缆索吊装钢管混凝土拱桥施工技术

第５期　北　方　交　通　・９５・　缆索吊装钢管混凝土拱桥施工技术　刘文怿　（大连市经济技术开发区基本建设管理中心，大连摘１１６６００）　要：结合大连开发区滨海路东寺沟至国际会议中心一号桥工程，介绍了缆索吊机的构造、缆索吊装斜拉挂　扣法安装主拱拱肋的施工技术以及钢管混凝土压注技术等。　关键词：缆索吊装；钢管混凝土；拱桥　中图分类号：Ｕ４４５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—６０５２（２０１０）０５－００９５—０４　１　工程概况　３　关键施工技术　大连开发区滨海路东寺沟至国际会议中心一号　大桥施工主要采用了缆索吊装斜拉挂扣施工技　术，以下详细说明缆索吊机的设计及应用。　３．１　缆索吊的设计和安装　桥滨临海边、跨越山谷、造型优美，是大连滨海路上　为数不多的亮点之一，工程的建设受到了当地社会　各界的关注。　主桥为中承式钢管混凝土无铰拱桥，计算跨径　１２０ｍ，矢高２７ｍ，拱轴线采用悬链线。主拱拱肋为　钢管混凝土结构，采用哑铃形截面，两拱肋均内倾　１１。呈提篮式布置。　２　总体吊装方案　根据各吊装单元的相关参数（见表１）和地形条　件等确定缆索吊的构造：由于谷底地势较陡，不易形　成足够空间的吊装平台，在靠东寺沟一侧设置长度　３５ｍ与塔架同宽的吊装平台，故主索跨径为２００ｍ，　塔高４０ｍ，东西两侧塔顶等高，主锚桩采用１．８ｍ挖　孔桩，扣锚桩为１．５ｍ挖孔桩，桩长均为８ｍ，布置位　大桥跨越一天然山谷，拱顶距谷底６２ｍ，地势较　置见图１。主索、平衡索都固定在主锚桩上，扣索固　定在扣锚桩上。主索、起重索、牵引索、扣索、平衡索　均采用６×３７＋ｌ钢丝绳，各索规格及性能见表２。　表１　吊装单元参数一览表　序号　名称　晟大重量ｋＮ吊点数量吊装方式单钩吊重ｋＮ吊点间距ｍ　１　拱肋　２　风撑　３吊杆横粱４肋间横粱　２６０　１６６　４０３　２８６　２　单索纵向　２　双索横向２　双索横向　２　双索横向　１３０　８３　２０２　１４３　备注　２０　单索最大起重量　１０．５　１７．５　单钩最大起重量　７．８　陡，给施工带来了很大困难。若采用在谷底搭设支　架的方法施工，将耗费巨大的人力、物力，初步估计　需要军用墩、军用梁等２０００ｔ，且受场地及周围环境　的制约支架搭设极为困难。经比选后决定采用缆　索吊机分段安装拱肋及横梁，斜拉挂扣系统保证　拱肋安装段稳定的施工方案、大大节省了施工措　施费用。　东寺沟　国际会议中心　图１缆索吊装系统　３．１．１　主索　丝绳，为满足合拢段安装高度、主索强度的要求，主　索垂度分两个阶段取值，根据各构件吊装重量（见　共布置两组主索，每组主索采用两根　Ｏ．５钢　・９６・　北　方　交　通　２０１０　表１）确定两个吊装阶段相应内力，见表３。为适应　提篮拱肋各节段的安装位置，主索采用横移式索鞍，　由主索张力普遍方程求得靠近塔架３０ｍ处主　索水平张力为７８０ｋＮ。　可在塔架分配梁上任意移动。　表２钢丝绳规格表　由ｔｇ０＝ｔｇ１３＋　（　＋早）＝ｏ＋　表３　主索不同垂度下内力、应力表　吊装部位　主索最大垂度主索最大张力拉应力（ＭＰａ）／接触应力（ＭＰａ）／　（ｍ）　（ｋＮ）／安全系数　安全系数　安全系数　Ｈ￣＋ｉ－Ｉ　｛　［３Ｑ（Ｑ　）＋Ｇ　］－Ｈｍ＋　８△ｔＥ　Ｆｃ。ｓ１３　ｆ一吉Ｑ。（Ｑ。＋Ｇ）Ｅ　Ｆｃｏｓ２［３一　Ｇ２Ｅ　ｋＦｃｏｓ２—：。　Ｈ　＋６５１Ｈ　一９５００００００＝０　解得：Ｈ０＝３１３．８ｋＮ　确定安装初始垂度：　ｆ０＝　ｇｌ２＋　Ｑｏ１＝　＋　＝１２．５（１１１）　３．１．２　起重索　起重索采用（Ｉ）２４钢丝绳走六线，起重卷扬机选　用５ｔ慢速卷扬机，卷扬速度每分钟１０ｍ。　起重索张力Ｔｍａ，＝　＝１．。×　＝５０．７（ｋＮ）　安全系数Ｋ＝　＝　’５．８＞５　接触应力…毒　＝　＋　７５６００　ｘ　１．１：４７Ｓ（ＭＰａ）　安全系数１１＝　’　盯ｍａｘ　＝　／Ｉ３．ｑ　Ｏ　５６＞２　３．１．３牵引索　疲弓Ｉ索采用（Ｉ）２４钢幺幺绳击＝线　２×１７０—２００　—　万百　×（Ｔ，０．２５６８　３０８、＋　）　　求得升角０＝９．１６。　跑车运行阻力：　Ｗ１＝Ｑ（ｓｉｎ０＋Ｉ￣ｃｏｓＯ）＝３０８×（ｓｉｎ９．１６＋０．０１６　×ｃｏｓ９．１６）＝５３．９（ｋＮ）　起重索运行阻力：　Ｗ２＝Ｔ起（１—１１　）＝５０．７×（１—０．９６　）＝７．６　（ｋＮ）　后牵引索自然张力：　ｗ，：　＝　＝２６．９（ｋＮ）　总牵引力：　Ｗ＝Ｗｌ＋Ｗ２＋Ｗ３＝５３．９＋７．６＋２６．９＝８８．４　（ｋＮ）　牵引索最大拉力：　Ｔ引＝（ｗ＋２Ｌｑ１）（２—１１　）＝（８８．４＋２×２００　Ｘ　２．９４６×１０一　）（２—０．９６　）＝１２９．１（ｋＮ）　安全系数Ｋ引＝鲁＝　＝６．８＞３　牵引索接触应力：　＝鲁　＝　６００×　１．１　＝４４１．７（ＭＰａ）　安全系数Ｋ　＝　盯　Ｉ　＝　ｑ斗１．　／＝３．８＞２　牵引卷扬机选用８ｔ慢速卷扬机，卷扬速度每分　钟１８ｍ。　３．１．４　扣索　扣索采用单根　７．５钢丝绳，由塔顶绕过扣索　索鞍，固定在扣锚锚桩上，调整拱肋标高时只需在扣　锚桩处调整扣索长度即可，操作起来简单方便。各　工况扣索索力见表４，在合拢后东寺沟侧２扣受力　最大为３２７．２ｋＮ，扣索破断拉力为１１７５．７９７ｋＮ，安　表４　各工况扣索索力（ｋＮ）　第５期　全系数Ｋ＝１１７５．７９７／３２７．２＝３．６。　３．１．５　平衡索　北　方　交　通　・９７・　索一起调整拱肋合拢标高，故塔顶位移对施工的影　响不大，所以施工时只针对塔的强度和稳定性通过　塔顶位移量进行判断，能保证塔的安全性即可。　塔架万能杆件应力最大工况为安装合拢段时，　最大应力为受压１２８．４ＭＰａ＜１３１．５ＭＰａ，能够满足　塔架强度及稳定性要求。　３．１．７　锚桩　锚桩桩长均为８ｍ，人岩７ｍ。嵌岩为强风化石　平衡索的材料选用钢丝绳，用卷扬机张拉，一端　锚固于主锚锚桩上，一端固定在塔架顶部平衡塔顶　水平力。为减小塔顶的水平位移及其给拱肋安装带　来的影响，平衡索选用ｑ）２１．５钢丝绳走六线，来减　小平衡索的弹性伸长。平衡力最大为１１７ｋＮ，考虑　滑轮组效率后单根索最大拉力为３３．１５ｋＮ，平衡索　单根破断拉力为２４２．９３２ｋＮ，安全系数７．３，最大伸　长量为１９１ｍｍ。　３．１．６　塔架　塔架采用万能杆件搭设，采用主、扣塔合一的形　式，塔根部与塔基础固结。为适应拱肋最高点、主索　垂度等要求，塔高设计为４０ｍ，在２０ｍ处设置一道　横联。每个塔设置三根立柱，横联以下部分立柱尺　寸为２×４ｍ，横联以上立柱尺寸为２×２ｍ。塔架柱　底宽度２０ｍ，塔头２４ｍ，立柱立杆为Ｎｌ（４一　１２０×　１２０×１０ｍｍ），横杆为Ｎ４（２一Ｌ７５×７５×８ｍｍ），斜　杆为Ｎ５（２一Ｌ７５×７５×８ｍｍ），在塔头、横联及立柱　变截面处均进行了加强，采用Ｎｌ、Ｎ２（４一　１２０×　１２０×１０ｍｍ）作为横杆和立杆。　东西两侧塔架构造相同，以下以东寺沟侧塔架　为例介绍本桥塔架各施工阶段施工控制方法及各工　况受力分析。塔架采用ｍｉｄａｓ建立模型，采用梁单　元模拟塔架，索单元模拟平衡索，各施工阶段平衡力　用初张拉荷载施加，各施工阶段见表５，力学模型见　图２。　表５塔架施工状态分析　图２　塔架施工状态分析模型　此桥仅为５段拼装，合拢前可通过扣索与起重　英岩，桩周土的极限摩阻力按角砾取１５０ｋＰａ，承载　力５００ｋＰａ。锚桩桩身均采用Ｃ２５混凝土，主锚桩配　筋为２６根　８螺纹钢筋径向均匀布置，扣锚桩配　筋为２２根ｑｂ２８螺纹钢筋。将锚桩外力分为水平力　和竖向力进行计算，见表６。　表６锚桩外力计算表　锚桩最　力最　力　扣锚　３６４．４　４１７．７　２６２５／７．２　２８２７．４／６．８　圭笪　！：！　！：！　！　竺：：：　：兰　３．１．８　缆索吊的安装　塔架安装：首先由人工在地面拼装塔架，每４～　８ｍ为一节段，再用吊车进行拼装，然后再安装上下　分配梁及索鞍。安装塔架的同时可进行锚桩的施　工。　安装主索：先由人力牵引一根ｃＩ：，２１．５钢丝绳由　一端主锚桩出发，越过两个塔顶至对岸主锚桩作为　通绳；再用通绳和一个８ｔ卷扬机牵引主索至对岸，　穿过平衡轮再返回主锚桩上临时固定。　安装跑车、起重索：先将主索放长至地面，用吊　车把跑车平放在主索上，再安装起重上挂，并穿人起　重索于上下挂滑轮上，安装配重于起重挂上，收紧主　索至初始安装垂度，起重索随之抽出。　安装牵引索：将牵引索两端的死头打在跑车的　两端，将牵引索在跑车附近穿好，利用通绳将牵引索　转向滑车牵引至两端塔顶并越过塔顶固定在主索　上。　３．２　缆索吊装斜拉挂扣法安装拱肋及横梁　３．２．１　拱肋安装　每片拱肋各分为５段，两拱肋问共有风撑７道，　肋间横梁２道，吊杆横梁采用预应力混凝土梁共１９　片，均用缆索吊机进行安装。拱肋及风撑安装顺序　为：西侧左侧１＃段＿西侧右侧１＃段一西侧１＃段肋　间风撑　东侧左侧１样段＿＋东侧右侧１＃段＿＋东侧１＃　段肋间风撑　西侧左侧２群段　西侧右侧２群段一＋西　侧２＃段肋间风撑一东侧左侧２栉段一东侧右侧２＃段　一东侧２＃段肋间风撑一左侧合拢段一右侧合拢段　・９８・　北　方　交　通　２０１０　＿＋合拢段间风撑。　（１）吊装就位　起吊前应先对整片拱肋在加工车间进行预拼，　保证各段接口及整体线形无误后运至现场准备吊　装。两拱肋轴线均为悬链线，且内倾１１。呈提篮式　布置，故安装时需注意标高、平面位置、内倾角度三　个方面的控制。　首先将拱脚设计成一个具有足够强度并能自由　和扣锚桩上，调整拱肋标高时只需配合主索在扣锚　处张拉或放松扣索，安装拱肋时宁高勿低，调整时用　放松扣索的方法使拱肋达到就位标高。　（３）合拢　拱肋第２＃节段全部安装完成后，尽快地实施合　拢。合拢前通过扣索和主吊钩对拱肋线形、标高进　行调整，选择温度稳定时段实施瞬时合拢。在拱顶　中部预留节段合拢缺口，在扣点高程满足设计要求　转动的临时铰，待合拢后将临时铰固结。　的情况下（高程内应计入温差校正值），丈量缺口长　平面位置及标高的控制：每段拱肋采用两点吊　度，加工合拢节段，并在一天内最接近设计温度时合　装，可用前后主吊钩来调整标高，风缆绳调整平面位　拢。　置。每段安装时应预留一定的预拱，第二段安装时　此拱肋安装方法简单可行，适用于可采用５段　必须保证与第一段的相对位置符合设计要求，即以　拼装的拱肋安装，即使在预拱度的预留有较小的偏　拱铰为轴，根据第一段前端的标高确定第二段的安　差的情况下也可进行调整，可以保证拱肋的线形。　装标高，就位后将两段临时连接。合拢前可用主吊　３．２．２　吊杆横梁安装　钩和扣索配合调整一、二段拱肋的标高，符合要求后　由于吊杆横梁长度２２ｍ，两拱肋间距１９—　进行合拢段的安装。　８．６ｍ，风撑纵向间距１５ｍ，不易从两拱肋上方下降　内倾角的控制：根据内倾的角度确定吊点在拱　就位，故在东寺沟侧拱脚处修建平台和便道，使运输　管上环向的位置，使拱肋吊起时在自重的作用下自　车运梁至拱肋下方，由缆索吊的左右两根主索挂住　然产生内倾角度，并在拱肋环向设置吊环，用倒链挂　横梁的两端吊点同时起吊，平行移动至对应吊杆位　在主吊钩和吊环上对拱肋内倾角进行微调。　置直接安装在吊杆上。横梁标高通过调整吊杆两端　（２）平衡索、扣索张拉及线形调整　螺母实现，在横梁安装完成后整体测量一次横梁标　采用５ｔ慢速卷扬机在主锚桩处施加平衡力，由　高，计算出偏差及需调整螺母的螺丝数，再将每根横　于施加平衡力的主要目的是平衡塔顶水平力，保证　梁逐一调整即可。　塔架的安全，故依据塔顶位移量控制各施工阶段施　４结束语　加的平衡索力，见表５。本桥平衡力的施加分为两　通过采用缆索吊装斜拉挂扣法安装主拱拱肋，　个阶段：　保证了拱肋合拢线形，且在标高和平面位置的施工　阶段一：安装第一段拱肋直至挂一扣，平衡力施　偏差均不超过２ｃｍ。大桥建成以后，外形美观且各　加４７ｋＮ，塔顶位移量一３２ｍｍ。　项指标均达到了相关规范标准要求，用较小的成本　阶段二：安装第二段拱肋、挂二扣直至吊装拱肋　成功地建出了精品，显示了大连开发区基本建设管　合拢段，平衡力施加ｌ１７ｋＮ，塔顶位移量一９１ｒａｍ。　理中心的施工组织能力和技术实力，为大连开发区　由于塔外力包括主索、起重索、牵引索、扣索、缆　赢得了良好的社会、经济效益。　风索等对塔的作用，而实际上还包括摩擦力、风力、　参考文献　温度等因素及测量误差的影响，塔顶位移计算数值　［１］周水兴，邹毅松．路桥施工计算手册［Ｍ］．人民交通出版社．　和实际测量数值有较小偏差，但能保证塔架的安全。　［２］ｊｘｊ　０４１—２０００，公路桥涵施工技术规范［Ｍ］．　扣索采用钢丝绳越过塔顶直接固定在拱肋扣点　［３］袁长春．２７０ｍ跨提篮式钢管混凝土拱桥施工技术总结．　Ｃａｂｌｅ　Ｅｒｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＣＦＳＴ　Ａｒｃｈ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃａｂｌｅ　ｈｏｉｓｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｃａｂｌｅ　ｅｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｔｒａｙｅｄ　ｋｎｏｔｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｉｎｓｔａｌｌ　ｍａｉｎ　ａｒｃｈ　ｒｉｂ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＣＦＳＴ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｉ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　Ｄｏｎｇｓｉｇｏｕ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｎ　Ｂｉｎｈａｉ　Ｒｏａｄ　ｏｆ　Ｄａｌｉａｎ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　Ｄｅｖｅｌｏｐ　Ｚｏｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｃａｂｌｅ　ｅｒｅｃｔｉｏｎ；ＣＦＳＴ；Ａｒｃｈ　ｂｒｉｄｇｅ　，