山区陡坡条件下高墩大跨缆索吊装施工技术

■林国樑

（福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福州 350002）

1 概述

1.1 工程概况

莆炎高速沙溪大桥位于三明市三元区莘口镇，为线路横跨205 国道、 沙溪河及月亮湾景区而设，是全线重难点、控制性工程。 大桥采用双向六车道设计，右幅桥长1398 m，左幅桥长1408 m，桥面宽度为15.5 m。 其中，主桥设计为变截面钢桁梁连续刚构桥，跨径布置为(100+176+176+100)m；主桁架上弦杆为2.0%纵坡，主桁桁高5.5～16 m，在顺桥向按二次抛物线变化； 桁架标准节间水平长12 m，两片主桁架弦杆中心间距9.5 m， 钢桁梁在江面拼装平台分节段制作及储存，采用缆索吊装技术进行架设安装（图1）。

图1 沙溪大桥施工现场

1.2 缆索吊装总体布置

本缆索吊装机设计以不影响主、 引桥施工、同时满足上部钢结构、 桥面板等的安装需要为目的。缆索吊装机系统由主索、工作索、起重索、牵引索、塔架风缆、起重小车及起吊滑车组、索鞍、塔架、锚碇、卷扬机和控制系统等组成[1-2]。

根据桥梁结构、现场地形（地质）等情况，设计两岸塔架皆设置在每岸交界墩顶部，缆索运输系统主索跨径L=552 m。 根据起吊高度的要求，莆田岸塔架高度为74.69 m， 含3# 交界墩总高度为144.89 m；炎陵岸塔架高度为80.69 m，含7# 交界墩总高度为167.99 m。 为使塔柱不影响主桥钢桁架梁的安装及墩顶引桥排架墩的施工，考虑设置净高10 m 的门式墩过渡，门式墩与过渡墩顶固结。

缆索系统全桥共设置2 组主承重索及2 组工作索（图2）。 2 组主承重索横向间距9.5 m，与主桁架梁宽度相对应。 每组承重索额定起吊能力65 t（2 组共130 t）， 每组承重索由6 根φ56 mm （6×37S+IWR 1870 MPa）的钢丝绳组成，每组承重索上设置前后2 个吊点，每个吊点额定起吊能力32.5 t。

图2 缆索吊装布置图

2 施工工艺

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图3 所示。

图3 施工工艺流程

2.2 施工要点

2.2.1 塔架预埋件施工

柱脚预埋板在交界墩盖梁施工时预埋，埋设位置应准确，并设置一定的架立钢筋（或小型钢骨架）定位牢固，防止浇筑砼时移位；每块预埋板四角及各预埋板之间高程误差不大于±1 mm， 平面位置误差不大于±2 mm[3]。 预埋板底面砼浇筑密实，确保砼的局部承压能力。

2.2.2 塔架安装

（1）塔架在厂家进行精加工后运输到施工现场将每肢4 根立柱钢管两相邻2 节段应在工厂与腹杆一起进行整体预拼装，拼装合格并对应编号采用STT153 型自升式塔吊进行安装。 （2）塔脚第1 节立柱安装质量是整个下部塔架安装的关键，必须控制好其平面位置、顶面高程及垂直度。 塔架基础施工完成后， 在基础预埋板顶面放样立柱对位大样，先初步对位立柱位置，然后将一侧塔脚的4 根立柱通过腹杆连接成整体，然后通过塔吊配合千斤顶精确对位立柱位置， 必要时用1～2 mm 薄钢板调节立柱垂直度， 当立柱平面位置及垂直度调整满足要求后，将一侧4 根立柱先与基础预埋钢板点焊，然后再按设计焊缝厚度要求将立柱与预埋钢板焊接，为减小焊接变形，对称立柱最好同时进行焊接。 （3）塔脚立柱安装完成后，开始安装第二节段立柱，立柱安装利用塔吊进行，每节段先安装立柱钢管，再安装立柱间连接腹杆，安装时确保立柱垂直度。（4）塔间横梁由万能杆件组拼而成，塔间横梁的安装采用悬臂拼装，也可根据起吊设备能力在地面拼装成整体后，利用塔吊或吊车整体吊装。 （5）下塔顶分配梁采用单根安装，然后栓接缀板形成整体组合梁，下分配梁L1 为2 根HN600×200×11×17 的窄翼缘H 型钢组合梁， 上分配梁L2 为3 根HN600×200×11×17的窄翼缘H 型钢组合梁， 正对铰座共6 根组合梁。（6）上塔分配梁为700 mm 高×470 mm 宽钢箱梁，根据起吊重量可分节安装， 接头采用坡口对接焊，保证等强度连接，焊缝必须达到二类焊缝要求并进行超声波探伤。 分配梁安装完成后，在其上安装滑道，滑道接头采用栓接，接头顶面应平顺，必要时应打磨，以利索鞍支架滑行，减少索鞍移动时的摩擦力。（7）塔架风缆索主要用来平衡承重主索、工作索、起吊牵引索及风荷载产生的不平衡水平力。 塔架风缆索的设计不仅要考虑风缆强度，同时要保证风缆有足够的刚度（风缆截面积）来约束塔顶位移，上下塔架皆设置前后风缆各4 道，上塔架前风缆采用通风缆，塔架安装过程中，应在每20 m 左右设置纵横向临时风缆，在塔架固定风缆安装完成后拆除，以方便塔架垂直度调整和确保临时稳定。

2.2.3 主锚碇的施工

全桥共设4 个钢筋砼桩基承台结构锚碇。 主锚碇设置于缆索吊装机纵轴线两侧且对称于纵轴线布置，左右幅桥分别布置，一幅桥主梁安装完成后，2 组承重索在塔架及锚碇上的锚固位置同时移至另一幅，进行另一幅桥主梁的安装，以减少承重索等后拉索对塔架的横向水平荷载作用。 主锚碇单个承台平面尺寸为9.5 m×9.5 m，承台高2.5 m，每个承台下部设置4 根C40 钢筋砼桩，前后排各2 根。

2.2.4 缆索系统安装

（1）主索安装。 主要包括两个关键的工序：一是主索牵引过跨，二是垂度调整[4]。 主索过跨采用从炎陵岸展放牵引至莆田岸的方法。 主索在运至工地前由厂家提前进行预张拉处理，并根据施工要求的每根长度进行截取。 在每根主索的跨中涂红油漆标识，以便于测量主索跨中矢度。

（2）导引索安装。 因主索单位长度重量较大，若直接牵引主索过跨，所需张拉力较大，且安装困难，所以在安装主索前先安装导引索，通过导引索将主索牵引过跨。 导引索采用直径φ24 mm 的6×37S+FC-1670 钢丝绳，利用麻绳牵引过跨，麻绳利用渡船牵引过跨。 先在两岸主锚碇位置各设置一个16 t转向滑车， 转向滑车通过φ32 mm 预埋锚环固定，在两岸锚碇附近各布置一台8 t 导引索牵引卷扬机并锚固牢固， 将导引索一端进入炎陵岸牵引卷扬机，另一端绕过主锚碇位置的导向滑轮后与麻绳连接利用人工或卷扬机翻过两岸塔顶索鞍轮从炎陵岸牵锚碇位置引至莆田岸锚碇位置（麻绳利用塔吊提升上塔），绕过16 t 导向滑轮后，再进入莆田岸的牵引卷扬机，然后利用卷扬机对导引索进行张拉收紧，使导引索跨中垂度控制在约L/15，至此导引索安装完成。 导引索牵引卷扬机利用预埋锚环或埋置式地垄锚固。

（3）主索垂度调整。 主索从炎陵岸向莆田岸牵引，先在炎陵岸设置一个16 t 转向滑车，将主索一端绕过16 t 转向滑车后与导引索索夹连接，60 索夹卡4～5 个，另一端设置尾梢绳用5 t 卷扬机牵引。然后开动导引索牵引卷扬机带动导引索，莆田岸卷扬机收，炎陵岸卷扬机放，从而带动主索前端从炎陵岸向莆田岸移动，尾梢随着慢慢放松，尾梢不应收得太紧，否则牵引力过大。 前端随导引索移动通过两岸塔顶座索鞍至莆田岸主锚碇后， 停止牵引，将主索与锚碇位置的32 t 收紧滑车组连接。主索在牵引途中不能扭转，牵引过程中必须有人在一旁监视，随时整理。

（4）牵引索及起重小车连接索安装。 牵引索采用φ28 mm 钢丝绳（6×37S+FC）“走4”布置，主索空载调整完成后，可安装起重小车牵引索。

（5）起重索安装。 起重索采用4 根φ24 mm 钢丝绳（6×37S+FC）,每根起重索“走10”布置，牵引索安装完成后可进行起重索安装。 具体安装工艺流程为：卷扬机垂直运输下吊点→下吊点临时就位在起重小车的下面→下吊点固定→将起重索的一端穿过炎陵岸主锚碇处的转向轮→向前穿过索鞍下的转向轮→向前穿过上吊点的滑轮→向下穿过下吊点的滑轮→共上、 下穿绕10 次→绳头从上吊点穿出至莆田岸塔顶索鞍下的导向轮→进入莆田岸锚碇处导向轮→进入莆田岸8 t 起重卷扬机→另一端进入炎陵岸8 t 起重卷扬机→提升下吊点→解除上、下吊点之间的连接绳。

（6）起重小车安装。 缆索吊装起重小车由主索索轮，墙板及吊点下挂滑车等组成。 在塔架拼装完成后，在其顶部索鞍的前方搭设一工作平台，该平台必须具有能够支撑起重小车重量、吊点重量的强度及刚度， 将小车安放在工作平台上并确保其稳定，等主索安装完毕后再安装下挂滑车组，在牵引索和起重索安装完成后进行起重小车连接。 具体施工工艺流程为：带紧靠主塔边起重小车的牵引索→用临时索带紧靠跨中边的起重小车→将连接索把两起重小车连接→解除前起重小车固定装置→放松临时索使靠跨中的起重小车向跨中移动→使连接索受力、临时索不受力→解除临时索→解除后起重小车固定装置→放松牵引索， 使起重小车前移20 m 左右。

2.2.5 动力系统施工

缆索吊装机动力系统由牵引机构、 起升机构、自动化控制系统组成。 牵引机构为2 台15 t 卷扬机，钢丝绳采用φ28 mm；起升机构为8 台8 t 卷扬机，钢丝绳采用φ24 mm；卷扬机转向均通过预埋在主锚碇内的转向轮及塔顶导向轮实现。 设置砼地锚梁， 在地锚梁内预埋钢板及型钢来固定每台卷扬机，注意卷扬机四角固架应与预埋钢板对应并焊接牢固，每台卷扬机前缘设置2 根I16 工字钢防止卷扬机滑脱。

2.2.6 系统调试

缆索吊装安装完成后，按吊机实际使用存在的各种工况进行试吊，加强主塔架的监控监测，随时掌握塔架的偏位情况，验证缆索吊装的各项技术参数是否与设计值相吻合，确保使用过程中索吊结构的绝对安全；同时，制定了详细的缆索吊装安全操作规程和检查制度，避免因操作失误而带来不良影响，定期检查塔架、缆吊系统和机械部分，发现问题及时处理，保障缆吊的正常运行。

3 荷载试验

对缆索吊装系统进行全面检查并进行荷载试验[5]，其主要目的是检验系统的吊重能力是否满足设计要求、系统的安全可靠性及其工作状态。

3.1 试吊重量的确定及重物的选择

根据有关技术规范的规定并结合本桥的实际情况，以本桥最大设计吊重G=65 t 为100%试吊重量，按空载→60%G（39 t）→100%G（65 t）→110%G（71.5 t）→125%G（81.25 t）确定。 其中，125%G 仅做静载试验。

本桥试吊重物选用成捆绑扎的粗筋（图4）。

图4 试吊荷载图

3.2 主要检测项目

主索吊重垂度及张力观测：塔架顶位移观测；交界墩顶变形观测；地锚位移量观测；塔顶结构、塔架杆件、紧固件的局部变形观测。

3.3 加载程序

3.3.1 空载试运行

从起吊平台将空载起重小车起吊离地面50 cm并停留10 min，进行观测卷扬机、滑轮组、电气等机组控制系统是否运行正常并做好记录。 如无异常，提升并牵引分别至跨中及两岸塔前15 m 处并停留10 min，重复观测是否运行正常并做好记录；如无异常，最后将空载起重小车返回起吊平台。

3.3.2 60%G 试吊

从起吊平台起吊离地面50 cm 并停留10 min，进行前述的各项观测并做好记录。 如无异常，提升并牵引重物分别至跨中及两岸塔前15 m 处并停留10 min，重复各项观测并做好记录；如无异常，最后返回起吊平台卸载，并观测卸载后的各部残余变形。

3.3.3 100%G 试吊

从起吊平台起吊离地面50 cm 并停留10 min，进行前述的各项观测并做好记录。 如无异常，提升并牵引重物分别至跨中及两岸塔前15 m 处并停留10 min，重复各项观测并做好记录；如无异常，最后返回起吊平台卸载，并观测卸载后的各部残余变形。

3.3.4 110%G 试吊

从起吊平台起吊离地面50 cm 并停留10 min，进行前述的各项观测并做好记录；如无异常，提升并牵引重物分别至跨中及两岸塔前15 m 处并停留10 min，重复各项观测并做好记录；如无异常，最后返回起吊平台卸载，并观测卸载后的各部残余变形。

3.3.5 125%G 试吊

从起吊平台吊离地面50 cm 并停留10 min，进行前述的各项观测并做好记录；如无异常；卸载并观测卸载后的各部残余变形。

通过各项荷载试验数据验证显示，各机构动作灵敏，工作平稳可靠，各项安全性能达到设计要求，各限位开关及安全保护联销装置的动作准确可靠，各部零部件和结构无损伤现象，电器系统和电机无过热现象，满足安全使用功能要求，可顺利投入正常使用。

4 质量控制要点

（1）主塔架必须保证对称安装，中心构件先吊装，再向两端安装，并加强对塔架位移、标高的跟踪观察，确保塔架的安装符合规范要求；（2）承重索地锚，地锚梁、转向轮、索鞍、卷扬机每个地方必须安排专人观察、检查；（3）塔架螺栓的紧固、杆件安装是否正确，线形顺直、初始位移达到设计要求；（4）锚碇砼、钢筋、结构尺寸、锚固深度等符合设计要求；锚索锚固深度及风缆锚索张拉力是否符合设计要求；锚具夹片是否松动或退锚，钢索对应锚固位置是否正确；（5）钢丝绳（牵引、起重），钢丝绳质量、磨损、断丝情况、转向的布置、摩擦等，穿索是否正确；（6）牵引卷扬机启动要缓慢，行进速度要平稳；构件在吊运时，起重卷扬机要协调配合，并控制构件在空中的位置； 起重卷扬机不得突然起升和下降构件，避免产生过大的冲击；（7）起重指挥人员在吊物起吊前应及时检查、清理吊物上的杂物，吊物起吊后下方不得站人；（8）起重作业前起重指挥及司索人员严格检查吊装作业使用的钢丝绳、卡环、吊耳等关键吊具，不得“带病”使用；加强安全教育和现场监督，起重操作和指挥人员必须持证上岗，并严格遵守各项安全操作规程。

5 结语

缆索吊装施工技术的成功架设，有效地解决了山区陡坡地形条件下大跨度桥梁拼装施工难题，吊装系统的安装与运行要满足相关技术规范要求，安排专人重点把控主塔架、承重索地锚、钢丝绳、起重卷扬机、滑轮组等施工质量。 目前该施工技术还成功运用于浙江省衢黄高速公路城底线1# 桥独墩桥梁加固施工中的钢盖梁吊装，取得良好效果。 可见，缆索吊装施工技术在特定施工环境下，具有很好的应用价值。