施工现场场地狭窄，材料及构配件运输吊装难度大等难题。缆索吊起吊重物后可以沿大跨径桥梁全跨范围内进行移动，起吊点位置不受限制，其架设速度极快、成本低。

（5）采用缆索吊系统安装梁板，设备投入少，操作方便，工作效率高、经济效益、安全效益、社会效益显著。

（6）为了节约成本，提高粗径钢丝绳的重复使用率，减少一次性投入，采用开闭销接式热铸锚进行接长，使得旧钢丝绳的重复使用更加可行。

3 适用范围

（1）本工法适用于山区复杂地形大跨度拱桥梁板吊装施工，尤其是跨越“V”型深山峡谷的拱形桥梁，两岸坡度在70°～90°之间，谷底至桥面标高处的高差达几百米。

（2）本工法还适用于跨越江河湖泊等桥梁建筑物的安装和施工。

4 工艺原理

缆索吊结构主要由缆索系统（承重索、牵引索、起重索）、起重小车、锚碇、塔架（含索鞍、承马）及风缆、动力系统（牵引卷扬机、起重卷扬机）等五部分组成。起吊重物通过承重索把巨大拉力传递地锚结构，地锚结构作为最主要的承载结构，为缆索吊系统成败的关键。预应力锚索＋锚墙结构地锚充分利用锚索与其周围岩体的共同作用，锚固承重索。本工法梁板主要由缆索吊系统完成起吊、运输、架梁。缆索吊安装梁板施工程序：MIDAS软件建模分析——缆索吊设计与施工——缆索吊机验收与试吊——测量放样定位——安装永久支座——用平板挂车运梁板至安装位置——缆索吊系统吊装π梁就位——监控量测及验收——横向钢筋焊接。

图1

图2 缆索安装示意图

5 工艺流程与施工要点

5.1 工艺流程（见图3）

图3

5.2 施工方案

基于现场作业条件，采用主桥的缆索吊装系统进行π梁吊装，考虑构件最大重量1.2倍安全系数，采用上下游缆索系统抬吊安装。π梁通过跑车运至施工现场，按顺序进行安装。

图4 缆索安装布置图

5.3 安装顺序（共14孔）

（1）顺桥向先跨中后边跨进行吊装。

（2）横桥向先中板后边板。

为尽量较少π梁安装对主拱圈线形的影响，坚持对称平衡原则，具体吊装顺序如下。

第一步：首先吊装拱上第7孔中板，第8孔中板，然后依次吊装第6孔和第9孔中板。

第二步：然后吊装第5孔和第10孔中板。

第三步：按照第二步吊装顺序依次完成后续几孔中板的安装。

第四步：按照第1步～第3步的吊装顺序横桥向左右对称依次完成每孔边板的安装。

图5 桥孔编号

5.4 缆索系统施工要点

大跨度缆索吊吊装梁板是一项高难度、高风险的施工，缆索吊的施工质量牵涉到梁板的吊装施工安全。要严格控制每一道工序的施工质量，包括：

（1）地锚混凝土浇筑质量，地锚岩锚张拉质量，地锚拉带的加工质量，地锚转向轮加工质量。（2）塔架预埋件埋设质量，塔架拼装质量，塔架焊接质量，索鞍质量，索鞍鞍座安装质量，索鞍安装质量，索鞍加固质量。（3）承重绳质量，承重绳连接质量，承重绳调整质量。（4）起重小车质量，起重小车安装质量，上、下挂架施工质量。（5）牵引和起重系统卷扬机安装质量，卷扬机钢绳质量。（6）梁板吊具加工质量，梁板吊具安装质量。（7）承重绳的热铸锚头现场浇筑质量。锚头浇筑完毕后全部按国标进行顶压试验，顶压荷载为1.25倍设计荷载，顶压后索体最大外移量必须符合国标中要求小于5mm的指标。（8）吊装钢管拱桥及π梁前期对全桥安装施工过程进行准确合理的数值模拟分析，在ANSYS软件和MIDAS软件中建立相应的安装过程模型，对钢管拱桥及π梁吊装施工过程进行仿真分析，钢丝索采用索单元模拟。得出安装时拱肋横截面应力以及拱肋的变形和主桥线型，从而为钢管拱桥π梁吊装及监控量测提供相关参数,以指导其钢管拱桥π梁安装和监控量测。

主吊装系统主跨径313.7m，北岸后锚端跨径为45.5m,与水平线夹角9.85°。南岸后锚端跨径:45m、与水平线夹角19.5°，缆载吊机最大使用荷载50T，全桥设置两套主索吊装系统。

6 结语

（1）本方法采用固定塔架缆索吊系统作为安装梁板的起重设备，设备投入少，操作方便，克服了采用传统起重设备安装费工费时等难题。减少了现场的吊装作业量和高空作业，减少了高空作业安全风险，加快了施工进度，工作效率高、经济效益、安全效益、社会效益显著。

（2）采用本方法安装，有效克服了山区施工现场场地狭窄，材料及构配件运输吊装难度大等难题。采用的缆索吊系统不仅仅用于梁板的安装，还能用于钢管拱桥其他分部、分项工程的施工，极大地节约了项目施工成本。