無支架纜索吊裝系統(tǒng)可靠性驗證技術(shù)

邢俊平，黃樹強(qiáng)

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

無支架纜索吊裝施工在水深較深的河流和峽谷，或在需要滿足船只通航的航道上應(yīng)用廣泛，具有跨越能力大，水平垂直吊裝靈活，施工快捷等特點[1-2]。但在實際工程中，設(shè)計人員往往對無支架纜索吊裝系統(tǒng)的設(shè)計計算進(jìn)行簡化[3-6]，且對吊裝過程中索塔的擺動和索鞍滑移也未做深入研究。不少學(xué)者對無支架纜索系統(tǒng)做過試吊試驗，但未對相關(guān)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)分析[7-8]。試吊目的主要是為了驗證纜索系統(tǒng)起吊能力，檢查各工況下最大垂度與設(shè)計是否相符；觀測塔架、塔架基礎(chǔ)、地錨的變形數(shù)據(jù)和安全穩(wěn)定情況；檢查起重索、牽引索、跑車、下掛、卷揚機(jī)組、滑車組等設(shè)備運轉(zhuǎn)情況；測試各工作組與指揮系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合能力。

1 工程概況

本文以金釵紅水河特大橋纜索吊裝系統(tǒng)為研究對象。該纜索吊裝系統(tǒng)中跨為400.9 m，忻城岸邊跨為267.5 m，馬山岸邊跨為344 m，采用主扣合一塔架，塔底固結(jié)。該纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)置兩組索道，設(shè)計吊重100 t，采用兩組主索抬吊。主索布設(shè)有10根φ50 mm密封鋼絲繩，每個主索鞍布設(shè)5根。塔架采用鋼管桁架式結(jié)構(gòu)，忻城岸塔架橫向塔頂寬60.7 m，縱向?qū)? m；馬山岸塔架橫向塔頂寬55.8 m，縱向?qū)? m。忻城岸主扣地錨均采用重力式地錨，馬山岸主地錨采用樁錨，扣地錨采用重力式地錨。纜索吊裝系統(tǒng)的整體布局如圖1所示。

圖1 纜索吊裝系統(tǒng)整體系統(tǒng)示意圖

2 試吊方案

2.1 試吊方案

試吊以纜索系統(tǒng)設(shè)計吊重100 t為基準(zhǔn)重量，依次按50%G(動載)→100%G(動載)→120G%(靜載)的順序進(jìn)行(G為最大設(shè)計吊重100 t)。試吊配重采用綁掛鋼絞線進(jìn)行。本次試吊塔架的主索鞍位于塔頂上游側(cè)。試吊方案如表1所示。

表1 纜索吊裝系統(tǒng)試吊步驟表

2.2 測量控制量及測量方法

根據(jù)纜索吊裝系統(tǒng)各個組成部位進(jìn)行系統(tǒng)分解，各控制點如下頁表2所示。

表2 觀測控制點一覽表

2.3 測點布置

將忻城岸塔架的塔頂和第二道橫聯(lián)位置、馬山岸塔架的塔頂和第三道橫聯(lián)位置作為監(jiān)測截面，每個監(jiān)測截面布置3個測點，全橋共布置12個測點。測點布置在塔架靠河一側(cè)，其中塔頂測點盡可能布置在靠近塔架外側(cè)邊緣且不影響纜索吊裝系統(tǒng)正常工作的位置；塔架橫聯(lián)上的測點布置在外側(cè)立柱的橫桿中心且不影響斜拉扣掛系統(tǒng)工作的位置。測點布置如圖2所示。

上下游主跑車上各布置1個360°棱鏡，利用全站儀監(jiān)測試吊過程中主索的垂度。在基礎(chǔ)對角點布置沉降觀測點，通過水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測。

忻城岸主地錨采用重力式地錨，馬山岸主地錨采用樁錨，施工過程中主要關(guān)注其沿順橋向的水平位移情況。在忻城岸主地錨后方布置3個測點，在馬山岸主地錨后方布置4個測點，在不受其位移影響的硬化層上搭設(shè)輔助安裝支架，通過電子百分表對主地錨背包的位移進(jìn)行監(jiān)測，百分表通過磁性表座固定在支架上，如圖3所示。

(a)忻城岸

(b)馬山岸圖2 塔架偏位觀測棱鏡布置示意圖

(a)忻城岸主地錨立面

(b)忻城岸主地錨平面

(c)馬山岸主地錨側(cè)視

(d)馬山岸主地錨后視圖3 主地錨位移觀測百分表布置示意圖(cm)

塔架應(yīng)力的監(jiān)測主要是對豎桿的軸向應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測截面選取塔架底部和塔架中部(第二道橫梁)，其中，塔底監(jiān)測截面布置4個測點，塔架中部截面布置4個測點，測點分別布置在中柱和邊柱的豎桿外側(cè)，采用振弦式表面應(yīng)變計進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，如圖4所示。

(a)忻城岸

(b)馬山岸圖4 塔架應(yīng)力測點布置示意圖(cm)

3 試吊過程

3.1 試吊實施過程

馬山岸起吊場空載→空載行至跨中→忻城岸起吊場空載→忻城岸起吊場加載至50%G起吊→50%G運行至跨中→50%G運行至馬山岸起吊場→馬山岸起吊場加載至100%G→100%G運行至跨中→跨中加載至120%G→100%G運行至忻城岸起吊場。

3.2 監(jiān)控量測結(jié)果與分析

在試吊工況運行條件下兩岸塔架位移偏位統(tǒng)計結(jié)果如圖5所示。

從圖5可知，忻城岸塔架塔頂最大偏位發(fā)生在塔架上游，工況為忻城岸起吊場起吊100%G荷載時，最大偏位為-95 mm；忻城岸塔架塔腰最大偏位發(fā)生在塔架上游，工況為跨中起吊120%G荷載時，最大偏位為60 mm。馬山岸塔架塔頂最大偏位發(fā)生在塔架上游，工況為跨中起吊100%G時，最大偏位為-80 mm；馬山岸塔架塔腰最大偏位發(fā)生在塔架下游，工況為跨中起吊50%G時，最大偏位為-46 mm。實測偏位與預(yù)計基本吻合。

(a)忻城岸塔頂測點

(b)忻城岸塔腰測點

(c)馬山岸塔頂測點

(d)馬山岸塔腰測點圖5 試吊各工況下兩岸塔架位移偏位監(jiān)測結(jié)果曲線圖

在兩岸主地錨試吊過程中，最大位移發(fā)生在工況為跨中起吊120%時，下游最大位移為1.063 mm，上游測最大位移為0.103 mm，塔架基礎(chǔ)的沉降最大值為3 mm。

圖6 主索垂度實測與設(shè)計對比曲線圖

由圖6可知主承載索觀測結(jié)果，空載工況下主索跨中最大實測垂度與設(shè)計主索跨中最大垂度誤差為8.8%；50%G荷載工況下主索跨中最大實測垂度與設(shè)計主索跨中最大垂度誤差為8.1%；100%G荷載工況下主索跨中最大實測垂度與設(shè)計主索跨中最大垂度誤差為7.8%；120%G荷載工況下主索跨中最大實測垂度與設(shè)計主索跨中最大垂度誤差為7.3%。

(a)忻城岸

(b)馬山岸圖7 主塔架應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果曲線圖

由圖7可知，忻城岸塔架最大應(yīng)力為-24.36 MPa。馬山岸塔架最大應(yīng)力為34.57 MPa，滿足塔架安全使用要求。

4 纜索吊裝系統(tǒng)試吊結(jié)果

(1)兩岸塔架在試吊工況作用下實測偏位與預(yù)計基本吻合，兩岸主地錨最大位移數(shù)值在可控范圍內(nèi)。塔架基礎(chǔ)最大沉降為2 mm，在容許范圍內(nèi)。忻城岸塔架最大應(yīng)力為-24.36 MPa；馬山岸塔架最大應(yīng)力為34.57 MPa，遠(yuǎn)未達(dá)材料的屈服強(qiáng)度。

(2)在吊點行走過程中，主索鞍滑輪、牽引索滑輪及起重索滑輪均能正常轉(zhuǎn)動。

(3)實測主索跨中最大垂度比計算主索跨中最大垂度大2 m左右，這是因為兩岸塔架存在高差，初始安裝垂度采用目測安裝，存在一定誤差；同時馬山岸邊跨主索趨于水平，且較長，主索向跨中滑動，偏差值在可控范圍內(nèi)。主索安全系數(shù)滿足要求。

(4)在試吊期間，風(fēng)力大部分時間為4級，溫度整體呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，最高溫度為40 ℃。

(5)整個試吊過程中機(jī)械運行正常、人員協(xié)調(diào)良好、通信暢通，所有數(shù)據(jù)均未出現(xiàn)較大偏差，符合設(shè)計要求，說明金釵紅水河特大橋纜索吊裝系統(tǒng)具備進(jìn)行正式吊裝施工的能力。

5 結(jié)語

(1)纜索系統(tǒng)吊裝過程中，當(dāng)?shù)跹b荷載在跨中時，兩岸塔架有向跨中傾斜趨勢，當(dāng)荷載靠近某一岸塔架時，則該岸塔架有向主地錨傾斜的趨勢。

(2)纜索吊裝系統(tǒng)的可靠性及是否達(dá)到設(shè)計要求，可通過模擬實際吊裝情況進(jìn)行驗證，試吊方案應(yīng)能系統(tǒng)地模擬正式吊裝的所有工況。本項目的試吊方案對纜索吊裝系統(tǒng)的驗證具有一定的指導(dǎo)意義，為大跨度纜索吊裝系統(tǒng)的檢驗積累了寶貴的經(jīng)驗。