××大桥缆索吊装施工技术

高晓冬

（中铁十一局集团第四工程有限公司 湖北武汉 430000）

1 工程概况

××大桥是某高速公路第X合同段的一座大桥，位于××县××镇境内。

整个大桥分为左、右两线：左线跨径组合为：7.7（引桥）+96（主跨）+1×7.7（引桥）m，右线跨径组合为：7.7（引桥）+96（主跨）+2×7.7（引桥）m。桥的上方结构由简支空心板构成，其下方结构由柱式桥墩扩大基础而构成，主桥为净跨96m的钢筋混凝土上承式箱板拱结构，其中主拱圈由四个箱室构成，每个箱室的宽度为2m，腹板宽度为0.2m，拱圈总的宽度是9.2m，高为1.8m，净矢跨比为1/6，拱系数M=1.988m。底梁、立柱、盖梁组成拱上排架的主拱圈上部构造，桥面则由预制行车道板和桥面铺装和排水组成。

大桥所处地区的地貌特征为中山区构造侵蚀溶蚀峰丛槽谷，河谷较宽、两侧的谷坡坡度很陡。河水流向NE～SW，河谷东测坡体的倾角大约45～85°，坡度较陡。西侧坡体的前缘坡度为15～30°，坡度较缓，但上方坡度很大，坡角大约在40～50°之间，整体呈现出不对称的“V”型结构。桥轴线经过地段地面标高在972.6～1020m之间，最大高差约47.4m。

2 缆索吊方案制定

××大桥根据其地质地形特点，决定采用缆索吊方案。

主索采用6-W37φ47.5钢丝绳组成，在两岸的钢筋混凝土地上固定住锚。牵引索采用φ21.5钢丝绳，牵引索采用循环方式并统一卷扬机，采用一台卷扬机进行牵引工作，使进退统一，降低失误率。起重索采用φ21.5的钢丝绳，起重索与隧道进、出口在同一直线上，与跑车纵横对称，使之受力均匀，起重索两头均进卷扬机，通过地锚滑轮转向进入卷扬机。施工时，万能杆件、钢管骨架笼等通过缆索吊进行吊装，一片钢管骨架笼重为9.25T。一幅缆索吊满足一幅桥的需要，两幅缆索吊同时施工。

安装缆索吊之后，首先进行两次循环的空钩运行，其次在缓慢加载，直至最大起重的120%，再模拟拱架的吊装试运行，核验缆索吊跑车以及吊钩工作时的变形情况，地锚及风缆地锚的稳定状态等，发现问题及时处理。以确保拱架吊装时的绝对安全。

缆索吊鉴定工作是对其各项性能指标的综合评定，邀请省指、安监局、中交二院、铁二院监理公司、工作站等单位及集团公司进行全面考核，审查发现不足之处提出整改意见，以便于缆索吊的改进，确保安全运行。

根据承载索的载荷大小与其垂度相关联，承重索的垂度与张力成反比，与承载索的承载能力成正比，相反，要想提高承载索的承载能力，就要加大承重主索的垂度。但是如果垂度太大，就会使跑车的牵引阻力增大，从而增加动力消耗，以及施工困难。一般垂度选择在L/14～L/20范围比较合适。根据实际情况，选择垂度Fmax为L/14。缆索跨度211.245，fmax=1/14=15m。

大桥配置缆索吊机设计净吊重设计为9.25t。承重索所承受的均布荷载主要为自重。集中荷载主要来自于吊重、跑车、吊钩、滑轮及部分工作索等的自重。随着跑车的运动，集中载荷也沿承重索运动，承重索将受到动力作用，采用类似于桥梁设计作用的冲击系数法，在垂度介于L/14～L/20时，冲击系数为0.2～0.3，集中荷载为11T（见图1）。

3 缆索吊设计验算

3.1 设计依据

图1 ××大桥缆索吊布置图

（1）路桥施工计算手册；

（2）公路施工手册桥涵篇；

（3）××大桥施工设计图。

3.2 缆索吊设计

3.2.1 主要技术参数选择

缆索跨度211.245m，最大挠度fmax=L/14=211.245/14=15m。骨架笼重G拱=18.5T，滑轮组重G滑=1T，跑车重G跑=1T。一次吊半片骨笼，最大吊重G=G拱/2+G滑+G跑=11T=112.5kN。

3.2.2 承重索受力计算

（1）计算承重索单位重和破断力

承重索单位重；选用2根6×37φ47.5的钢丝绳。

g=2×7.929=15.858kg/m=0.159kN/m

采用公称强度为1700MPa的钢丝绳，其破断力总和等于843.47mm2×1700MPa=1433.9kN。

其换算系数为0.82。

所以钢丝绳总破断力：Tn=2×1433.9×0.82=2351.6kN。

（2）承重索最大张力和强度验算

跨中弯矩：

3.2.4 牵引索的计算

牵引索采用φ21.5（637+1）钢丝绳走2线，为避免牵引索发生对拉现象，本桥两岸牵引索采用同一卷扬机（能正反向运转的5双滚筒卷扬机）。

在吊装的过程中：牵引索最大张力W=W1+W2+W3

（1）跑车运行阻力W1

W1=Q（sinθ+μcosθ）

式中：

Q——载总重为：Q=112.5+33.499+39×2×1.658×10-2+214×2×1.658×10-2=154.17kN；

θ——最大升角经计算为13°；

μ——钢丝绳与跑车的运动阻力系数，取青铜衬套轴承系数0.0145。

代入式中：

W1=36.84kN

（2）起重索运行阻力

式中：Tq——起重索拉力为38.54kN。

η——起重索穿过滑车的效率，青铜衬套滑车取0.96。

n——起重索穿过跑车的滑车和下面动滑车的数量为4。

代入公式：

W2=5.81kN

（3）后牵引索自然张力

式中：

q——牵引索单位长度重为0.01658×2=0.0332kN。

x——后牵引索跨度取150m。

f——后牵引索垂度：f=13.238m。

代入公式：

W3=7.05kN

（4）总牵引阻力

W=W1+W2+W=49.7kN

（5）牵引索的最大拉力

TY=（W+2Lq）（2-ηm）

式中：m——牵引索穿过滑车的数量为2。

代入公式：

TY=（49.7+2×211.245×0.0332）（2-0.962）=68.73kN

（6）牵引索安全系数

3.3 注意事项

（1）承重索的安装垂度要和设计值保持一致，如果低于设计值，便会使地锚、主索等关键零件过载，甚至严重过载，这会大大增加安全事故的概率；如果缆索的安装垂度高于设计值，就会导致工作垂度不合格，构件吊运上下坡的坡度过大，不利于进行构件的安装工作。

（2）起重索采用φ21.5（637+1）钢丝绳走4线，其进出口在同一直线，对跑车纵横对称，使其均匀受力。

（3）牵引索采用φ21.5（637+1）钢丝绳走2线，为避免牵引索发生对拉现象，在桥两岸牵引索采用同一卷扬机。

（4）地锚要进行预拉实验。

（5）缆索架设完成以后，为了对其系统和各种设备进行全面检查和观测地锚的位移情况，要进行试吊，以便对设备及所有系统的技术状况和受力进行分析和鉴定。

4 试吊

4.1 试吊程序

本次缆索吊系统试吊主要有两个工作内容：

（1）模拟拱肋吊装（即一组缆索吊装）：

由一组缆索模拟拱肋吊装，吊装加载程序为：7.4T（80%G）→9.25T（100%G）→10.2T（110%G）。注：加载吨位由两个吊钩平均分担且“G”为拱肋的最大吊重9.25T。

（2）各程序吊重模拟完成后，缆索吊各循环一个来回，并在靠近主墩位置的北岸将吊钩升到距天车4～5m的位置一次且相关人员要做好各项检查记录。

4.2 注意事项

（1）要安排专人在两地锚处（北岸人员配对讲机）对主索拉板、销轴卡子进行观察，如果发生突发情况要及时上报，以便及时处理。

（2）安排2个起重索和1个牵引卷扬机操作人员（配2个对讲机）负责检查和操作卷扬机的运行，并遵从指挥人员的指挥操作，卷扬机如有异常，立刻上报指挥人员，以便及时处理。

（3）安排测量人员对地锚位移和塔架倾斜度进行测量监控。

（4）安排一个指挥人员，负责整个试吊过程中的指挥和与各个检查人员的联系工作。如发现试吊运行过程有异常情况及时同技术负责人联系，以便及时采取措施。

5 结论

××大桥缆索吊装施工技术很好地利用了地形条件，解决了山区高速公路桥梁吊装困难的问题，同时通过各种计算和试吊准备，确保了施工安全，该桥采用缆索吊施工节约了施工成本约300余万元，具有较好的经济效益，施工中减少了施工便道和施工平台，也较好地保护了生态环境，该桥采用的缆索吊施工技术对后续同类型桥梁施工具有较大的借鉴意义。