高曉冬

（中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司 湖北武漢 430000）

1 工程概況

××大橋是某高速公路第X合同段的一座大橋，位于××縣××鎮(zhèn)境內(nèi)。

整個(gè)大橋分為左、右兩線(xiàn)：左線(xiàn)跨徑組合為：7.7（引橋）+96（主跨）+1×7.7（引橋）m，右線(xiàn)跨徑組合為：7.7（引橋）+96（主跨）+2×7.7（引橋）m。橋的上方結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)支空心板構(gòu)成，其下方結(jié)構(gòu)由柱式橋墩擴(kuò)大基礎(chǔ)而構(gòu)成，主橋?yàn)閮艨?6m的鋼筋混凝土上承式箱板拱結(jié)構(gòu)，其中主拱圈由四個(gè)箱室構(gòu)成，每個(gè)箱室的寬度為2m，腹板寬度為0.2m，拱圈總的寬度是9.2m，高為1.8m，凈矢跨比為1/6，拱系數(shù)M=1.988m。底梁、立柱、蓋梁組成拱上排架的主拱圈上部構(gòu)造，橋面則由預(yù)制行車(chē)道板和橋面鋪裝和排水組成。

大橋所處地區(qū)的地貌特征為中山區(qū)構(gòu)造侵蝕溶蝕峰叢槽谷，河谷較寬、兩側(cè)的谷坡坡度很陡。河水流向NE～SW，河谷東測(cè)坡體的傾角大約45～85°，坡度較陡。西側(cè)坡體的前緣坡度為15～30°，坡度較緩，但上方坡度很大，坡角大約在40～50°之間，整體呈現(xiàn)出不對(duì)稱(chēng)的“V”型結(jié)構(gòu)。橋軸線(xiàn)經(jīng)過(guò)地段地面標(biāo)高在972.6～1020m之間，最大高差約47.4m。

2 纜索吊方案制定

××大橋根據(jù)其地質(zhì)地形特點(diǎn)，決定采用纜索吊方案。

主索采用6-W37φ47.5鋼絲繩組成，在兩岸的鋼筋混凝土地上固定住錨。牽引索采用φ21.5鋼絲繩，牽引索采用循環(huán)方式并統(tǒng)一卷?yè)P(yáng)機(jī)，采用一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引工作，使進(jìn)退統(tǒng)一，降低失誤率。起重索采用φ21.5的鋼絲繩，起重索與隧道進(jìn)、出口在同一直線(xiàn)上，與跑車(chē)縱橫對(duì)稱(chēng)，使之受力均勻，起重索兩頭均進(jìn)卷?yè)P(yáng)機(jī)，通過(guò)地錨滑輪轉(zhuǎn)向進(jìn)入卷?yè)P(yáng)機(jī)。施工時(shí)，萬(wàn)能桿件、鋼管骨架籠等通過(guò)纜索吊進(jìn)行吊裝，一片鋼管骨架籠重為9.25T。一幅纜索吊滿(mǎn)足一幅橋的需要，兩幅纜索吊同時(shí)施工。

安裝纜索吊之后，首先進(jìn)行兩次循環(huán)的空鉤運(yùn)行，其次在緩慢加載，直至最大起重的120%，再模擬拱架的吊裝試運(yùn)行，核驗(yàn)纜索吊跑車(chē)以及吊鉤工作時(shí)的變形情況，地錨及風(fēng)纜地錨的穩(wěn)定狀態(tài)等，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。以確保拱架吊裝時(shí)的絕對(duì)安全。

纜索吊鑒定工作是對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)的綜合評(píng)定，邀請(qǐng)省指、安監(jiān)局、中交二院、鐵二院監(jiān)理公司、工作站等單位及集團(tuán)公司進(jìn)行全面考核，審查發(fā)現(xiàn)不足之處提出整改意見(jiàn)，以便于纜索吊的改進(jìn)，確保安全運(yùn)行。

根據(jù)承載索的載荷大小與其垂度相關(guān)聯(lián)，承重索的垂度與張力成反比，與承載索的承載能力成正比，相反，要想提高承載索的承載能力，就要加大承重主索的垂度。但是如果垂度太大，就會(huì)使跑車(chē)的牽引阻力增大，從而增加動(dòng)力消耗，以及施工困難。一般垂度選擇在L/14～L/20范圍比較合適。根據(jù)實(shí)際情況，選擇垂度Fmax為L(zhǎng)/14。纜索跨度211.245，fmax=1/14=15m。

大橋配置纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)凈吊重設(shè)計(jì)為9.25t。承重索所承受的均布荷載主要為自重。集中荷載主要來(lái)自于吊重、跑車(chē)、吊鉤、滑輪及部分工作索等的自重。隨著跑車(chē)的運(yùn)動(dòng)，集中載荷也沿承重索運(yùn)動(dòng)，承重索將受到動(dòng)力作用，采用類(lèi)似于橋梁設(shè)計(jì)作用的沖擊系數(shù)法，在垂度介于L/14～L/20時(shí)，沖擊系數(shù)為0.2～0.3，集中荷載為11T（見(jiàn)圖1）。

3 纜索吊設(shè)計(jì)驗(yàn)算

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

圖1 ××大橋纜索吊布置圖

（1）路橋施工計(jì)算手冊(cè)；

（2）公路施工手冊(cè)橋涵篇；

（3）××大橋施工設(shè)計(jì)圖。

3.2 纜索吊設(shè)計(jì)

3.2.1 主要技術(shù)參數(shù)選擇

纜索跨度211.245m，最大撓度f(wàn)max=L/14=211.245/14=15m。骨架籠重G拱=18.5T，滑輪組重G滑=1T，跑車(chē)重G跑=1T。一次吊半片骨籠，最大吊重G=G拱/2+G滑+G跑=11T=112.5kN。

3.2.2 承重索受力計(jì)算

（1）計(jì)算承重索單位重和破斷力

承重索單位重；選用2根6×37φ47.5的鋼絲繩。

g=2×7.929=15.858kg/m=0.159kN/m

采用公稱(chēng)強(qiáng)度為1700MPa的鋼絲繩，其破斷力總和等于843.47mm2×1700MPa=1433.9kN。

其換算系數(shù)為0.82。

所以鋼絲繩總破斷力：Tn=2×1433.9×0.82=2351.6kN。

（2）承重索最大張力和強(qiáng)度驗(yàn)算

跨中彎矩：

3.2.4 牽引索的計(jì)算

牽引索采用φ21.5（637+1）鋼絲繩走2線(xiàn)，為避免牽引索發(fā)生對(duì)拉現(xiàn)象，本橋兩岸牽引索采用同一卷?yè)P(yáng)機(jī)（能正反向運(yùn)轉(zhuǎn)的5雙滾筒卷?yè)P(yáng)機(jī)）。

在吊裝的過(guò)程中：牽引索最大張力W=W1+W2+W3

（1）跑車(chē)運(yùn)行阻力W1

W1=Q（sinθ+μcosθ）

式中：

Q——載總重為：Q=112.5+33.499+39×2×1.658×10-2+214×2×1.658×10-2=154.17kN；

θ——最大升角經(jīng)計(jì)算為13°；

μ——鋼絲繩與跑車(chē)的運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)，取青銅襯套軸承系數(shù)0.0145。

代入式中：

W1=36.84kN

（2）起重索運(yùn)行阻力

式中：Tq——起重索拉力為38.54kN。

η——起重索穿過(guò)滑車(chē)的效率，青銅襯套滑車(chē)取0.96。

n——起重索穿過(guò)跑車(chē)的滑車(chē)和下面動(dòng)滑車(chē)的數(shù)量為4。

代入公式：

W2=5.81kN

（3）后牽引索自然張力

式中：

q——牽引索單位長(zhǎng)度重為0.01658×2=0.0332kN。

x——后牽引索跨度取150m。

f——后牽引索垂度：f=13.238m。

代入公式：

W3=7.05kN

（4）總牽引阻力

W=W1+W2+W=49.7kN

（5）牽引索的最大拉力

TY=（W+2Lq）（2-ηm）

式中：m——牽引索穿過(guò)滑車(chē)的數(shù)量為2。

代入公式：

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

（6）牽引索安全系數(shù)

3.3 注意事項(xiàng)

（1）承重索的安裝垂度要和設(shè)計(jì)值保持一致，如果低于設(shè)計(jì)值，便會(huì)使地錨、主索等關(guān)鍵零件過(guò)載，甚至嚴(yán)重過(guò)載，這會(huì)大大增加安全事故的概率；如果纜索的安裝垂度高于設(shè)計(jì)值，就會(huì)導(dǎo)致工作垂度不合格，構(gòu)件吊運(yùn)上下坡的坡度過(guò)大，不利于進(jìn)行構(gòu)件的安裝工作。

（2）起重索采用φ21.5（637+1）鋼絲繩走4線(xiàn)，其進(jìn)出口在同一直線(xiàn)，對(duì)跑車(chē)縱橫對(duì)稱(chēng)，使其均勻受力。

（3）牽引索采用φ21.5（637+1）鋼絲繩走2線(xiàn)，為避免牽引索發(fā)生對(duì)拉現(xiàn)象，在橋兩岸牽引索采用同一卷?yè)P(yáng)機(jī)。

（4）地錨要進(jìn)行預(yù)拉實(shí)驗(yàn)。

（5）纜索架設(shè)完成以后，為了對(duì)其系統(tǒng)和各種設(shè)備進(jìn)行全面檢查和觀(guān)測(cè)地錨的位移情況，要進(jìn)行試吊，以便對(duì)設(shè)備及所有系統(tǒng)的技術(shù)狀況和受力進(jìn)行分析和鑒定。

4 試吊

4.1 試吊程序

本次纜索吊系統(tǒng)試吊主要有兩個(gè)工作內(nèi)容：

（1）模擬拱肋吊裝（即一組纜索吊裝）：

由一組纜索模擬拱肋吊裝，吊裝加載程序?yàn)椋?.4T（80%G）→9.25T（100%G）→10.2T（110%G）。注：加載噸位由兩個(gè)吊鉤平均分擔(dān)且“G”為拱肋的最大吊重9.25T。

（2）各程序吊重模擬完成后，纜索吊各循環(huán)一個(gè)來(lái)回，并在靠近主墩位置的北岸將吊鉤升到距天車(chē)4～5m的位置一次且相關(guān)人員要做好各項(xiàng)檢查記錄。

4.2 注意事項(xiàng)

（1）要安排專(zhuān)人在兩地錨處（北岸人員配對(duì)講機(jī)）對(duì)主索拉板、銷(xiāo)軸卡子進(jìn)行觀(guān)察，如果發(fā)生突發(fā)情況要及時(shí)上報(bào)，以便及時(shí)處理。

（2）安排2個(gè)起重索和1個(gè)牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)操作人員（配2個(gè)對(duì)講機(jī)）負(fù)責(zé)檢查和操作卷?yè)P(yáng)機(jī)的運(yùn)行，并遵從指揮人員的指揮操作，卷?yè)P(yáng)機(jī)如有異常，立刻上報(bào)指揮人員，以便及時(shí)處理。

（3）安排測(cè)量人員對(duì)地錨位移和塔架傾斜度進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控。

（4）安排一個(gè)指揮人員，負(fù)責(zé)整個(gè)試吊過(guò)程中的指揮和與各個(gè)檢查人員的聯(lián)系工作。如發(fā)現(xiàn)試吊運(yùn)行過(guò)程有異常情況及時(shí)同技術(shù)負(fù)責(zé)人聯(lián)系，以便及時(shí)采取措施。

5 結(jié)論

××大橋纜索吊裝施工技術(shù)很好地利用了地形條件，解決了山區(qū)高速公路橋梁吊裝困難的問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)各種計(jì)算和試吊準(zhǔn)備，確保了施工安全，該橋采用纜索吊施工節(jié)約了施工成本約300余萬(wàn)元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，施工中減少了施工便道和施工平臺(tái)，也較好地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，該橋采用的纜索吊施工技術(shù)對(duì)后續(xù)同類(lèi)型橋梁施工具有較大的借鑒意義。