余鴻飛，朱曉波

（1重慶巨能建設(shè)集團有限公司，重慶401120；2重慶巨能建設(shè)集團路橋工程有限公司，重慶400700）

蘇家浩長江大橋拱箱纜索吊裝方案設(shè)計與應(yīng)用

余鴻飛1，朱曉波2

（1重慶巨能建設(shè)集團有限公司，重慶401120；2重慶巨能建設(shè)集團路橋工程有限公司，重慶400700）

該文根據(jù)重慶蘇家浩長江大橋拱箱纜索吊裝方案的設(shè)計及應(yīng)用，為了優(yōu)化施工時拱箱吊裝的扣掛方式，調(diào)整拱上建筑的施工順序，通過先施工墩上排架，利用墩上排架滿足拱箱的扣掛要求，完成拱箱吊裝后再施工拱上建筑物。通過該文可為類似工程的纜索吊裝設(shè)計及施工提供參考。

纜索吊裝；主塔；主索；扣索；工作索；錨碇

1　工程概況

重慶木洞蘇家浩長江大橋起于茶涪路，與茶涪路平交，橫跨長江河汊，止于江心桃花島；其中引道長度約25m，橋梁長度469m，橋梁全寬23m。

主橋采用的是上承式混凝土拱橋，凈跨73.8m。主橋跨徑組成為4×80m+87m，主拱圈采用箱形板拱形式，引橋采用36.4m空腹式拱橋，橋梁總長469m。主橋橋墩為空心薄壁墩，主墩基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)和擴大基礎(chǔ)，如圖1。

圖1　蘇家浩大橋總體布置圖

主拱圈的總高度D=1.5m，其中預(yù)制高度1.4m。主拱圈單跨凈跨徑為73.8m，凈矢高為13m，凈矢跨比為1/5.68，拱軸系數(shù)為2.0。拱圈采用C40鋼筋混凝土。

拱圈分左右兩幅設(shè)置，單幅橋主拱圈由7片拱箱組成，位于每幅拱圈外側(cè)的兩片拱箱為邊箱，中間各片為中箱。其中，拱箱頂?shù)装搴穸染鶠?5cm，中腹板為10cm，邊腹板為15cm，各拱箱縱縫間澆灌混凝土填塞。

2　現(xiàn)場自然條件

2.1地形地貌

蘇家浩大橋橋位處蓄水前地貌形態(tài)屬構(gòu)造剝蝕、河流沖蝕堆積低山丘陵地貌。橋位區(qū)北岸坡為一順向斜坡，坡向約130°，坡角為6～25°，斜坡帶為農(nóng)田，地貌上177m以上以剝蝕堆積為主，177m以下以河流侵蝕、堆積為主。南岸公路上方為陡坡地段，坡度30～45°，山體較寬厚，地表多覆蓋植物，臨江峰頂高程多大于400m。

2.2氣候條件

重慶木洞蘇家浩大橋區(qū)域內(nèi)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，主要特點是冬暖夏熱，日照少，無霜期長，濕度大，冬季多霧，降雨充沛，分配不均。據(jù)市氣象站資料，多年平均氣溫為17.8OC，8月平均最高氣溫32.8OC，12月平均最低氣溫6.3OC，極端最高氣溫43OC。多年平均相對濕度79%。多年平均風(fēng)速1.3m/s，最大風(fēng)速26.7m/s，風(fēng)向WN。多年平均降雨量為1141.8mm，集中在4-9月，其間降雨量高達866.2mm，日降雨量大于25mm的大雨、暴雨日數(shù)占年降雨日數(shù)的62%，降雨量占總降雨量的40.8%，日最大降雨量可達225.7mm。

3　拱箱吊裝設(shè)計方案

根據(jù)施工圖設(shè)計及現(xiàn)場實際情況，蘇家浩大橋拱箱采用無支架纜索吊裝施工，將吊裝完成后進行箱段之間的縱橫連接和澆筑縱橫縫及頂板現(xiàn)澆層混凝土，使拱圈形成整體。

纜索吊裝索跨布置［1］為138m（桃花島岸后拉索）+531.5m（主索跨）+75m（木洞鎮(zhèn)岸后拉索）。結(jié)合現(xiàn)場地形地貌，纜索吊裝設(shè)計為主塔與扣塔合二為一，主纜錨碇因受地理條件影響，木洞鎮(zhèn)岸后拉索為了控制主索傾角采用巖錨，其岸后拉索水平夾角控制為23°；桃花島岸后拉索為重力式錨定，其岸后拉索水平夾角控制為20°，如圖2。

纜索吊裝設(shè)計由主塔、主索、工作索、牽引索、扣索、錨碇、浪風(fēng)繩等組成。全橋預(yù)制拱箱共210片，其單跨拱箱分為3段預(yù)制吊裝，即先吊裝拱腳的兩段，再吊裝拱頂箱梁合攏。拱箱合攏溫度按設(shè)計控制在10～25℃范圍內(nèi)。該方案設(shè)計計算時，按照邊箱拱腳段最大吊裝凈重量70.8t進行考慮。主索、工作索計算程序采用《纜索吊裝主索計算程序》［2］，扣掛系統(tǒng)及索塔計算程序，采用《通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件SAP2000》版本V14.1進行計算。

3.1主索設(shè)計

根據(jù)靜力平衡原理進行計算［3］，先假定主索初始垂度來計算重索垂度。按照現(xiàn)場實際情況，在主塔頂部布置1組6Φ56mm（6×37S+FC）的合成纖維芯鋼索作為主索，主索中心正對所安裝拱肋軸線。主索公稱抗拉強度1670MPa，單根鋼絲繩破斷拉力為1730kN。懸索跨度L=531.5m，空索垂度f0=25m，當(dāng)?shù)踹\至索跨跨中時，主索垂度為fmax=41.002m，矢跨比L/13.0，主索最大張力Tmax=3462.277kN。根據(jù)計算結(jié)果，拉力安全系數(shù)K=3.0≥3，張力安全系數(shù)滿足要求；考慮彎曲作用的主索應(yīng)力σ= 752.35MPa，安全系數(shù)K=2.22＞2；考慮接觸作用的主索應(yīng)力σ= 517.48MPa，安全系數(shù)K=3.23＞2；應(yīng)力安全系數(shù)滿足要求。

3.2工作索

在主塔頂部主索旁布置1組1∮47.5mm（6×37+1）工作索（距主索中心1m），工作索公稱抗拉強度1700MPa，破斷拉力= 1175kN，工作索安裝垂度f0=22m，按最大計算吊重80kN（含吊具、工作起吊牽引繩、配重及沖擊系數(shù)）進行控制。根據(jù)計算，吊重索跨跨中垂度fmax=37.347m，最大張力Tmax=364.942kN，拉力安全系數(shù)K=3.22＞3。

3.3扣索

扣索采用2Φ52mm（6×37+FC）的麻芯鋼絲繩，公稱抗拉強度1700MPa，鋼絲繩破斷拉力總和為1705kN，單根鋼絲繩的破斷拉力Tp=1705×0.82（6×37+FC鋼絲繩破斷拉力折減系數(shù)）=1398.1kN。

拱箱安裝共計需設(shè)置2道（4根）扣索，扣索長短采用40t滑車組及8t卷揚機進行調(diào)整。桃花島岸扣索單根長620m（含回頭錨固長度），木洞鎮(zhèn)岸扣索單根長470m（含回頭錨固長度），全橋扣索布置如3圖所示。

圖2　蘇家浩長江大橋拱箱纜索吊裝布置圖

圖3　全橋扣索布置及荷載作用簡圖

通過計算，各階段扣索力見表1。扣索張力安全系數(shù)：K= Tp/Tmax。從成果表中可以看出，1-2號墩之間邊跨靠桃花島側(cè)扣索與水平面夾角最小，扣索力最大，在合攏段安裝階段為最大Tmax=796.498kN，此時扣索安全系數(shù)最小K=3.51。張力安全系數(shù)計算結(jié)果列于表1中，可見，各扣索安全系數(shù)皆滿足大于3，滿足施工規(guī)范要求。

表1　各階段扣索力計算成果表（kN）

3.4主塔

兩岸塔架皆采用常備M型萬能桿件組拼成三柱式鋼桁架結(jié)構(gòu)。塔頂設(shè)上、下分配梁來支承主索、扣索、牽引千斤索及工作索座滑輪，并將懸索系統(tǒng)傳遞來的荷載分配到塔頂各節(jié)點上。

為克服塔架縱橫向水平力，兩岸主塔架分別設(shè)置4道6∮24mm后風(fēng)纜、3道8∮24mm前風(fēng)纜和兩側(cè)各一道6∮19.5mm橫風(fēng)纜。利用微機結(jié)構(gòu)分析通用程序SAP2000按空間桿系結(jié)構(gòu)進行計算，風(fēng)纜作為桿單元進入計算模型（如圖4），利用Ernst公式考慮風(fēng)纜垂度的非線性影響，利用等效彈性模量代替風(fēng)纜彈性模量。

圖4　纜索吊主塔計算模型圖

通過以上建模，對兩岸主塔架在外側(cè)邊箱起吊、跨中、內(nèi)側(cè)邊箱就位等全過程共7個工況進行模擬計算。計算時綜合考慮了主索、扣索、工作索、起吊牽引索及風(fēng)纜索的共同作用；同時還計算了塔架的初始安裝位移（即僅考慮風(fēng)纜初張力和塔架自重），以控制塔架的安裝位移。計算結(jié)果如下。

（1）桃花島岸側(cè)主塔架在邊箱起吊（塔前20m）時，產(chǎn)生的塔頂最大豎直壓力為2879.419kN，縱向水平力為-276.85 kN（向后），最大橫向水平力為107.649kN；在邊箱運輸至索跨跨中時，產(chǎn)生的塔頂最大豎直壓力為2609.564kN，縱向水平力為167.19kN（向河方向），最大橫向水平力為152.742kN。

（2）木洞鎮(zhèn)岸側(cè)主塔架在邊箱拱腳段就位時，產(chǎn)生的塔頂最大豎直壓力為3071.731kN，縱向水平力為-218.054 kN（向后），最大橫向水平力為197.803kN；在邊箱運輸至索跨跨中時，產(chǎn)生的塔頂最大豎直壓力為2723.583kN，縱向水平力為304.092kN（向河方向），最大橫向水平力為270.207kN。

（3）安裝階段兩岸主塔架最大縱向位移為-181.9mm（負(fù)值表示向后），最大橫向位移為-10.1mm，最大豎向位移為-25.4mm。

3.5后錨碇

桃花島岸主錨碇采用鋼筋混凝土樁式錨碇，設(shè)計由4根直徑1.6m的C40鋼筋混凝土錨樁來承受懸索系統(tǒng)外力，構(gòu)件運輸至索跨跨中時錨樁受力最大，以此階段控制計算?？紤]主索、工作索、牽引索、扣索、風(fēng)攬等對錨碇的共同作用，錨碇合外力為5273.49kN，則錨碇總上拔力5273.49×sin20°=1803.640kN。

經(jīng)過計算，錨樁抗彎承載力為4079.3kN·m，大于錨樁承受的最大計算彎矩3324.7kN·m，錨樁抗彎能力滿足要求?？辜粲嬎悖秲?nèi)接正方形按矩形截面進行驗算（偏于安全），內(nèi)接正方形邊長為160×sin45°=113.2cm，混凝土為C40。箍筋配置雙肢Φ10I級鋼筋，間距15cm，計算得斜截面抗剪承載力為2004.09kN，大于實際最大剪力1301.82kN，滿足抗剪要求。

木洞鎮(zhèn)岸塔后67m以后為較陡峭的斜坡，平均坡角約55O，斜坡基巖局部裸露，若設(shè)計成樁錨或重力式錨碇，開挖量非常大，且上部邊坡較陡，易于垮塌，且防護工程量大。因而木洞鎮(zhèn)岸主錨碇設(shè)計為錨索分配梁結(jié)構(gòu)，通過錨索錨固型鋼分配梁，再在分配梁上焊接拉板固定轉(zhuǎn)向滑輪來錨固鋼索；木洞鎮(zhèn)岸主錨碇用于主索、工作索、扣索、塔架后風(fēng)纜及牽引千斤索的錨固。

錨索采用12Φj15.24鋼絞線制作，強度標(biāo)準(zhǔn)值1860MPa；鉆孔直徑130mm，注漿采用M35高標(biāo)號水泥砂漿，每相距1m間隔設(shè)置擴張定位環(huán)和收縮定位環(huán)，錨具采用OVM15-10錨具。

分配梁為兩根I45b工字鋼梁，材料為Q235鋼，彈性模量E= 2.1×105MPa，抗彎慣性矩I=2×33800cm4=67600cm4，抗彎模量W=2×1500=3000cm3。

根據(jù)以上實際受力工況進行計算，其結(jié)果如下。

（1）分配梁截面彎曲應(yīng)力σmax=112.9MPa＜［σw］=145MPa。其剪應(yīng)力為τmax=75.962MPa＜［τw］=85MPa?？梢婂^梁強度符合規(guī)范要求。

（2）經(jīng)過計算，每束錨索最大抗拉力為3124.8kN，則錨索受拉安全系數(shù)K=TP/Tmax=3124.8/1400.4=2.23＞2?？梢婂^索抗拉安全系數(shù)滿足要求。

4　工程應(yīng)用

4.1改變扣掛方式

拱箱纜索吊裝設(shè)計方案在進行專家評審論證時提出扣索安全系數(shù)基本合理，但原扣索方案存在長度大、傾角小的不利因素，施工中扣索較多容易產(chǎn)生交叉，再加上施工中的其它繩索，使現(xiàn)場繩索過于密集、混亂，可能會給施工安全造成不利。

為了減少干擾，工程施工中將扣索扣掛方式進行了優(yōu)化，利用各墩拱上建筑排架做為扣塔，扣索翻過排架蓋梁頂上扣索鞍部座滑輪后（如圖5、圖6），錨固于各墩承臺的后錨環(huán)上。并利用滑車組及卷揚機收緊和調(diào)整扣索，以滿足施工時拱箱吊裝的要求。

圖5　調(diào)整后的扣索布置及荷載作用簡圖

圖6　扣索鞍部座滑輪加工圖

4.2改變拱上建筑施工順序

由于拱箱吊裝時扣索懸掛方式的改變，施工中［4］及時組織對拱上建筑的施工順序進行調(diào)整。即為了滿足扣掛要求，先施工墩上的排架，利用墩上排架滿足拱箱的扣掛要求，待橋梁所有拱箱都吊裝完成后，再施工余下部分的拱上建筑物。

4.3主纜繩的調(diào)整

蘇家浩長江大橋拱箱吊裝中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)踹\至索跨跨中時，主索垂度為fmax＝37.2m，小于設(shè)計垂度41.002m。經(jīng)認(rèn)真分析后得出結(jié)論，造成此種現(xiàn)象應(yīng)該是主纜繩在吊裝中經(jīng)過前期受力預(yù)拉，改變了鋼絲繩的彈性模量。為了拱箱吊裝時更接近于計算的受力狀況，以及滿足吊裝時的安全，施工中采取折中的辦法，就是吊裝前調(diào)整主纜繩的空垂度，使其在吊裝中接近設(shè)計計算垂度。

5　總結(jié)

（1）方案優(yōu)化后，扣索利用拱上建筑的排架進行掛扣，避免了施工現(xiàn)場各種繩索交叉混亂的不利影響，其受力明確、合理、簡潔。

（2）利用拱上建筑的排架作為掛扣，在吊裝邊箱時排架處于偏心受力，此時為最不利狀態(tài)。為了結(jié)構(gòu)及施工的安全，需按照實際工況進行計算其橋墩頂最大縱向位移和豎向位移（經(jīng)計算，橋排架分別為1.48mm與-0.26mm），經(jīng)與設(shè)計單位溝通，其位移能夠滿足施工要求。

［1］包立新，喻遠(yuǎn)良，林惠瑜.索道吊裝技術(shù)在懸索橋施工中的應(yīng)用［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報，2001，20（3）∶4-6，271.

［2］王德榮.中國綜合運輸體系發(fā)展全書：下冊［M］.北京：人民交通出版社，1999：971.

［3］楊文淵.起重吊裝常用數(shù)據(jù)手冊［M］.北京：人民交通出版社，2004：8-25，255-268.

［4］交通運輸部.JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2011：167-178.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

施工安全

瀝青灑布機作業(yè)的安全常識

瀝青灑布機作業(yè)應(yīng)做哪些安全檢查？

工作前應(yīng)將灑布機車輪固定，檢查高壓膠管與噴油管聯(lián)接是否牢固，油嘴和節(jié)門是否暢通，機件有無損壞。檢查確認(rèn)完好后，再將噴油管預(yù)熱，安裝噴頭，經(jīng)過在油箱內(nèi)試噴后，方可正式噴灑。

滿載瀝青的灑布車在路途中應(yīng)注意哪些安全？

滿載瀝青的灑布車在路作中應(yīng)中速行駛。遇有彎道，下坡時應(yīng)提前減速，盡量避免緊急制動。行駛時嚴(yán)禁使用加熱系統(tǒng)。

噴灑瀝青時應(yīng)注意哪些安全？

噴灑瀝青時，手柄的噴油管部分應(yīng)加纏舊麻袋或石棉繩等隔熱材料。操作時，噴頭嚴(yán)禁向上。噴頭附近不得站人，不得逆風(fēng)操作。

瀝青混合料攤鋪機應(yīng)遵守哪些規(guī)定？

（1）駕駛臺及作業(yè)現(xiàn)場要視野開闊，清除一切有礙工作的障礙物。作業(yè)時無關(guān)人員不得在駕駛臺上逗留。駕駛員不得擅自離位。

（2）運料車向攤鋪機卸料時，應(yīng)協(xié)調(diào)動作，同步行進，防止互撞。

（3）換擋必須在攤鋪機完全停止進行，嚴(yán)禁強行掛擋和在坡道上換擋或空擋滑行。

（4）熨行板預(yù)熱時，應(yīng)控制熱量，防止因局部過熱而變形。加熱過程中，必須有專人看管。

（5）駕駛力求平穩(wěn)，不得急劇轉(zhuǎn)向。彎道作業(yè)時，熨平裝置的端頭與路緣石的間距不得小于10cm，以免發(fā)生碰撞。

（6）用柴油清洗攤鋪機時，不得接近明火。

Design and Application of Cable-hoisting Scheme for Arch Box of Sujiahao Yangtze River Bridge

Based on the design and application of cable-hoisting scheme for arch box of Sujiahao Yangtze River Bridge in Chongqing，the paper shows how to optimize the buckling of arch box hoisting in construction and adjust the above-bridge construction order by firstly constructing pier bents to meet the buckling requirements of arch boxes and then completing above-arch construction.It can offer some references for similar projects.

cable-hoisting；main tower；main cable；buckle cable；working cable；anchorage

［TU997］，U445

A

1671-9107（2016）09-0037-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.09.037

2016-04-05

余鴻飛（1975-），男，重慶人，本科，高級工程師，主要研究方向為公路、橋梁和隧道。