楊 玲

(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350)

0 引 言

在展開(kāi)大跨徑鋼管拱橋建設(shè)施工時(shí)，必須借助纜索吊裝系統(tǒng)來(lái)完成，該系統(tǒng)因此被廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的多數(shù)橋梁建設(shè)工作中，成為其中的重要技術(shù)。需要意識(shí)到的是，雖然行業(yè)內(nèi)已經(jīng)圍繞纜索吊裝系統(tǒng)展開(kāi)了大量的研究，但是主要局限在門式塔架或分離式塔架這一層面，關(guān)于主扣合一獨(dú)立式結(jié)構(gòu)形式的研究相對(duì)較少。因此，有必要圍繞鋼管塔架展開(kāi)探討，對(duì)其可行性進(jìn)行分析，由此推動(dòng)大跨徑橋梁施工的進(jìn)展[1-3]。

1 工程概況

本文以怒江四線特大橋?yàn)楸尘罢归_(kāi)探討，它是金剛元隧道與高黎貢山隧道的關(guān)鍵連接通道，且橋上有怒江車站，橋上各線間距均按5 m進(jìn)行布置，對(duì)應(yīng)總長(zhǎng)達(dá)到了1 024.20 m，周邊為典型的V形峽谷。進(jìn)一步參考工程資料可知，主橋的1～490 m采用上承式鋼桁拱橋的形式，拱軸線設(shè)置為懸鏈線的形式，對(duì)應(yīng)拱軸系數(shù)為2.0。

2 纜索吊設(shè)計(jì)概況

對(duì)纜索的運(yùn)行能力進(jìn)行分析，用Q指代額定起重量，經(jīng)計(jì)算后得知該值達(dá)到了200 t，能夠帶來(lái)的起重建筑跨度L達(dá)到了685 m，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中有效跨度并不能完全達(dá)到該水平，即L1=685-(L/10)×2=548 m。采用0～10 m·min-1區(qū)間內(nèi)變頻調(diào)速的方式，對(duì)運(yùn)行速度進(jìn)行分析，與此同時(shí)起升速度也需要得到控制，即在0～6.4 m·min-1區(qū)間內(nèi)變頻調(diào)速。

(1)塔架及塔架基礎(chǔ)。在設(shè)置塔架結(jié)構(gòu)時(shí)，需要使用4根特定的鋼管，其外徑均為Φ800 mm×16(12)mm，連接弦桿、腹桿、斜桿采用非制式萬(wàn)能桿件部分和部分型鋼組成纜索吊機(jī)塔架。其中塔架頂部6節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)利用南盤江大橋纜索吊機(jī)8 m標(biāo)準(zhǔn)塔架，大理和瑞麗側(cè)各12節(jié)，全橋共24節(jié)。塔架中橫梁在大理和瑞麗側(cè)各設(shè)置2套，全橋共4套。上橫梁2套。鋼塔架高度及大理側(cè)塔高均為120 m，瑞麗側(cè)下游塔高132 m，上游側(cè)高137 m。塔架承臺(tái)混凝土采用C35。承臺(tái)尺寸為8 m×8 m×2 m，全橋共4個(gè)。在展開(kāi)承臺(tái)樁基礎(chǔ)部分施工時(shí)，選用人工挖孔灌注樁的形式，要求樁長(zhǎng)達(dá)到20 m，每個(gè)臺(tái)都需要適配4根樁結(jié)構(gòu)，因此橋梁整體需要16根，并基于C30混凝土進(jìn)行灌注施工。

(2)主索(承重索)。主索采用8×K36WS+PWRC-Φ58 mm面接觸鋼絲繩，16根組成承重索，額定荷載Q=200 t。

(3)牽引索和起重索。引入了雙向螺旋摩擦的方式完成牽引工作，要求其工作中的牽引力達(dá)到200 kN。為了確保牽引機(jī)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，適配了1臺(tái)功率為75 kW的雙筒螺栓摩擦卷?yè)P(yáng)機(jī)。關(guān)于起重索部分的設(shè)計(jì)，使用了接觸不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，引入了變頻調(diào)速卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)備，可以為整個(gè)起重工作提供足夠的牽引力(80 kN)。

(4)起吊小車。起吊小車主要由跑車與掛架兩大部分構(gòu)成，其中跑車主要起支撐主索的作用。為了確保小車配重與主索結(jié)構(gòu)的一致性，引入了鏈?zhǔn)街髌?，可以確保牽引索與起重索被穩(wěn)當(dāng)?shù)刂С性谥魉魃稀?/p>

(5)后錨碇。后錨碇采用巖錨與重力錨，結(jié)合成主鉤、副鉤橫移組合錨碇，每側(cè)各2個(gè)，共4個(gè)?；炷恋燃?jí)為C40。

(6)風(fēng)纜。為控制塔架位移，在大、小里程側(cè)纜索吊機(jī)在塔架各設(shè)3道風(fēng)纜，采用重力式纜風(fēng)繩錨碇，全橋共8套，錨碇混凝土等級(jí)為C25。

(7)索鞍。采用橫移式索鞍，全橋一共匹配4套索鞍，用于橫移滑撬和導(dǎo)軌。利用預(yù)應(yīng)力YVW100B型千斤頂和精軋螺紋鋼作為橫移的動(dòng)力和拉具。

3 塔架基礎(chǔ)、錨碇施工

3.1 主塔架基礎(chǔ)概況

纜索吊塔架基礎(chǔ)大理側(cè)中心里程為：DK191+458.124 4，瑞麗側(cè)中心里程為：DK192+143.124 4，2個(gè)塔架的中心間距為685 m，大理側(cè)塔架承臺(tái)頂標(biāo)高為785.719 mm，瑞麗側(cè)塔架承臺(tái)為高低臺(tái)，下游側(cè)承臺(tái)頂標(biāo)高為773.719 mm，上游側(cè)承臺(tái)頂標(biāo)高為768.719 mm。同一塔架2個(gè)承臺(tái)的中心間距為31.656 m，承臺(tái)均為8 m正方形截面，高2 m，承臺(tái)與樁基連為一體，樁基截面均為直徑1.5 m的圓形，樁長(zhǎng)20 m，如圖1所示。

圖1 纜索吊塔架基礎(chǔ)布置

3.2 樁基施工

樁基全部為直徑1.5 m的挖孔灌注樁，用人工開(kāi)挖的方式成孔，使用混凝土材料進(jìn)行護(hù)壁施工，采用導(dǎo)管法完成灌注施工，如圖2所示。

圖2 塔架基礎(chǔ)樁基施工

3.3 承臺(tái)施工

承臺(tái)施工方案與橋梁引橋承臺(tái)施工方案一致，需要注意塔架預(yù)埋件的設(shè)置。

預(yù)埋件制作及安裝：塔柱腳錨固架務(wù)必與樁基與承臺(tái)主筋焊接為一體，焊接時(shí)先在樁基主筋上焊接定位鋼筋，用塔吊將拼裝合格的錨固架垂直吊入樁基鋼筋中，輔以水平尺定位，最后加固焊接于樁基與承臺(tái)中。

焊接塔柱腳錨固架時(shí)，在工作平臺(tái)上進(jìn)行拼裝焊接，焊縫應(yīng)符合《焊接件通用技術(shù)要求》(JB/ZQ4000.3—1986)的規(guī)定，尺寸精度為B級(jí)，形位公差為F級(jí)，嚴(yán)格控制焊縫高度，必須達(dá)到8 m以上水平，焊條材料以E4313為宜。

3.4 纜風(fēng)繩基礎(chǔ)

纜風(fēng)繩錨碇采用重力錨，明挖基礎(chǔ)施工使用C35鋼筋混凝土，施工方法同主塔架基礎(chǔ)。纜風(fēng)繩鋼拉帶傾斜角度根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

3.5 后錨基礎(chǔ)

后錨基礎(chǔ)為重力式配合巖錨，依靠自重、鋼絞線巖錨及基礎(chǔ)前側(cè)土壓力來(lái)穩(wěn)定主索張力，滿足傾覆和滑移穩(wěn)定條件，具體施工方法與主塔架基礎(chǔ)部分一致。在實(shí)際施工過(guò)程中，基于提升錨碇承載力的目的，需要加大開(kāi)挖面的粗糙度，此舉能夠進(jìn)一步提升錨碇與地面之間的摩擦力；還需要在錨碇前預(yù)留1 m高嵌，此舉能夠提升基底的抗滑水平。后錨采用重力錨配合巖錨，在施工后錨時(shí)需特別注意預(yù)留巖錨施工所需的工藝。

巖錨索采用Φ15.24帶PE保護(hù)套無(wú)黏結(jié)型鋼絞線，設(shè)計(jì)錨固力為160 t，張拉安裝力為184 t，長(zhǎng)度分別為30、40、50 m。在施工錨碇時(shí)將預(yù)留孔道埋設(shè)好，孔道采用194 mm×5 mm預(yù)埋鋼管。鉆孔前，應(yīng)先在兩岸用小型巖芯鉆機(jī)各鉆1個(gè)孔，深50 m，取巖芯，可以得知巖層卸載荷裂隙情況，進(jìn)一步驗(yàn)證錨桿深度是否達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)。

4 塔架結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 荷載組合

在施工過(guò)程中，風(fēng)荷載是重要的影響因素，因此需要對(duì)纜索吊裝系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性分析，包括：工作狀態(tài)吊裝，此時(shí)需要考慮到重力、主索力、扣掛荷載、6級(jí)風(fēng)荷載這幾大因素；除此之外，還有非工作狀態(tài)吊裝，相較于上述因素而言，僅風(fēng)荷載發(fā)生了變化，此時(shí)達(dá)到了11級(jí)。當(dāng)然，實(shí)際上還容易受到地震或溫度荷載的影響，此處暫不考慮，經(jīng)整理后得到的結(jié)果見(jiàn)表1。

4.2 塔架計(jì)算模型

圍繞塔架部分展開(kāi)建模分析，此環(huán)節(jié)需要使用midas Civil，無(wú)論是立柱鋼管還是扣索錨固結(jié)構(gòu)，都基于梁?jiǎn)卧姆绞竭M(jìn)行模擬，而塔頂萬(wàn)能桿件則基于桁架單元的方式進(jìn)行模擬分析。具體的模型如圖3所示。

表1 荷載組合

圖3 塔架計(jì)算模型

4.3 各荷載組合下的塔架受力分析

立柱鋼管的應(yīng)力情況見(jiàn)表2。需要指出的是，其中的負(fù)值代表壓力與壓應(yīng)力，而正值則指拉力與拉應(yīng)力。參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，得知立柱鋼管應(yīng)力均達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)計(jì)算，立柱鋼管最在工況10下最不利，桿件最大應(yīng)力值達(dá)-190.5 MPa，塔架偏位在工況9下最不利，塔架順橋向最大偏位200.1 mm(表3)。立柱鋼管應(yīng)力和塔架偏位如圖4所示。

表2 立柱鋼管應(yīng)力值

表3 塔架位移值

圖4 立柱鋼管應(yīng)力和塔架偏位

5 塔架計(jì)算結(jié)果

通過(guò)對(duì)塔架建模進(jìn)行分析與計(jì)算，得到如下結(jié)論。

(1)無(wú)論是在工作狀態(tài)還是非工作狀態(tài)吊裝桁架單元，桿件軸力都較為良好，能夠達(dá)到立柱鋼管應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)，并且塔架偏位現(xiàn)象也得到了良好的控制。

(2)無(wú)論是在工作狀態(tài)還是非工作狀態(tài)吊裝梁?jiǎn)卧?，桿件應(yīng)力都可以達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)。

(3)塔架位移容許值達(dá)到了340 mm，受吊裝荷載組合的影響，塔架會(huì)沿著橋梁發(fā)生偏位現(xiàn)象，該值為200.01 mm，為塔高的1.47/1 000，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文圍繞大橋工程中使用的纜索吊裝系統(tǒng)展開(kāi)分析，重點(diǎn)圍繞獨(dú)立式鋼管塔架進(jìn)行討論，基于midas Civil進(jìn)行了建模分析，得知塔架各構(gòu)件對(duì)應(yīng)的內(nèi)力等指標(biāo)都達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了這一方案的可行性。