裴賓嘉，王忠海，雍　翔，沈盧明

(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司， 成都　610031)

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西藏通麥懸索橋上部構(gòu)造施工關(guān)鍵技術(shù)

裴賓嘉，王忠海，雍翔，沈盧明

(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司， 成都610031)

摘要：通麥大橋是國內(nèi)首座單跨空間纜地錨式懸索橋。介紹通麥大橋上部構(gòu)造施工采用的特殊貓道設(shè)置方式、空間吊索安裝方法和優(yōu)化加勁梁安裝順序等關(guān)鍵技術(shù)，為同類橋梁施工提供參考。

關(guān)鍵詞：空間纜地錨式懸索橋；上部構(gòu)造；施工

1工程概況

1.1設(shè)計(jì)概況

通麥大橋位于川藏公路318國道西藏林芝境內(nèi)的通麥鎮(zhèn)，橫跨水流湍急的易貢藏布江。該橋采用主跨為256 m的單塔單跨懸索橋結(jié)構(gòu)，兩岸錨碇均采用重力式地錨。主橋平面均位于直線段，縱坡采用2次放坡，分別為-0.83%、-2.168%。主梁形式為焊接H型鋼的華倫式桁架結(jié)構(gòu)，鋼板采用Q345qC，索塔及預(yù)制橋面板、現(xiàn)澆層采用C50混凝土，橋面寬13.4 m，主塔處塔梁間采用縱向漂浮體系。通麥大橋總體設(shè)計(jì)布置見圖1。

圖1　通麥大橋總體設(shè)計(jì)布置

通麥大橋主纜采用高強(qiáng)鍍鋅鋼絲，主纜垂跨比為1/17。主纜共有2根，橫橋向間距15.0 m。每根主纜為37股，共有4 699絲，其豎向排列成尖頂正六邊形，擠壓形成圓形斷面，并用定型捆扎帶綁扎，兩端設(shè)熱鑄錨頭。每股索股由127絲Φ5.2 mm高強(qiáng)鍍鋅鋼絲組成。鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 770 MPa。為增加懸索橋穩(wěn)定性且受地形構(gòu)造等限制，主纜設(shè)計(jì)為空間纜，且其兩端間距大，中間間距小。主纜在主索鞍和散索鞍處中心間距為15 m，在主跨跨中間距為13.6 m，主纜設(shè)計(jì)為PPWS安裝。空間主纜示意見圖2。

圖2　空間主纜示意

加勁梁斷面總寬15.53 m，桁高4.0 m，兩榀桁架間距為13.0 m，節(jié)間長度5 m。共有26個(gè)節(jié)段，吊裝節(jié)段最大自重42.5 t。上、下平聯(lián)采用K形體系，主桁上、下弦桿，橫梁上、下弦桿，腹桿及上、下平聯(lián)均采用工字型截面，桿件材質(zhì)均采用Q345D鋼材。

由于通麥大橋橋位處地形狹窄，拉薩岸散索鞍只能設(shè)計(jì)成低于橋面并緊挨主梁，故主纜有約6個(gè)節(jié)段低于加勁梁桁架上弦。施工時(shí)，主纜位于鋼桁梁上弦和下弦之間的特殊位置，這種特殊位置會(huì)造成施工中貓道會(huì)在部分位置侵占鋼桁加勁梁的安裝空間，故貓道需要做特殊處理。拉薩岸主纜位于鋼桁梁上弦下方效果圖見圖3。

圖3　拉薩岸主纜位于鋼桁梁上弦下方效果圖

位于橋面系以上的吊桿設(shè)計(jì)成帶PE套的平行鋼絲，位于橋面系以下的吊桿為剛性帶鉸吊桿，成橋后略帶傾斜狀態(tài)。通麥大橋空間主纜索夾安裝時(shí)需要一定角度偏轉(zhuǎn)。類似于國內(nèi)已施工的自錨式空間纜懸索橋[1]。

1.2施工概述

將空間主纜坐標(biāo)通過施工階段計(jì)算轉(zhuǎn)換成為豎直平面主纜坐標(biāo)后，在豎直平面內(nèi)進(jìn)行主纜施工。索夾安裝采用預(yù)偏豎直角度，主纜索股施工采用單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)，索股牽引采用架空軌道式。貓道采用塔頂埋入式的2跨連續(xù)貓道，貓道與鋼桁梁相沖突處，在貓道改吊至主纜后，將相互影響的一定長度的貓道承重繩垂度放松，改為安全防護(hù)網(wǎng)用繩。鋼桁梁使用纜索吊裝法進(jìn)行施工，橋面板為預(yù)制實(shí)心板，待鋼桁梁安裝完成后，采用25 t吊車安裝于鋼桁梁頂面的縱橫梁上，然后進(jìn)行縱橫濕接縫澆筑，最后進(jìn)行瀝青混凝土面層澆筑[2]。埋入式連續(xù)貓道示意見圖4。

圖4　埋入式連續(xù)貓道示意

2主纜安裝

2.1主纜施工方法比較

通麥大橋是國內(nèi)首座空間纜地錨式懸索橋，而國內(nèi)外空間纜自錨式懸索橋修建數(shù)量已非常多，因此施工前對地錨式主纜和吊桿等施工方法與自錨式空間纜懸索橋進(jìn)行了比較，見表1。

經(jīng)過比較，認(rèn)為在施工階段計(jì)算方式和體系轉(zhuǎn)換方面，空間纜地錨式懸索橋與空間纜自錨式懸索橋有較大差異，故對空間纜地錨式懸索橋施工方法需作特別研究。

表1　空間纜自錨式和地錨式懸索橋索股、吊桿等施工技術(shù)比較

2.2主纜索股施工概述

對表1進(jìn)行了分析，確定通麥大橋空間主纜施工采用能快速安裝索股的架空索道式牽引系統(tǒng)[4]；貓道系統(tǒng)采用有利于調(diào)節(jié)無應(yīng)力長度和適應(yīng)后期鋼桁梁空間干撓問題的埋入式連續(xù)系統(tǒng)；空間索夾采用在主纜施工階段計(jì)算預(yù)偏修正方法進(jìn)行安裝。主纜索股在施工階段仍然在豎直平面內(nèi)施工，待剛性空間吊桿和鋼桁架安裝后，依靠與吊桿和鋼桁梁共同作用形成的空間結(jié)構(gòu)來自動(dòng)調(diào)整為空間纜。

2.3貓道布置

通麥大橋的貓道采用2跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，跨徑與橋型布置相同。每條貓道承重結(jié)構(gòu)由4根Φ48 mm貓道承重鋼絲繩及2根Φ36 mm架空索道鋼絲繩組成，貓道承重鋼繩僅與扶手繩形成空間結(jié)構(gòu)。兩幅貓道間設(shè)置3根橫向聯(lián)系，貓道中心間距與主纜中心間距為15 m。為了順利進(jìn)行通麥大橋空間主纜和鋼桁梁施工，該橋貓道施工具有如下與傳統(tǒng)懸索橋施工不同的特點(diǎn)。

2.3.1埋入式連續(xù)貓道

通麥大橋貓道設(shè)計(jì)為4根Φ48 mm承重繩，施工過程中需在索塔頂預(yù)留4個(gè)小孔。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，預(yù)留小孔導(dǎo)致周邊混凝土應(yīng)力集中效應(yīng)很小，且懸索橋上部構(gòu)造施工完成，貓道拆除后，可對小孔進(jìn)行壓漿填充封閉，不會(huì)影響索塔結(jié)構(gòu)承載受力。因此，確定將連續(xù)式貓道的塔頂轉(zhuǎn)索鞍取消，改為塔頂直接預(yù)埋(圖4)，以去掉塔頂貓道承重繩轉(zhuǎn)索鞍、變位剛架、下拉索和復(fù)雜的塔頂大平臺等構(gòu)造，同時(shí)也便于調(diào)整貓道的長度，從而達(dá)到提高工效的目的。

2.3.2貓道錨固形式

作為與在塔頂采用埋入式貓道承重繩相適應(yīng)的錨固措施，貓道承重繩在成都岸采用傳統(tǒng)方法的拉桿及錨梁組合結(jié)構(gòu)錨固，在拉薩岸則采用滑車組錨固形式，見圖5。貓道承重繩在滑車組的貓固采用繩夾，這樣貓道承重繩不會(huì)受錨頭鑄件尺寸的影響，可以順利通過索塔頂內(nèi)預(yù)留的小孔。

圖5　拉薩岸貓道繩滑輪組錨固方式示意

拉薩岸貓道承重繩使用80 t調(diào)平滑車及騎馬式繩卡來固定[5]。貓道繩垂度僅在設(shè)置了大小拉桿錨梁的成都岸調(diào)整。

2.3.3貓道改吊

鋼桁梁安裝過程中，主纜會(huì)逐漸形成空間纜，貓道與鋼桁梁在一定長度范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生沖突。解決措施是在貓道改吊至主纜后，將沖突影響范圍內(nèi)的貓道承重繩拉薩岸末端放松，垂度低于鋼桁梁的安裝空間即可。同時(shí)，在變窄的兩幅貓道之間增設(shè)橫向通道，保證貓道穩(wěn)定。

2.4主纜牽引系統(tǒng)比選

目前，國內(nèi)外常用的主纜牽引系統(tǒng)一般有2種：架空索道式和門架式。門架式牽引系統(tǒng)適用于大跨徑懸索橋。其導(dǎo)輪組、托滾設(shè)置數(shù)量較多，牽引索股需克服較大摩阻力，不僅在放索區(qū)須采用大噸位卷揚(yáng)機(jī)，而且在對岸一側(cè)轉(zhuǎn)向輪還要增加驅(qū)動(dòng)裝置，以提供足夠的牽引力[6]。架空索道式牽引系統(tǒng)由軌道承重繩、牽引索、索股托輪等組成。軌道承重繩設(shè)置在貓道上方，將錨頭懸掛在其上，并與牽引索連接，通過卷揚(yáng)機(jī)收(放)牽引索，實(shí)現(xiàn)索股牽拉。

針對通麥大橋特點(diǎn)，確定選用架空索道法架設(shè)主纜。在滿足精度要求的前提下，結(jié)合本工程索股數(shù)量不多、牽引距離短等特點(diǎn)，索股牽引時(shí)直接利用貓道上方的架空索道即可，構(gòu)造非常簡單。且完成索股牽引后，還可以將架空索道系統(tǒng)改造為吊索的安裝吊點(diǎn)、緊纜機(jī)安裝和平衡吊點(diǎn)等。

2.5主纜索股安裝

根據(jù)現(xiàn)場地形條件，通麥大橋主纜通長索股及邊跨索均采用單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)(PPWS)，從成都岸向拉薩岸牽引。單根索股最大長度約396 m，單根索股最大重量約8.4 t。成都岸設(shè)置放索場，在錨碇后方設(shè)置放索門架。

索股垂度調(diào)整時(shí)，如果是雙塔地錨式懸索橋，則一般是采用一個(gè)塔頂固定，另一塔可動(dòng)，這是傳統(tǒng)的有效方法[7]。但通麥大橋在牽引第1根索施工過程中，如按上述方法調(diào)整，則極易出現(xiàn)鼓絲現(xiàn)象。主要原因是通麥大橋邊跨索股太短。后來經(jīng)反復(fù)研究，發(fā)現(xiàn)單塔2跨懸索橋索股調(diào)整時(shí)應(yīng)采用邊跨錨固，索塔處可微動(dòng)。采用這種垂度調(diào)節(jié)方式后，不僅克服了因通麥大橋邊跨索股長度太短而產(chǎn)生鼓絲的問題，而且還使索股調(diào)節(jié)速度大大加快。

針對通麥大橋索股安裝兩岸溫差大的特點(diǎn)，按實(shí)際溫度范圍制定了錨固張力溫度關(guān)系表?；鶞?zhǔn)索股隨溫度變化錨跨張力趨勢見圖6。

如果測量數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果不符，則需反復(fù)調(diào)整索股兩端的錨固長度。在西藏林芝地區(qū)溫差大，故通麥大橋主纜基準(zhǔn)索股調(diào)整約需1周，才能使實(shí)測數(shù)據(jù)和理論計(jì)算線形控制點(diǎn)特別是跨中控制點(diǎn)滿足規(guī)范要求?；鶞?zhǔn)索股調(diào)整完成后，安裝一般索股。索股全部調(diào)整好后，進(jìn)行預(yù)緊纜和正式緊纜。

圖6　基準(zhǔn)索股隨溫度變化錨跨張力趨勢

2.6散索套安裝

通麥大橋在成都岸設(shè)置了散索套，其由上下2半鑄鋼件構(gòu)成。在該位置，索股進(jìn)入上半部分鑄件和下半部分鑄件后，安裝時(shí)容易出現(xiàn)閉合困難。通麥大橋安裝散索套時(shí)采取了2個(gè)措施：1) 在散索套的索股擴(kuò)散端和小端分別設(shè)置了帶收緊裝置的吊帶和臨時(shí)索夾進(jìn)行約束；2) 對裝入散索套下半部分鑄件的索股進(jìn)行豎向?qū)蛳尬?。采取上?個(gè)措施后，散索套安裝比較簡單容易。

2.7空間索夾安裝和緊纜

通麥大橋全橋吊桿由8根剛性吊桿和42根柔性吊桿構(gòu)成。其中，剛性吊桿由40 Cr剛性拉桿構(gòu)成；柔性吊索采用121Φ5.0 mm鍍鋅鋼絲束，外包PE層防護(hù)。吊索上接頭采用鉸銷與主纜索夾連接；下接頭采用螺母和墊板錨固于加勁梁下弦桿外節(jié)點(diǎn)板上的錨箱內(nèi)，并可通過調(diào)節(jié)下端螺母位置對吊索長度進(jìn)行調(diào)整。在吊索下接頭處設(shè)置自潤滑向心關(guān)節(jié)軸承以適應(yīng)其變形，索夾與鉛垂面有一定豎直角。吊桿安裝采用架空索道改造的吊點(diǎn)完成。

索夾安裝采用索股牽引時(shí)的軌道索改造的吊點(diǎn)，并按空間纜成橋線形的索夾預(yù)偏角度安裝。由于西藏林芝地區(qū)溫度、日照和風(fēng)等對橋梁架設(shè)的影響非常大，安裝通麥大橋空間索夾時(shí)，采用全站儀測量遇到了不少困難，無法達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的預(yù)偏角。后經(jīng)過反復(fù)比較研究，確定采用磁座電子側(cè)傾儀，從而提高了測量效率和精度。磁座式側(cè)傾儀在空間索夾上的應(yīng)用見圖7。

3鋼桁梁安裝

3.1鋼桁梁施工方式比選

鋼桁梁懸索橋主梁架設(shè)方法主要有橋面吊機(jī)法、纜索吊裝法、纜載吊機(jī)吊裝法、浮吊架設(shè)法、蕩移法、頂推法及在矮寨大橋首次使用的軌索移梁架設(shè)法(簡稱軌索法)。不管采用何種方法進(jìn)行加勁梁安裝，均需解決加勁梁水平運(yùn)輸與垂直運(yùn)輸問題。鋼桁梁安裝國內(nèi)外常用方法比較見表2。

圖7　磁座電子側(cè)傾儀在空間索夾上的應(yīng)用

經(jīng)過比選，確認(rèn)通麥大橋鋼桁梁吊裝采用纜索吊吊裝法最合適。

3.2吊裝天線承重系統(tǒng)布置

根據(jù)通麥大橋鋼桁梁橫斷面寬度較窄的特點(diǎn)，確定在橋中軸線上布置1組纜索吊(以前懸索橋均為2組天線)，上設(shè)2個(gè)吊點(diǎn)，見圖8。成都岸直接利用塔頂預(yù)應(yīng)力橫梁中間作為纜索吊索鞍支承(索鞍頂部高程2 123.72 m)；拉薩岸側(cè)設(shè)置萬能桿件吊塔，塔高僅需25.24 m(索鞍頂部高程2 088.32 m)。纜索吊主跨為257.9 m，工作矢跨比為1/13，額定吊重425 kN。

表2　鋼桁梁安裝方法比較

圖8　加勁梁纜索吊裝系統(tǒng)總體布置

主承重索采用4根Φ56 mm鋼絲繩，主索上共布置2個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)采用Φ21.5 mm的鋼絲繩穿6線。每節(jié)鋼桁梁用主索上的2個(gè)吊點(diǎn)抬吊。在兩岸各用1臺100 kN卷揚(yáng)機(jī)作為2個(gè)吊點(diǎn)的牽引動(dòng)力。每組牽引索用2根Φ28 mm鋼絲繩。鋼桁梁拼裝場地選擇在成都岸。

錨碇分為纜索吊承重繩錨碇和抗風(fēng)錨碇。承重繩錨碇利用通麥大橋主體錨碇。

3.3鋼桁梁安裝順序優(yōu)化

通麥大橋鋼桁梁原設(shè)計(jì)架設(shè)順序?yàn)閺膬砂秾ΨQ往跨中進(jìn)行安裝。經(jīng)試算，若按該順序施工，則這種單跨地錨式懸索橋?qū)?dǎo)致主纜在施工過程中變形較大，施工過程中鋼桁梁梁端轉(zhuǎn)角較大，接頭裝配困難，且兩側(cè)嚴(yán)重不對稱。

因此，經(jīng)反復(fù)試算，確定將梁段按照從右到左的順序進(jìn)行吊裝，計(jì)算模型見圖9。這樣主纜在吊裝鋼桁梁期間主纜線形變化較平穩(wěn)，即施工梁段2至施工梁段26的各階段主纜豎向位移變化不大，梁段間轉(zhuǎn)角變化幅度較小，并可將原設(shè)計(jì)的全橋鋼桁梁吊裝所有節(jié)段設(shè)置臨時(shí)鉸，優(yōu)化為全橋僅設(shè)置5個(gè)臨時(shí)鉸。實(shí)際施工取得了良好設(shè)施效果?？缰泄?jié)點(diǎn)豎向位移歷程曲線見圖10。

圖9　加勁梁從右往左架設(shè)施工階段計(jì)算模型

圖10　跨中節(jié)點(diǎn)(89號)豎向位移歷程曲線

安裝帶空間纜的鋼桁梁時(shí)，采用了先安裝空間吊桿再安裝鋼桁梁接頭的方法，從而加快了鋼桁梁安裝進(jìn)度。同時(shí)，接頭處上下平聯(lián)的K撐和接頭處斜撐僅安裝1個(gè)端頭，使高強(qiáng)螺栓連接處成為半剛性節(jié)點(diǎn)，以有利于銷釘和高強(qiáng)螺栓安裝。

對主桁梁節(jié)段安裝進(jìn)行了詳細(xì)分析計(jì)算，將每節(jié)段桁梁鉸接優(yōu)化為每5段鉸接，從而減少了安裝工序，節(jié)約了加工材料。

3.4鋼桁梁現(xiàn)場安裝

鋼桁梁在現(xiàn)場按照“3+1”模式預(yù)拼裝完成后，按階段進(jìn)行拆分。先利用纜索吊進(jìn)行整體節(jié)段吊裝，然后在空中整體對接。鋼桁梁空中整體對接屬于整體在柔性體系下的連接，主纜和鋼桁梁隨時(shí)都在變化，故鋼桁梁對接點(diǎn)位多(特別是剛性吊桿處)，對接精度要求高。正式吊裝前，需對各節(jié)段安裝受力影響進(jìn)行詳細(xì)分析，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果提前繪制各階段梁段變化情況，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工和提前調(diào)整已安裝梁段線型。

鋼桁梁安裝從拉薩岸側(cè)向成都岸側(cè)吊裝。合龍段采用了無配重頂推合龍方式：先將索塔橫梁上已安裝好的鋼桁梁往錨碇方向頂推開，待安裝梁段吊至設(shè)計(jì)位置時(shí)，再將索塔橫梁附近的鋼桁梁頂回合龍即可。

4結(jié)束語

通麥大橋空間主纜和鋼桁梁施工采用了多種方法進(jìn)行優(yōu)化，在保證質(zhì)量和安全的前提下，提高了工效。主纜從架設(shè)到鋼桁梁吊裝完成僅用了4個(gè)月，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?？臻g纜地錨式懸索橋具有穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，在國外已出現(xiàn)了大跨徑橋梁的設(shè)計(jì)實(shí)例。盡管通麥大橋跨徑較小，但其為空間纜地錨式懸索橋的設(shè)計(jì)和施工作了有益的探索，可為同類橋梁設(shè)計(jì)和施工提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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Key Techniques for Construction of Upper Structures of Tibetan Tongmai Cable Suspension Bridge

PEI Beijia, WANG Zhonghai, YONG Xiang, SHEN Luming

Abstract:Tongmai Bridge is the first domestic single-span spatial cable anchor type suspension cable bridge. This paper introduces key techniques including setting modes of special catwalks adopted for construction of upper structures, installation methods of spatial suspension cables and installation sequence of optimized reinforcing beams, etc., to provide a reference for construction of similar bridges.

Keywords:spatial cable anchor type cable suspension bridge; upper structure; construction

文章編號：1009-6477(2016)01-0079-06

中圖分類號：U448.25

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：裴賓嘉(1973-)，男，四川省宜賓市人，本科，高工。

收稿日期：2015-10-30

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.018