冯文博

摘 要：重庆东联络线北线道路工程影视城大桥主跨采取上承式拱桥跨越御临河，因现场施工条件所限，箱拱仅能在预制场预制后吊装。拟采用缆索吊装系统进行箱拱节段的安装，但新建桥梁路幅宽达29.5m，主跨跨度为110m，箱拱安装具有难度大、技术要求高、工艺复杂等特点，本项目根据具体情况设计了安全可靠、施工简便缆索吊装系统，顺利完成箱拱吊装施工。

关键词：上承式拱桥;缆索吊装;系统设计;缆索检算;吊装工工艺

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）18-0139-02

0 引言

因拱桥具有较大的跨越能力，受力明确简洁，且构造较简单，外形美观;能够充分发挥圬工及其它抗压材料的性能;另外，随着经济建设和公路、铁路建设的蓬勃发展及桥梁设计、建设技术的发展提高，采取大跨度拱形桥跨越大江大河及其它构造物成为未来的趋势。虽然我国在拱桥建设方面历史悠久，但以小跨度为主。以往拱桥工程的施工经验已难以适应现代的大跨径拱桥的建设。因此，迫切需要吸收以往施工经验及技术成果，制定出适合现代大跨径拱桥吊装施工的技术方案，以适应我国大跨径拱桥发展的需要。

1 工程概况

重庆东联络线北线道路工程影视城大桥起始桩号为K3+825，终点桩号为K4+045，桥梁全长220m，桥宽29.5m，为上承式拱桥，墩柱采用承台接桩基础形式，桥台采用重力式桥台接桩基础。主跨净跨径110m，拱腹矢高为16m，采用等截面悬链，拱轴系数m=2.932。主拱采用钢筋混凝土箱拱预制吊装而成，主梁均为预制吊装简支空心板梁。

主拱圈构造：每个拱肋由9个箱拱组成。全桥共2个拱圈18条拱肋，位于拱圈外侧的两片拱肋为边箱，中间7片为中箱。拱肋分五段预制，采用无支架缆索吊装。

因本拱桥跨度大，桥面宽，吊装的构件重，可借鉴的类似缆索吊系统经验少，需根据本项目的实际情况，进行缆索系统的发展及创新设计，以使顺利完成本项目的施工。

2 上部結构缆索吊装法总体方案

本项目缆索吊系统采用一套吊装设备单基肋合拢成拱方案，根据箱拱设计结构、现场施工条件等进行缆索吊总体方案的设计，具体如下。

（1）为了减少扣索数量和吊装次数，每条拱肋在预制拼装成5节段后再吊装成拱。箱拱最重节段为拱脚段边箱，其重量为74.54t。（2）先进行拱圈跨中1号拱肋节段的装吊，然后按左侧→右侧的循环顺序（1→2→3→4→5→6→7→8→9）两侧对称吊装，拱肋节段吊装顺序如图1所示。

3 施工方法及技术措施

3.1 缆索吊整体方案

主索、扣索共用塔架，塔架的高度根据安装的最高拱顶节段顶面标高来确定，控制吊重按最重的拱脚段边箱来设计，最大吊重P=119.3t（考虑吊钩等配重及冲击荷载）。根据地形条件，主缆索净跨取270m，两岸塔架等高32m，采用83式军用墩搭建而成，主地锚采用重力式结构。

拱肋节段在御复路侧预制，设一套缆索吊，因桥面较宽，为了使两侧边拱的节段安装到位，通常有采用下述2种方案：一是拱肋在缆索吊下拼装好后横移到设计位置;二是缆索吊可横移，节段直接就位。前者塔架、锚固等用料少，但本项目桥面宽，横移幅度大，安全风险高。为此，本项目采用后者方案，拱肋箱段采取吊起后直接对正安装，避免了拱肋节段横移，安全性好。

缆索吊可横移方案可采取下述2种方案：一是塔架横移;二是索鞍横移。因本项目塔架高度为36m，进行横移时的安全稳定性较差，故本项目采取了索鞍横移的方式。

缆索吊总体设置如图2、图3所示。

3.2 主索系统及主跑车

设置主索一组，主索由8根φ60钢丝绳（结构为6×37S+IWR）构成，吊装时通过横移塔顶的可移式主索鞍来实现逐肋对中。主索两端设置100t转向滑车将主索并成8排，以确保主索绷紧并承力均匀，主索的垂度、张力通过收紧滑车组进行调节，以确保符合设计要求，使用以小拖大的拖拉方法间接安装主索。主索的最大张拉为H=494.6t，最大吊重时跨中产生的最大垂度为19.3m，空载情况下垂度为15.38m，主索的安全系数为K=3.8。

主跑车采用8门80t级，双跑车设计吊重为160t，施工时在两侧拱座上预埋千斤扣，将两台主跑车固定，并穿好跑车间的间距绳。布设主索的同时将主跑车穿绕在主索上，完成主索穿绕后逐渐松开跑车固定绳，同时收紧主索，使跑车缓缓升空，主索布设和收放、跑车的布置在主锚与桥台间的空间进行。

3.3 起重系统

箱拱节段由御复路预制场移运至主索下方，采取预留孔穿吊带作箱拱节段吊点的方式起吊。节段每端设4点起吊，每台主跑设置一套起吊机构，在御复路端主地锚上设置2台10t的卷扬机组作为起吊动力。每根起重索采用φ22钢丝绳（结构为6×37S+FC）走“8”布置，活端由塔架顶转向进入10t的卷扬机，死端通过跑车定滑轮固定在滨河西路地锚上。在收紧主索前需将起重索穿绕好。起重索采取花穿，以使跑车均衡受力。

3.4 扣索系统

采用塔扣的扣索方式，扣索与主索共用塔架，扣索采用八字形正扣结构。扣索地锚设在主地锚上，在桥台与主地锚之间的空上设置收紧滑车，并利用桥台作为地锚以调整扣索的收放。扣索采用6φ15.2钢绞线。最大扣索拉力发生在滨河西路侧的中间段边箱，拉力为41.8t，扣索拉力角度为23度，扣索安全系数为2.8。

3.5 塔架

塔架采用稳定性能好、承载能力强的83式军用墩上，两侧塔架均为等高32m，因采用可移动索鞍的方式，塔架横桥向宽度与桥宽对应，为30m。

4 缆索系统检算

缆索吊装系统需要承载验算的构件多，本文仅将主索、塔架承载验算过程阐述如下。

4.1 主索受力驗算

①主索安全系数。主索由8根φ60钢丝绳（结构为6×37S +IWR）构成，公称抗拉强度σb=1770MPa，重量q=15.0kg/m，截面积Fk=2826mm2，破断拉力∑S=2270kN，弹性模量Ek=75600MPa。

主索承受的荷载主要来源于主索自重及吊装构件的重量，主索自重G为均布线性荷载，吊装构件重量为集中荷载P。

G=15.0×10-3×270=40.5kN

集中荷载由两部分组成，即主拱肋最大段重P1=745.4kN，吊具、施工荷载及配重P2=50kN，为安全起见，荷载增加20%的超重，则单根主索集中荷载为：

P=1.2（P1+P2）/8=1.2×（745.4+50）/8=119.3kN

当集中荷载作用于跨中时，主索承受最大水平张力，其值由下式求得：

H主=（GL+2PL）/（8fmax）

式中，fmax为主索工作最大垂度，按主索长度的1/14取值，得fmax=270/14=19.3m。代入上式。得：

H主=（40.5×270+2×119.3×270）/（8×19.3）=488.1kN

竖向力V=（G+P）/2=（40.5+119.3）/2=79.9kN

主索最大张力：T主=（H2主+V2）1/2=（488.12+79.92）1/2= 494.6kN

主索张力安全系数：K=∑S/（1.2T主）=2270/（1.2×494.6）= 3.8>[K]=3.5，满足要求。

式中：1.2为起吊时的冲击影响动载系数。

②主索接触应力验算。接触应力按下式计算：σ触=T主/A+EK×d/Dmin

式中：A为钢丝绳断面面积;EK为钢丝绳弹性模量;d为钢丝直径，d=2.84mm;Dmin为跑车平滚最小直径，Dmin=0.35m。将数据代入上式得：

σ触=494.6×103/（2826×10-6）+（75600×106×0.00284）/ 0.35=788.45MPa

安全系数K=[σ]/σ触=1770/788.45=2.24>2，满足要求。

4.2 塔架检算

塔架采用83式军用墩拼装而成，塔架底部立柱为最不利承载处，主要承受自身重量及缆索产生的压力，经计算：

∑V=4240t

作立柱的单根83式军用墩①号杆件允许承受的压力为117t，本项目塔架水平截面由48根杆件构成，则单根①杆件需承受压力为4240/48=88.3t<117t。

5 箱拱吊装工艺

5.1 悬挂箱拱拱脚段、中间段

（1）跑车将1号拱肋的拱脚段吊离运梁车，持续吊起以超过起拱线，牵引索牵引拱脚段至安装位置的正上方，降下拱脚段下端与拱座对位，并扭紧接头螺栓，挂好拱脚段上端扣索及缆风绳。然后起重索稍稍提起或下降调整拱脚节段的上接头端标高，满足要求后（使接头处标高较设计值高7cm，即设置7cm超高）收紧扣索。然后通过收放两侧缆风索，以调整箱拱中线。

（2）调整好拱脚段中线位置后，检查下接头与拱座预留孔的两底铁间是否有不均匀空隙，否则用类似形状的薄钢板楔紧，防止合拢后拱肋中线出现偏差，调好拱脚段的中线、标高并固定后，摘除跑车。随后进行中间节段吊装，安装方法与拱脚段相同，中间节段与拱脚段对接并扭紧接头螺栓后，挂好中间段上端的扣索及缆风绳。通过升降起重索调整中间节段的上接头端标高，满足要求后（使上接头处标高较设计值高14cm，即设置14cm超高）收紧扣索。然后通过收放两侧缆风索调整箱拱中线。

另侧岸的拱脚段、中间段箱拱按上述方法进行吊装。

5.2 箱拱合拢段定位及合拢

（1）用跑车将拱肋合拢段就位，使合拢段两端接头较安装标高高3cm，然后采用“定长松索”的方法两岸同时对称松索，使两岸的拱脚段、中间段箱拱逐渐向合拢段靠拢，松索不能过快，每次松索控制接头标高下降幅度在1cm内，松索时要确保拱脚段与中间段接头、中间上接头下降后的预抬高量基本按1：2的比例，每次松索后需对两处接头标高进行测量，下降值不符合要求或是不成1：2的比例，则需在下次松索时进行调整（通过起重索、扣索和缆风绳调整），通过上述循环施工，以便有效控制接头标高。（2）当合拢接头快要重合时，将两节段箱拱的接头螺栓孔对中并装上螺栓，继续松索使两节段端面抵紧，再继续松索，当合拢处接头下降至比设计标高1cm时。暂停松索，检查和调整合拢段两端接头标高，确保两端接头标高相同，采用钢板将接头端面间空隙楔紧，然后将接头螺栓全部拧紧。（3）按照扣索→起重索→扣索的顺序循环进行松索。当接头标高下降很小，且起重索、扣索承受的拉力也很小时，表明拱肋节段间已抵紧成拱。此时基本全部放松扣索，仅起重索施加部分拉力，以控制合拢接头不低于设计标高，同时调整下拉索，以控制拱脚段与中间段接头不超过设计标高。（4）当各接头处标高基本稳定后，将缆风绳、下拉索及起重索临时固定，把接头处连接螺栓拧紧，此时拱肋完全合拢成拱，完成上述连接工序后摘除起重索、扣索。但缆风绳、下拉索保持工作，直到第3条拱肋合拢成拱后方可拆除。（5）在拱肋轴线偏差完成调整、接头空隙钢板楔紧后和全部松索成拱前进行拱肋接头的焊接作业。采取间隔、分层和交错的方式进行接头钢构件的焊接连接，每层焊接不宜过厚，以防烧坏结构周边漆膜，最终将拧紧的接头螺栓焊死。（6）完成单条拱肋成拱后，按照上述施工工艺吊装其余拱肋，成型的拱肋及时施做与相邻拱肋的横向联接，增加整体安全稳定性。

6 结语

在重庆东联络线北线道路工程影视城大桥主跨拱肋施工中采用缆索系统吊装。通过采用承载能力强的83式军用墩作塔架，塔架顶部设置移动索鞍，加强施工管理，加强缆索吊状态监控等措施，确保了拱肋的安装质量及施工安全，取得了良好的经济效益与社会效益，期望能够对其他拱桥的吊装施工起到借鉴作用。

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