大跨度拱桥缆索吊装系统施工技术分析

余永亮， 庄宏飞， 马增权， 保云辉

(西双版纳澜沧江黎明大桥建设指挥部，云南 西双版纳 666101)

0 引 言

缆索架桥设备具有跨越能力大、水平和垂直运输机动灵活、适应性广等优点，因此目前在修建公路拱桥时较多采用缆索吊装施工法[1]。缆索吊装方法在广泛的实践中积累了较为丰富的经验。例如，2020年底建成并通车的“世界第一拱桥——平南三桥”[2]主跨径达到575 m，采用缆索吊装施工，主拱肋实现高精度合龙，和龙口对接误差小于3 mm。

对于大跨度拱桥施工而言，缆索吊装法存在结构复杂、施工难度大等问题。本文介绍了位于西双版纳澜沧江主跨310 m拱桥缆索吊装系统施工技术，主要包括：索鞍安装；主索、牵引索及起重索安装；缆风系统施工；锚碇系统施工；扣锚索系统施工；缆索系统试吊及对应监测方法。

1 工程概况

云南西双版纳黎明大桥位于景洪市流沙河与澜沧江交汇口南侧，河面宽约300 m。水位波动较大，有通航要求，两侧地形陡峭。该桥主桥结构采用中承式钢箱系杆拱桥，跨径布置为(65+310+65)m；拱轴线为悬链线，拱轴系数m为2.2，矢高为77.5 m，矢跨比为1/4；飞燕线形采用直线段加悬链线，悬链线段跨径为116 m，矢高28.919 3 m，拱轴系数m为8.5的半拱。道路等级为一级公路，双向四车道布置，设计时速为60 km/h，设计荷载公路—I级。采用缆索吊装施工方法，飞燕及主拱混凝土采用支架现浇，钢箱拱肋及格构梁采用吊装施工。钢箱拱及格构梁均在钢结构加工厂制作，试拼组装完成后，拆成单元件，现场通过缆索吊装系统起吊、安装。缆索吊机总体布置如图1所示。

图1 缆索吊机总体布置(单位：cm)

2 缆索吊装系统施工

2.1 索鞍安装

主索索鞍布置于索塔顶上，由索鞍座、索鞍、起重牵引索过轮等构件组成，索鞍在加工厂按照设计图纸进行加工后运输至施工现场，采用塔吊配合人工进行垂直、水平运输及安装就位，安装至准确位置后栓结固定。索鞍结构立面图如图2所示。

图2 索鞍结构立面图(单位：cm)

2.2 临时牵引施工

首先在南、北岸均布置20 t 牵引卷扬机，将牵引钢绳(φ36 mm)运输至两岸卷扬机处，并缠绕到容绳器上。在两岸索塔塔顶布置5 t卷扬机，卷扬机中钢绳直径为16 mm。将钢绳从塔顶下放到塔底，再由人工将钢绳牵引至两岸卷扬机场处，将上述已经备好的牵引钢绳绕过牵引卷扬机与φ16 mm钢绳相连，启动塔顶5 t卷扬机，将φ36 mm牵引钢绳牵拉至两岸各自塔顶。

将北岸φ16 mm钢绳下放至塔底中跨侧，通过拖船将φ16 mm钢绳拖拉过江，在南岸用塔吊将过江后的φ16 mm钢绳提升至北岸塔顶，将φ16 mm钢绳与φ36 mm钢绳连接。启动北岸塔顶5 t卷扬机，将北岸塔顶36 mm钢绳牵引过江至南岸塔顶，连接两岸36 mm钢绳形成临时牵引系统。

2.3 主索安装

主索采用Φ60(8×36WS+PFRC—1960)钢丝绳，共16根(单幅8根)单根配置长度1 000 m。为避免索塔偏载，左、右幅主索应对称进行架设。上下游主索吊装对应侧钢箱拱，吊重格构梁时，上下游拱肋同时起吊。缆索系统塔顶索鞍可横移，钢箱拱吊装时，索鞍位于距离中线13.25 m的拱箱轴线上，吊装拱肋风撑时内移4.45 m，吊装格构梁时，两组主索分别往外侧移动2.75 m，以满足风撑、格构梁的吊装空间。主索最大张力为6 611.47 kN，单根主索最大张力为826.4 kN。

在跨中重载工况下，主索最大垂度为f=34.643 m。垂跨比为f/L=1/14，主索空载垂度为f=21.815 m。

考虑到主索在施工过程中需要多次横移，将所有8根主索通过“U”形绳卡串联使用，在锚碇位置设置串索滑轮组，北岸布置5个串索滑轮组，南岸设置4个串索滑轮组，如图3所示。其中，将北岸最右侧串索滑轮组设置为起始固定端，左侧滑轮组设置为终点固定端。

图3 主索串联布置

2.4 牵引索与起重索的安装

利用塔顶的5 t卷扬机和φ16 mm钢绳将起吊钢绳按“临时牵引施工”中提到的方法牵引至南岸索塔顶部，穿过塔顶起吊转向滑轮后再在上、下挂架之间进行来回绕线并将绳头临时锚固于上挂架上。

将临时牵引接头解除，牵引索按如图4所示方式牵引滑轮和卷扬机锚碇间绕线，并将牵引索索头锚固于对应岸牵引索锚碇处。

图4 牵引索走线布置

在北岸索塔基础上(中跨侧)安装转向滑轮，将塔顶φ16 mm钢绳放下绕过转向滑轮，用塔吊将φ16 mm钢绳提升至塔顶与下挂架相连，放松起吊卷扬机，收紧塔顶5 t卷扬机将下挂架下拉至索塔基础处临时锚固，然后安装吊点配重。

解除塔顶与行走小车之间的临时连接、下挂架与索塔基础的临时连接，收紧南岸牵引卷扬机，放松北岸起吊、牵引卷扬机，将行走小车及吊点牵引至南岸塔顶处，然后根据设计图纸对牵引索进行绕线并锚固，以及将起吊索牵引至南岸起吊索锚固处锚固。

起重索用于控制吊运构件的升降(即垂直运输)。其一端缠绕于一岸的卷扬机滚筒上，另一端经过滑轮组，缠绕于对岸的起重卷扬机卷筒上，由两台卷扬机承载一台跑车，可提高缆吊系统的工作效率。起重索走线布置如图5所示。

图5 起重索走线布置

2.5 缆风系统施工

为控制索塔在吊装时主索、起重索、牵引索、工作索产生的不平衡水平力，并控制塔顶偏位，在两岸索塔上、下游分别设置2组纵向缆风索。北岸索塔纵向缆风索为28φs15.24，初始张力为700 kN，通缆风索为10φ15.2，初始张力为560 kN，南岸索塔纵向缆风索为26φs15.24，初始张力为670 kN。缆风索布置如图6所示。

图6 缆风索布置

2.6 锚碇系统施工

本项目锚碇采用扣吊锚合一设计，结合现场实际情况，南、北两岸锚碇均布置为重力式锚碇形式。每岸设置2个锚碇，全桥共4个锚碇。锚碇开挖根据现场实际地质情况，可采用1∶0.75放坡开挖，锚碇基坑开挖前需提前做好周边临时排水沟。开挖完成后，及时清理基地，检验基地承载力，并做好集水坑，做好排水措施。基坑开挖完成后，及时做好临边防护措施及人员上下通道。

锚碇结构尺寸确定为18.0 m×12.0 m×8.0 m，尾部设置牛腿做为主索串索滑轮锚固端。锚索及背抗风在浇筑混凝土时预埋钢管，混凝土浇筑前采用L75×7 mm浇钢做定位钢支架，施工时需仔细复核预埋钢管的角度，钢管具体尺寸根据锚索根数确定。由于牵引索及起重索的锚固及牵引均布置在锚碇上，锚碇浇筑前需注意相关预埋件的埋设。锚碇布置如图7所示。

图7 锚碇布置

2.7 扣、锚索系统

扣、锚索采用Φj15.24(Rby=1 860 MPa)钢绞线，张拉端设置在索塔上。钢绞线按对应的扣、锚索的施工期间最大索力进行控制设计，具体扣锚索索力由监控单位以指令形式提供。

3 缆索系统试吊及监测

本吊装系统以最大吊重为100 t进行试吊工作。为了操作方便，利用钢筋及型钢作为试吊配重，行走完索跨全程后做各个项目检查。

试吊装前，在地锚、主缆、钢缆接头及索塔顶部做好标记，派专人观察并及时报告变形情况。吊重运输到跨中时，应观察并记录各级荷载的工作垂度。若误差较大，应进行相应调整。

试吊步骤：卷扬机分次受力→检查系统各部位受力情况→起吊部分距基准面10 cm→再次检查各部位受力情况→牵引系统运至跨中→测试数据→试吊物运回。

地锚：在地锚上设定标志点，用全站仪观测起吊后有无位移变形。

主索：试吊前测量空载下的垂度，起吊后运输至1/2跨时，再测重载下的最大垂度。观测方法是在两岸河堤上适当地方确定一控制点，测量控制点高程和距跨中距离，在控制点上布置全站仪，观测主索跑车位置，读出所测量竖直角，即可算出垂度值，与计算值进行比较。可用频谱分析仪测试主索索力，与计算值进行比较。

索塔：在塔顶安装水平标尺，用全站仪分别从上、下游和主桥轴线两个方向测量塔顶位移。根据施工规范，塔顶最大偏移应控制在[δ]=H/400内。可用贴电阻应变片的方法测量索塔不利位置结构内力，与计算值进行比较。

各结构详细监测方法如下：

(1) 主索最大垂度：试吊采用最大节段重量，参照标高为两岸索塔连线标高，采用全站仪进行悬高测量。

(2) 索塔位移：分为两个测量阶段，一是测量缆风索初张力作用下的最大位移情况；二是测量每次加载后索塔位移情况。将数据汇报给指挥小组，由其制定出调整措施。

(3) 索塔基础沉降量：基础施工完成后测量基础顶面的标高，记录原始数据，索塔及缆索施工完成后测量一次，再与试吊过程中所测量的基础标高进行比较，计算基础沉降量。

(4) 地锚位移量：在地锚位置做好标记，在试吊时观测并记录吊运过程中地锚是否有位移，并及时将位移变化量反馈到指挥小组。

(5) 塔顶结构、索塔杆件、紧固件的局部变形情况：通过目测、敲击、辨别异常声音等手段检查。

(6) 检查索塔顶座滑轮、横移系统、牵引索、起重索、滑轮组的动作情况，以及跑车、卷扬机组的行走和运转速度。

(7) 缆索吊装设备满负荷运行时，检查供电系统和设备线路是否满足要求。

(8) 检查通信设备是否足够，并检查是否能够保持清晰通话。

填写试吊及测量结果记录表，检查填好各项测量数据。各观测小组在整个试吊过程中应随时用对讲机与吊装指挥台保持联系，以便指挥台及时处理异常情况。试吊成功后方能正式吊装。

4 结束语

本文详细介绍了黎明大桥缆索吊装系统施工中索鞍安装、临时牵引施工、主索安装、牵引索与起重索安装、缆风系统施工、锚碇施工、扣锚索系统施工。本文对吊装系统试吊技术及各结构监测方法进行了详细说明，可为大跨度拱桥缆索吊装施工提供有效的工程参考。