大吨位索缆吊技术在大跨度斜索桥施工中的应用

徐仲文

（江西省交通工程集团有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

索缆吊系统是一种可兼顾水平和垂直移位的工程起吊装备系统，该系统融合了桥面起重机整体吊装和悬臂拼装技术，较大程度上规避了两种单一技术的局限，通过有效的系统组合，较好地解决了狭窄场地条件下，大跨度预制梁悬臂吊装工程需要，在山区拱桥或悬索桥工程中应用越来越广泛。某大跨度钢桁梁斜拉桥，受桥址区场地条件的限制，采取梁段预制、现场吊装的施工方法。由于跨径长，梁段重量大，故工程采用了大吨位索缆吊系统，较好完成了大跨度钢桁梁节段的悬臂吊装施工。

1 工程概况

某高速公路的控制性桥梁工程，系大跨钢桁梁混凝土复合结构斜拉桥，全长1466.50m，主桥采用双索面双塔斜拉索结构设计，主跨800m。主跨为钢桁梁，边跨为PC箱体梁，边中跨比为0.275。中跨钢桁梁选用“N”形桁构，梁高为8m，梁宽为28m，标准梁段长为16m。

由于受场地条件的限制，该工程对其主跨钢桁梁采取梁段预制、现场吊装的施工方法，最大梁段起重量为2800kN。为保证工程安全施工，工程采用大型索缆起吊系统，开展预制梁现场吊装施工操作。

2 索缆吊系统配置

2.1 大吨位索缆吊系统简介

本文所探讨的索缆吊系统，是大型预制梁施工所应用的索缆起吊系统，一般由承载系统、牵引系统、起重系统、保障系统、机电控制系统等功能部分组合构成。其中承载系统由承载索、锚体、索鞍等子系统构成，牵引系统由绞车、滑车组、滑轮组等子系统构成，起重系统由绞车、滑轮组、跑马等子系统构成，保障系统由前后背索等子系统构成。既有承力系统，又有动力系统，既需要自身机械和机电系统协调运行，又需要与桥系协调统配开展工程操作，其体系相对复杂。

索缆吊系统采取匹配悬索结构，承载索鞍直接装配在特大型斜索桥的主塔上，两端均有锚碇固定主索。依据实际地质情况，两端的锚碇多设计成岩锚预应力结构，跨度可达800m，最大载荷工况下的跨中最大悬垂可达61.53m，仅承载绳自身重量的空索工况下，矢跨比为1/19，最大设计矢跨比为1/13。

2.2 索缆吊系统布置

案例大桥由于受场地条件的限制，主跨钢桁梁采取梁段预制，索缆吊现场吊装施工方法。其主梁顶面标高为1272.51m，上横梁顶面标高为1359.01m，高差86.5m，上横梁向主塔外悬挑了3.50m。索缆起重系统应用中，索鞍直接装配在悬臂梁的外伸悬臂位置，由滑道梁、预埋件、支承梁、索鞍、滑轮组等构成，每组承载索上有2台起吊小车，起吊小车间采用钢索连接。两台单边起吊小车的吊点中心距离是8m。两侧设有起升绞车和牵引绞车，从而牵引起吊小车在承载索上走行和吊升钢桁梁段。

案例工程应用中，索缆吊系统沿桥跨左右设置2组承载索，每组承载索采用12根f60钢缆构成，2组承载索的两岸锚固点的中心距为40.0m，跨中心距为35.50m。A岸和B岸两侧各配置2个锚碇系，均为岩石锚碇结构，锚碇与桥梁纵方向中心距为20.0m。A岸侧跨左右幅锚固，分别是230m与209m，B岸侧跨左右幅锚固均是230m，并且为了降低起吊系统对主塔横向移动的影响，设置了专用的背索，以调节主塔横向移动。

3 索缆吊技术状态试运行检测

索缆吊系统的索鞍系统，多直接装配在工程主塔上，工程结构与临时机械结构的耦合作用，会使施工过程中的结构应力和形变控制变得相对复杂。为保证桥梁安全及施工质量，对于技术环节多、控制系统相对复杂、成段载重跨空操作的索缆吊系统，在正式投入吊装应用操作前，应对其进行技术状态试运行检测。

3.1 试吊载荷参数

在承台前开展索缆吊试运行检测，在试吊之前，首先在承台前放样索缆挂架的正投影线，将挂架中心置于投影线下方距离塔中心20m区域，接连吊架与索缆下挂架，调整下挂架液压缸，确保索缆挂架水平。

载荷试验检测分为静载试验检测和动载试验检测2种，先进行静载试验检测，后进行动载试验检测。静载试验检测加荷分为五种工况：空载荷、50%载荷、75%载荷、100%载荷和120%载荷，其中50%载荷分为背索拉张和不拉张2种工况，75%载荷、100%载荷和120%载荷都采取背索拉张。动载试验检测分为4种工况：30%载荷、50%载荷、100%载荷和110%载荷。

混凝土预制砌块作为试吊载荷，试吊总载荷为250t×1.2=300t，将试吊载荷放在索缆挂架上，并通过吊索，与索缆吊机的下挂架连接，试吊挂架左右各配一组，中间用f28钢缆接连；每个挂架承载力为1500kN，采用两组桁构片作为承重梁，挂架重量24t。

3.2 试吊过程

试吊加载程序如下：

（1）静载：空载→50%载荷不拉张背索→50%载荷拉张背索→75%载荷拉张背索→100%载荷张拉背索→120%载荷拉张背索。

（2）动载：30%载荷拉张背索→50%载荷拉张背索→100%载荷拉张背索→110%载荷拉张背索。

试吊过程如下：

（1）检查索缆吊，准备好试吊事项。

（2）开展空载试验检测，对有关数据进行观测。

（3）空载试验检测实现后，将索缆吊逐级装配在主塔承台的前方，开展静载试验检测。

（4）每级加荷后，启动吊升系统，将混凝土预制块吊升到离地10cm高度，然后静止60min，对各个受力部位进行检查，观测记录有关数据。

（5）静载试验检测后，开展动载试验检测，将载荷减到100%，然后启动牵引系统，使移动车运行至距离索鞍中心线20m位置，观测记录有关数据。

（6）启动吊升系统，吊升30m，静止60min，观测记录有关数据。

（7）移动车运行到跨中时，静止60min，观测记录有关数据，启动吊升系统，将混凝土预制块吊升到桥面标高，然后静止60min，观测记录有关数据。

（8）移动车运行到距离索鞍中心线的20m区域，静止60min，观测记录有关数据。

（9）吊升系统运行，在另一岸侧开展1次吊升试验检测，检查吊升绞车是否符合吊升技术需求，返回初始岸侧。

（10）在另一侧岸上，加荷至110%，开展动载试验检测，试验检测中移动车走行至跨中部，完成数据采集，再返岸卸荷，整理分析所获得数据。

3.3 试吊数据采集

试吊过程中，以百分表获得地锚移位数据，借助应变片获得平衡轮应变数据，通过激光测量仪获得塔偏和承重绳垂度数据，通过百分表和应变片获得上横梁悬臂段应变数据。

试验检测中，垂度误差在5%之内时，对于结构影响相对较小，对钢桁梁吊装没有影响。

案例索缆吊的静载和动载试验检测，从锚碇、上横梁、吊索、牵引等各技术点，采集获得了试验数据。经过数据分析可知：检测数据符合工程施工所需起吊功效，显示该索缆吊系统满足安全施工要求，可用于钢桁梁的节段吊装施工。

4 斜索桥钢桁梁节段吊装操作要点

4.1 吊装前准备

将梁段运至吊下，吊装对位并清理栓接面，同时将安全网挂好。在吊梁前，将吊具下落至距桁构梁一定距离，安排12人同时在4个点装配吊具，并用链块调整吊耳与吊具，给予对位销接。吊具装配约在2h内完成。装配吊具时，同时用木楔子撑开弦杆接头拼接板，呈现喇叭形态以作为导向。

对缆吊、吊耳、吊具进行系统检查，在确定一切正常后，同时缓慢启动上下游200kN的起重绞车。吊装过程中，应注意4个吊点保持水平，当吊装距离支撑面约10cm时，吊装暂停，保持吊段静止10min左右。检测组进行误差测量，并再次对缆吊、吊耳、吊具进行系统检查。在确定一切正常以后，继续吊装。在吊到一定高度以后，从已经装配的梁段底部，采用牵引绞车，慢慢调节使得梁段就位。当梁段就位以后，垂直吊起主梁，开始对接主桁架，索缆吊的最大纵向移动距离约为750m。

4.2 栓固与索缆吊脱钩

（1）冲钉和临时栓具装配。节段梁对位以后，检测组应立刻对轴线和标高进行检测，同时安排作业组，冲钉和装配临时栓具。上弦杆一个接头，大约需要286个螺栓，下弦杆一个接头，大约需要384个螺栓，各弦杆的单侧腹板，共设计有96个螺栓、18个冲钉和8个临时栓具，它们均匀排列成梅花形，每个接头共需装配64个冲钉和32个临时栓具，完成装配以后，检测组给予线性复测。

（2）高强螺栓操作。完成复测，在线形符合技术要求后，实施高强螺栓操作。先将腹板上的高强螺栓全部插入，再将冲钉及临时栓具，一一换穿，将整个接连板上的高强螺栓全部换穿以后，再对高强螺栓从中心向两侧对称初拧，然后将腹板另一侧的高强螺栓全部换穿。最后，对弦杆顶、底面的高位螺栓，按初拧、复拧至终拧的顺序，全部给予拧紧。同时开展斜腹杆及下平联的高强螺栓操作。为了消除高强螺栓操作过程中温度应力的影响，注意采取多点同时操作措施，拧紧4根弦杆的腹板与斜腹杆，以尽可能降低栓固操作时间。

（3）焊接上弦杆顶板接缝。在操作弦杆高强螺栓的同时，焊接上弦杆顶板接缝板，装配陶瓷垫片。完成高强螺栓操作，在缆吊松开挂钩后焊接接头板。接头板厚4cm，长1.5m，接头板焊接同时，将本节段余下的桥面板转移到梁段附近，并装配基准索和PE护套。继而进行吊装对位，开展桥面板装配平台的牵拉操作，技术人员开展高强螺栓质量抽检。

（4）松钩拆吊。完成梁段高强栓终拧，完成上弦杆顶板焊接后，松开吊钩，拆去吊具。

4.3 装配节段面板

本工程的1个梁段，共设计有18个桥面板，其中4个与梁段同期吊装，其余14个在松开吊钩后，经汽车吊给予装配。首先将节段面板由中间向两侧对称进行装配，再装配内桥面板。铺板后，采取先段间，再段内的顺序，先固定次横梁冲钉和临时螺栓，再固定次纵梁冲钉和临时螺栓。在定位了次横、纵梁的接板后，立即开展螺栓初拧与复拧作业，并对桥面板进行码板加垫和焊接。完成上述操作以后，立即焊接桥面板的对接码板，同时开展U肋高强螺栓操作。

4.4 线形控制与背索力调整

4.4.1 桁梁线形控制

线形是否符合设计要求，离不开施工过程的线形监测与控制。线形控制过程，就是在施工过程中搜集已操作完成结构部分的线形状态，并对照设计标准，形成线形调节或控制参数的过程。大跨度斜索桥的结构线形，其设计多比较理论化。为确保线形达到设计需求，线形施工监控是必不可少的工程技术环节。为了确保桁梁轴线直顺和拱度满足设计标准，在装配操作过程中，应适时注意检测如下方面：

（1）主桁架的挠度值检测，每组装一节需检测一次，记录信息，需注明当时的缆吊所处位置。

（2）检测桁梁中心线，每组装一节需检测一次。为了降低强光线对测量准确度的影响，应选择在夜间恒温段开展检测，检测时，缆吊暂停作业。

（3）主桁架横截面检测，每个孔跨截面均要测量；每段钢桁梁完工后，桁梁所有各节点的拱度，均需测量核准。

（4）注意两岸水准点的闭合测量，注意岸上测点与观测墩的闭合测量。

（5）绝对高程检测，应在温度更为稳定的凌晨时分进行。

（6）每次梁节段对位时，其标高、左右高差，应确保控制在设计要求之内。

（7）强化桁梁的装配精度控制，每节段的装配精度控制测点至少不能低于8个。

4.4.2 调整背索力

（1）吊梁时，先将背索拉张至同吊梁工况相对应的索力值。

（2）脱钩以后，将背索的索力调节到空载条件下相应的索力值，并及时测量背索拉张前后主塔顶的偏位。

（3）钢桁梁装配过程中，两岸应根据相应工况实现背索力的调节，尤其是吊梁前、解钩后、斜索拉张前等工序，主塔顶部偏移量，应通过调整背索力给予调节修正。

5 结语

综上所述，本文阐述了大吨位索缆吊系统的主要构成；介绍了案例工程所应用的索缆吊系统的布置、索缆吊试吊及数据采集分析过程；梳理了斜索桥钢桁梁节段吊装操作技术要点，包括吊装前准备、节段对接与调整、栓固与索缆吊脱钩、装配节段面板、线形控制与背索力调整等，对大跨度斜索桥的梁段吊装施工应用，有技术参考意义。