浅谈高速公路桥梁工程缆索系统施工方案

2014-03-07孔余江

黑龙江交通科技 2014年3期

关键词：赫章主索缆索

孔余江

(贵州省公路工程集团有限公司)

浅谈高速公路桥梁工程缆索系统施工方案

孔余江

(贵州省公路工程集团有限公司)

某高速公路互通连接线II号大桥位于贵州省赫章县，地处深沟峡谷，如该地形采用塔式吊车施工，无法对塔式吊车进行拼装，经过方案比选后，决定采用缆索吊装方案进行施工。对缆索系统的施工方案进行了详细的验算，供同行借鉴。

高速公路;缆索吊装;系统;计算

1 工程概况

赫章互通连接线II号桥桥跨布置为7×20空心板，全长140 m。

2 采用缆索施工方案的原因

(1)临时设施搭设临时便桥，主要用于施工中人员运输材料及浇筑混凝土通道。

(2)墩柱施工采用卷阳机施工，混凝土浇筑采用输送棒进行运输，经过费用及多方面比选，此方案具有费用较高、工期不可控、需要投入大量劳动力、施工人工成本不可预见等不足。

3 缆索布置

为满足施工需要，平行布置两套缆索吊装设备(按单吊点、吊重4 t设计)，1#主索架设在桥轴线左3.63 m上方，2#主索架设在桥轴线右侧3.63 m的上方。一端主塔架设在赫章岸，高程为1 598.544;另一端主塔架设在赫章岸，高程为1 598.544。两主塔的距离为201.83 m。卷扬机房和倒拐地笼布置在赫章互通岸，倒拐地笼高程为1 584.172。

4 稳定性、抗倾覆力计算

(1)主索的计算

根据《缆索天线安装施工方案》“缆索天线的布置”提供的数据可知。主索跨径L=201.83 m，采用Φ47.5(6×37+1)的麻芯钢丝绳，吊运块件重40 kN(设计吊装重48 kN，另加吊具、跑车等重8 kN)采用单吊点。

①计算主索单位重和破断力

主索单位重:g=7.929 kg/m=0.079 29 kN/m。

起重索单位重:g=2 ×1.638 kg/m=0.032 76 kN/m。

g=0.079 29+0.032 76+0.032 76=0.144 81 kN/m。

采用公称抗拉强度为1 700 MPa的钢丝绳，其破断拉力总和等于843.47 mm2×1 700 MPa=1 433.899 kN。

其换算系数为0.82(见《路桥施工计算手册》)°所以钢丝绳总破断力:Tn=758.4 ×0.82=1175.797 kN

②主索最大张力和强度验算

跨中主索垂度:根据经验取1/15L(L为主索跨径，一般经验取值范围〔1/14～1/18〕L)，fmax=201.83×1/15=13.455 m

(主索受力延伸到平衡以后的数值)

主索最大水平张力:Hmax=Mmax/f

Mmax=Ql/4+gl2/(8cosβ)=48 ×201.83/4+0.144 81 ×201.832/(8 × cosβ)=3 159.321 kN·m

式中:tgβ =h/l=0/201.83，cosβ =1

代入后得:Hmax=234.806 kN

主索最大张力:Tmax=Hmax/cos7.594 45=236.884 kN。

不考虑冲击系数，主索的安全系数:

k=Tn/Tmax=1 175.797/236.884=4.96

③主索应力验算

式中:n是指行车轮数，其值为2

(2)起重索计算

起吊物重Q=48 kN，采用单跑车、单吊点。转向滑轮轮数μ=3，起重索工作线数n=2，滑轮组轮数m=1，滑轮直径D=340 mm。起重索:采用 Φ21.5(6×19+1)麻芯绳;g起=0.016 58 kN/m;F起=175.4 mm2;［δ］=1 700 MPa;Tn=253.4 kN(换算系数取0.85);进行应力计算。

η =［δ］/δmax=1 700/747.686=2.274 ＞2(满足)

安装张力H0

吊重 Q=48 kN，G=gl=0.14481 ×201.83=29.227 kN，空载状态Q0=8 kN，不计算温度变化影响，由于两岸锚固段长度较长，主索按三跨计算。

换算弹性模量:7

(3)牵引索计算

起吊总重Q=48 kN，采用单跑车。跑车靠近塔架时的升角为 θ，牵引索采用 Φ21.5(6×19+1)麻芯绳;g起=0.016 58 kN/m;F起=175.4 mm2;［δ］=1 700 MPa;Tn=253.3 kN(换算系数取0.85);跨中垂度f取为主索垂度13.455 m，牵引索穿过的滑车数量n为5，根据以上数据进行应力计算:

跑车靠近塔架时的升角总牵引阻力

W=Qsinθ+0.15Q=48 ×sin14.93+0.15 ×48=19.57 kN牵引索最大张力

T引=(W+2Lq)(2- ηn)=(19.57+2 × 201.83 ×0.016 58)× (2-0.965)=31.114 kN

牵引索的安全系数

K=Tn/T引=253.3/31.11=8.14 ＞3(容许)

(4)地笼计算

赫章地笼及互通岸地笼

地笼承受主索应力。地龙布置:半径R为0.7 m，总长H为4.3 mC30混凝土桩一根，其中入3.3 m，出土1 m土桩身配设主筋为28根 φ25，螺旋箍筋 φ10@15，φ25@1.5加劲箍2道。桩中轴线与主索垂直，地龙上套主索用绳卡连接，主索套绕位置地面以下超过70～80 cm。验算以混凝土地龙桩与地基土的摩擦力及地基土的承载力来平衡拉力。

抗上拔力稳定性验算

桩身重G=24πR2H=24 ×3.14 ×0.7 ×0.7 ×4.3=158.783 kN

桩身与桩周岩石的摩擦力

τ为桩周土的极限摩阻力，按碎石卵石低值取算(路桥施工计算手册)°

抗拉稳定性验算

桩身侧向受拉时的主要抵抗力来自桩前岩土压力，只要桩前岩土有足够的抵抗力，桩就是稳定的。地基土为灰岩，岩石的容许应力按极软岩碎块状破碎程度低值取算，有

取自《实用土木工程手册》1052页，岩石的容许承载力［σ0］表。

［τ］取 1.5 MPa。

5 塔架验算

(1)塔架布置

赫章岸塔架总高12 m及15 m，互通岸塔架总高18 m。由321桁架片两片一组，一组一节，节间以水平、竖向连接片相互联接组拼而成，中部采用7.5号热轧角钢及12号热轧槽钢组拼的1.5 m高横梁联结，顶部采用3根20a热轧工字钢作横梁，塔脚下端铰接，顶部安装索鞍。用4φ36(6×37)钢丝绳作稳定缆风索，缆风索在前后方与主索成45°方向。

(2)稳定性、抗倾覆力计算

缆索安全性按极限荷载下进行强度、刚度、抗倾覆力的验算，其安全系数符合JTJ041—2000“公路桥涵施工技术规范”中15.3.1条规定。由于桁架片本身各部分具备足够的强度和稳定性，主要对塔架的销接部位(即插销)进行验算。

(3)塔架及缆风索的计算(赫章岸15 m高塔架)塔架外力

①主索产生外力

桁架插销所受剪力即为立杆销接点的轴向力，考虑杆内不均匀受力因素，按单侧受力验算，则销子的剪应力

τ =N/AQ=133.828/(0.049 5/2)2/3.14/2/1 000=34.78 MPa＜［τ］=585 MPa 满足要求。

安全系数K=τ/［τ］=16.82满足承载力要求

6 缆索架设安装

(1)地龙基坑开挖

缆索锚碇施工采用全站仪进行平面定位及高程测量。在基坑开挖过程中采用人工开挖或浅眼爆破，严禁放大炮，按较小坡比放坡，以减少对土体的扰动，确保基坑边坡的稳定。

(2)地龙锚碇施工

地龙基坑附近平整混凝土拌和场地，采用人工背运河砂、卵石、水泥、预埋工字钢及槽钢等材料，预埋件安装稳固后按照配合比浇注砼及预埋主索。卷扬机地锚按照牵引、起重所有卷扬机同时负载控制总重量:1.4×［(20+55.1)×2+26.4+28.2］/10=28.7 t。

(3)主索安装

地笼混凝土达到7 d强度后，安装缆索，用工作线将主索牵引过河，将Φ47.5主绳扣在正安岸塔架及地笼上。在桑坝岸用5T卷扬机将主索调到受力状态，使主索达到最佳挠度。然后安装起重绳、牵引绳、承玛、跑车、滑轮等。1#缆索安装完毕后配合工作线起吊、牵引2#缆索所需材料并完成安装。在施工期间设专职安全员在缆索安装区域负责安全警戒。

(4)缆索主索试拉

缆索安装完毕，用5 t重的物体反复试吊和水平运行后检查各部位和部件均正常完后，才能进行正常施工。