大跨度拱桥缆索吊装系统施工技术分析

李 卓

（四川公路桥梁建设集团有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

近年来，跨越能力大、运输机动灵活的缆索吊装系统在大跨度拱桥施工过程中得到了比较广泛的应用。在实际的施工过程中，需要考虑的因素较多，涉及到的变化内容和需要使用的工具设备也较多，因此施工具有一定难度。施工人员应充分把握施工关键点，使成拱后的线形符合预定线形，保障每一个施工环节安全有序进行，从而使系统稳定运行。本文以某大跨度拱桥为例，就缆索吊装系统施工技术细节展开具体分析，并介绍施工后缆索吊装系统的试吊和监测。

1 工程概况

某主桥结构为等截面悬绞线无绞拱，计算跨径335m，矢跨比为1/4.2，拱轴系数1.8。主桥上下部均采用左右幅分幅设计，上下部及拱座构造为左右幅均不相连。拱肋分为45个节段施工，拱脚1～2（1’～2’）号段采用支架现浇；3～22（3’～22’）号段采用挂篮悬臂浇筑、斜拉扣挂法施工。本次施工中应用缆索吊装施工方法，拱圈施工过程中对钢筋骨架进行整体吊装，主吊的设计最大吊装重量为15t（含吊具）。

在工程采用缆索吊装法施工，需要多种部件，如主索、扣索、吊机等，依据控制点的具体位置，将各个节段的拱肋吊装到该位置上。对拱脚实施对称起吊，一直到两岸最大悬臂节段，然后合拢。在该方法的应用中，必须要配合固定拱肋法一起使用[1]，必须做好缆索吊装系统的设计与计算（本文只介绍内容，不介绍计算过程）。

2 缆索吊装系统设计与计算的内容

通常情况下，缆索吊装系统施工包含拱座和基础施工、索塔系统的架设、拱圈施工等。受多方面因素的影响，在实际的施工过程中，因施工难度较大，施工的周期比较长，往往需要设计人员实地调研考察，综合考虑多方面因素，做好相应的设计和计算工作，设计符合需求的图纸，并通过相关分析与计算，确保施工的顺利进行。具体包括以下内容：

（1）基础结构的线形分析。设计人员对于拱肋各节段的尺寸、竖向挠度、横向位移等进行精准调查和计算，确保其符合设计线形。

（2）结构应力分析。由于桥梁的结构受力和稳定性能直接影响后期使用的安全，所以必须要对结构受力进行分析，使结构的应力状态始终处于稳定，且和设计应力状态相符。

（3）结构整体安全性分析。设计人员对结构应力、变形情况进行综合评定，对稳定性进行分析及计算，确保各项参数得到控制，从而保障桥梁施工安全[2]。

针对无支架缆索吊装拱桥施工，其设计与计算内容通常涵盖了拱肋或劲性骨架的预制，拱肋内力与应力计算分析，扣塔内力变化与稳定性，扣索索力变化分析等。

3 缆索吊装系统施工

根据主桥结构和相关设计与计算结果，开展缆索吊装系统的施工。

3.1 索鞍安装

在索塔顶上面安置主索索鞍，包含索鞍座、索鞍、起重牵引索过轮等部件。方案确定之后，设计人员将设计图纸交由加工厂，而后生产出符合要求的索鞍并运输到施工现场。采用塔吊配合人工进行垂直、水平运输，将不同的部件合理安装到位，完成之后放置于对应位置，栓结固定。

3.2 临时牵引施工

施工人员在两岸都安置好10t 牵引卷扬机，将Φ21.5mm的牵引钢绳运输到两侧的卷扬机上，并将其缠绕在绳索容器上。施工人员在两岸索塔顶部布置5t卷扬机。将选定的钢丝绳从塔顶下降到塔底，然后拉到两岸的卷扬机位置，将Φ21.5mm的牵引钢绳和Φ16mm钢绳相连，启动5t卷扬机，将Φ21.5mm牵引钢绳牵拉至两岸各自塔顶。施工人员在左岸将Φ16mm的钢绳下放至塔底中跨侧，通过无人机将先导索过河后通过循环牵引将Φ16mm钢绳拖拉过跨。在右岸用塔吊将该钢绳提升至左岸的塔顶，将该钢绳和Φ21.5mm钢绳连接。施工人员启动左岸塔顶5t卷扬机，再将其Φ21.5mm钢绳牵引过跨至右岸的塔顶，将两边的Φ21.5mm钢绳再次连接起来，形成一个完整的牵引系统。

3.3 主索安装

主要应用2Φ56（6×37+1-1960）镀锌钢丝绳，每一根的长度均达到900m。在跨中重载工况下，主索最大垂度为f=21.5m，垂跨比为f/L=1/16，施工人员应当保证左、右幅主索对称架设，从而有效地避免出现索塔偏载的情况。

主索索盘存放在主索锚碇后，利用吊车将索盘安装在放索架上，将主索锚头从索盘中放出后与临时牵引索连接，启动牵引卷扬机将主索牵引至塔顶附近，牵引过程中注意观察主索长度，既要避免主索在地面上拖行也要避免主索放索不及时造成主索向后拽拉牵引索。当主索被牵引至索塔塔顶附近后，停止牵引卷扬机，用钢绳将主索临时锚固。用塔吊提升临时牵引索让其接头跨过塔顶滑轮，再用塔吊将主索预留绳头从主索鞍中设计位置穿过，将主索与临时牵引再次连接并预留足够长的主索绳头，以保证能够正常翻越对岸塔顶，然后启动牵引卷扬机继续牵引。

将第一根主索与一岸串索滑车相连，然后再对另一岸进行主索垂度调整。将临时锚固钢绳与主索临时连接，然后将主索绳头绕过调平滑车与收绳滑车组相连，滑车采用30t滑车，滑车之间用直径Φ22mm钢绳绕6线。牵动牵引索进行收绳，使主索垂度略大于安装垂度（17.02m）后，调整临时锚固的位置临时锚固主索。同理安装第二根主索，调整第二根主索垂度到位后将其与第一根主索相连，解除第一根主索的临时锚固；然后安装第三根主索，在与第二根主索锚固连接后调整垂度，然后依次完成余下主索安装。主索与主索对接时，接头的第一个绳卡到调平滑车的距离应＞3.5m。主索空索状态下的中跨跨中垂度调整至安装垂度，第一根主索通过测量控制安装垂度，主索依据前面的状态灵活调整，主索垂度误差应控制＜5cm。

3.4 牵引索与起重索的安装

操作中选用5t的卷扬机和Φ16mm的钢绳，施工人员将起吊钢绳牵引至右岸的索塔顶部，将转向滑轮吊过塔顶，然后将钢丝缠绕在上下吊架之间后，将绳头临时锚定在上吊架上。施工人员取下临时牵引接头，将钢丝缠绕在牵引电缆的牵引滑轮和绞车的锚之间。在左岸索塔上面，施工人员安装转向滑轮，将Φ16mm的钢丝绳放在塔架顶部，绕过转向滑轮。使用塔式起重机将Φ16mm钢丝绳吊至塔顶，并将其连接至下部吊架。松开起重绞车，拧紧塔顶5t绞车，将下部吊架拉至索塔基础上进行临时锚固，然后安装吊点配重。之后，施工人员拆除塔顶与行走小车之间的临时连接，并拆除下部吊架与索塔之间的临时接头。拧紧右岸的牵引绞车，然后松开左岸的提升和牵引绞车，将行走小车和吊点拉至右岸塔顶，缠绕并锚定牵引电缆，将提升电缆拉至右岸锚定位置，完成锚定工作。对于起重钢丝绳，其在应用过程中的主要作用是有效控制起重部件的升降。施工人员通过操作将绳索的一端缠绕到左岸卷扬机卷筒上，然后将另一端通过滑轮组缠绕到右岸卷扬机卷筒上，这样共同作业，能够切实有效地提高作业效率。

3.5 缆风系统施工

在施工过程中，为了能够有效地控制主索、起重索、牵引索、工作索等产生的不平衡水平力，尽可能地减少塔顶偏位情况。施工人员可以在两岸的索塔上下游分别设置两组纵向缆风索。其中，小桩号岸的纵向缆风索为8Φs15.24，初始张力为600kN，通缆风索为4Φ15.2，初始张力为350kN，大桩号岸的纵向缆风索为6Φs15.24，初始张力为500kN。

3.6 锚碇系统施工

该桥采用引桥墩基础（5～8号墩、11～14号墩）作为扣挂体系的锚碇，采用桩锚+预应力岩锚的组合式锚碇。斜拉扣挂体系的所有锚索均锚固于两岸引桥桥墩永久结构承台上。预先在承台内预埋钢绞线，承台内预埋Р型锚具及管道，首先在承台顶或侧面张拉预埋钢绞线，然后采用钢制转换接头与锚索相连。锚索应在作为锚碇的引桥墩的墩柱及盖梁全部施工完成后方可进行张拉。施工人员对施工现场的地质情况进行调研，明确1∶0.75放坡开挖方案，同时施工人员要提前做好周边临时排水沟的开挖工作。开挖完成之后，及时清理基地，并检验基地的承载力，做好集水坑排水措施。此外，还要及时做好临边防护措施，制定应急方案，并构建人员上下通道。

岩锚索设计长度为24～47m，锚固段长度为12m，岩锚锚索应锚固于灰岩内，不得以角砾岩层为岩锚持力层。单束6根锚索设计张拉荷载为850kN，单束8根锚索设计张拉荷载为1100kN。

3.7 扣、锚索系统

选用Φj15.24(Rby=1860MPa)钢绞线，施工人员将张拉端安置在索塔上，依据施工过程中对应的扣、锚索最大索力进行控制设计。

4 缆索系统试吊及监测

4.1 试吊

在本次施工中，缆索吊装系统的最大吊重为15t，为了能够使施工人员方便操作，使用钢筋和型钢作为试吊配重，之后再逐一进行检查。在试吊之前，施工人员需要全面地在地锚、主缆等上面做好标记，并且交由专门的人员进行动态化监测，监测其变形的具体情况。当吊重运输到跨中时，施工人员准确记录不同荷载状态下的工作垂度，不得出现较大的偏差。

试吊步骤：

（1）明确卷扬机的分次受力程度；

（2）由施工人员检查该系统中各个部位的受力情况；

（3）施工人员将系统起吊且距离基准面的长度为10cm；

（4）再次检查受力的具体情况；

（5）施工人员将牵引系统拉到跨中，而后再次仔细检查；

（6）施工人员测试并记录数据。

地锚：施工人员需要在地锚上设定标识点，并且动态化地监测其起吊之后是否出现变形或位移。

主索：施工人员在试吊之前，需要测量并记录空载下的垂度。起吊运输到二分之一跨的时候，再次测量和记录垂度。结合现场实际情况，在两岸河堤上选择一个控制点，施工人员测量并记录控制点到跨中的高程和距离。布置全站仪，读出所测量竖直角，即可算出垂度值。主缆力可以使用频谱分析仪进行测试，与计算值进行比较。

索塔：施工人员在塔顶上面安装水平标尺，并应用全站仪逐一从上游、下游和主桥轴线两个方向测量塔顶的位移情况，塔顶的位移最大不得超过[δ]=H/400。

4.2 监测

（1）检查主索最大垂度，采用全站仪悬高测量。

（2）检查索塔位移情况，包含缆风索初张力作用下的最大位移数据，以及每一次加载后索塔位移数据，将数据计算汇总之后反馈给指挥台，便于下一步的操作方案制定。

（3）检查索塔基础沉降量，测量基础顶面的标准高度，记录数据；缆索作业完毕后，需要再次测量数据。

（4）检查地锚位移量，需要提前在地锚位置做好标记，在试吊时动态化地观测并记录，了解吊运过程中地锚出现位移的情况，同时做好反馈工作，告知指挥台。

（5）采用肉眼观察、敲击、辨别声音等方式，检查不同部位的变形情况，及时反馈。

（6）检查索塔顶座滑轮、横移系统等一系列动作情况，了解跑车、卷扬机组的行走和运转速度。

（7）缆索吊装系统作业到一定的负荷标准之后，施工人员需要检查供电系统、设备线路，明确其是否达到标准。

（8）检查通信设备的数量是否够，并且检查设备能否正常使用，通话内容是否清晰。准确真实地填写试吊和测量结果记录表，并进行反复核实，避免出现错误。各个观测小组在工作时，随时应用对讲机和吊装指挥台保持联系，做好系列反馈工作，及时处理异常情况。

5 结束语

我国历经千百年来的发展，已经设计并修建了大量形态各异的桥梁，大跨度拱桥的施工强度较高，耐久性也比较好，不容易被腐蚀变形，极大程度地满足了人们的出行生活，也带动了各地经济水平的发展。在大跨度拱桥的施工过程中，缆索吊装系统的应用比较重要。为了能保障施工安全性，保障拱桥稳定性，设计人员必须要对影响缆索吊装系统的关键因素进行分析，同时结合现实需求，制定完善的方案，提高缆索吊装施工水平。对于可能出现的风险隐患，要提前进行预测，制定应急方案，有效地避免负面影响的进一步扩大。