凌勝春

（湖南省交通規(guī)劃勘察設計院，湖南長沙 410008）

0 前言

懸索橋因其受力合理，跨越能力大，造型優(yōu)美，是山區(qū)修建跨越峽谷橋梁時非常有競爭力的橋型[1-3]。就承重構件而言，懸索橋由以下幾個主要部分組成：橋塔、錨碇、主纜、吊索、加勁梁和鞍座。目前懸索橋加勁梁常見的形式有鋼桁梁和鋼箱截面，兩種加勁梁各有其優(yōu)缺點，如鋼桁梁加勁梁適用于雙層橋，透風性能好，抗扭性能好；而鋼箱梁適用于單層橋面的情況，可以在頂板上直接鋪設橋面鋪裝，無需縱橫梁，因此可以節(jié)省鋼材，箱梁風的阻力系數(shù)小，容易發(fā)生渦流振動，但抵抗彎扭耦合振動的效果好。在選擇懸索橋加勁梁的形式時，要從橋梁的場地條件、施工條件、橋梁設計、橋梁抗風等多方面考慮。在我國西部山區(qū)修建大跨度懸索橋時，考慮到山區(qū)運輸條件的不便和現(xiàn)場拼裝的困難[4，5]，懸索橋的加勁梁多采用鋼桁加勁梁方案。

目前，山區(qū)懸索橋鋼桁加勁梁架設方法有多種，國內900 m以下的山區(qū)懸索橋常采用纜索吊裝法工藝來架設加勁梁，如湖北四渡河大橋（主跨900m），貴州北盤江大橋（主跨636 m）等；貴州壩陵河大橋（主跨1 088 m）采用了橋面吊機法來架設加勁梁。在修建湖南湘西矮寨特大懸索橋時，為克服地形條件等諸多不利施工因素的影響，創(chuàng)造性的提出了軌索滑移法來架設鋼桁加勁梁。本文以此為背景，綜述了各種適合于架設山區(qū)懸索橋鋼桁加勁梁的各種方法和工藝，著重研究了山區(qū)大跨度懸索橋采用軌索滑移法施工的原理，過程和重點。

1 工程概況

矮寨大橋是新建長沙至重慶高速公路通道的控制性工程，橋位距湖南省吉首市市區(qū)約20km，跨越風景秀麗的德夯大峽谷和著名的“公路奇觀”矮寨盤山公路，見圖1。大橋橋面與橋底地面高差達330 m，山谷兩側懸崖距離最窄處約900 m，最寬處約1 300 m。主橋采用1 176 m跨度的懸索橋。

圖1 矮寨大橋立面布置圖（單位：cm）

矮寨大橋主橋采用雙向4車道高速公路標準，設計車速為80 km/h。鋼桁加勁梁包括鋼桁架和橋面系兩部分，其中鋼桁架梁梁寬27 m，梁高7.5 m，橋面系全寬為24.5 m，見圖2。鋼桁架由主桁架、主橫桁架、上下平聯(lián)及抗風穩(wěn)定板組成。主桁架為帶豎腹桿的華倫式結構，由上、下弦桿，豎向、斜向腹桿組成。上、下弦桿均采用箱形截面，腹桿在支座處采用箱型截面，其余各處均采用工字型截面。主桁桁高7.5 m，桁寬27 m，節(jié)間長度7.25 m。一個標準節(jié)段由2個節(jié)間組成，長度為14.5 m，在每節(jié)間處設置一道主橫桁架。

主橫桁架采用單層桁架結構，由上、下橫梁及豎、直腹桿組成。上下橫梁均采用箱形截面，腹桿均采用工字型截面。上、下平聯(lián)均采用K形體系，箱型截面。根據(jù)風洞試驗結果，在橋面系以上和橋面系以下兩個部位布置上、下縱向抗風穩(wěn)定板。

圖2 鋼桁加勁梁的橫斷面（單位：mm）

2 施工方法比選

懸索橋的鋼桁加勁梁是由眾多桿件組成[6]，按照鋼桁梁架設單元的不同，可將鋼桁加勁梁的施工方法分為單根桿件架設、平面構件架設和立體節(jié)段架設三種。單根桿件架設和平面構件架設對施工起吊設備要求低，施工靈活，但現(xiàn)場施工速度慢，不太適合大跨度懸索橋建設的需要，如建設矮寨特大橋就選用了立體節(jié)段架設方法。

常用于大跨度懸索橋鋼桁加勁梁的架設方法有以下幾種[7-9]：浮吊架設法、懸臂拼裝法、橋面吊機法、纜索吊裝法和跨纜吊裝法。其中浮吊架設法只應用于跨水面且具備水運條件的懸索橋。對于山區(qū)而言，鋼桁梁架設條件與普通跨水面的懸索橋存在較大差異：一是無法運用浮吊架設；二是橋面距山谷底部高達數(shù)百米，如用纜索吊裝法起吊高度遠超過一般吊機能力；三是山區(qū)懸索橋往往橋下地形崎嶇，不能進行水平運梁，現(xiàn)有纜索吊機一般不能解決大節(jié)段重量移動問題。因此矮寨特大橋在架設加勁梁時，綜合考慮各種因素，借鑒貨運索道及林業(yè)運輸索道的工作原理，通過大量計算分析和試驗研究，提出了一種全新的架梁方案即軌索滑移法[10-13]。

3 軌索滑移法

3.1 軌索滑移法基本原理

矮寨大橋是典型的大跨度山區(qū)懸索橋，其加勁梁架設采用軌索滑移法，該方法總體思路如下：主纜架設完成后，利用貓道安裝吊索和吊鞍，在各吊索吊點架設通長的平行軌索；將軌索與兩岸的錨固系統(tǒng)連接，調整吊鞍的縱向位置并張拉軌索力到設計值；加勁梁在兩端橋頭完成拼裝后，將其通過運梁小車懸掛于軌索上；通過牽引系統(tǒng)，使加勁梁從橋塔處向安裝位置運輸，再通過跨纜吊機將其安裝就位。

3.2 軌索滑移法設備基本構造

軌索滑移法所用的機具設備主要包括運梁和吊機安裝兩個部分。包括主纜，吊索、軌索、牽引索、運梁小車、吊鞍、跨纜吊機，見圖3。其中，鋼桁加勁梁的橫向兩側各設4根軌索，則兩側共計8根，每根軌索為Ф50 mm的封閉鋼絲繩，軌索的初張拉力為700 kN，安全系數(shù)為3.15。每片鋼梁由4臺運梁小車運輸。小車負載設計能力為600 k N，牽引力為200 k N。永久吊索與吊鞍直接相連，在吊鞍鞍體頂面、永久吊索兩側設置軌索鞍座，軌索放置于吊鞍的鞍座上。吊鞍的作用是給軌索提供支承，同時將軌索的荷載傳遞至吊索和主纜。

圖3 軌索運梁系統(tǒng)總體構造

3.3 軌索滑移法試驗驗證

為驗證索軌滑移法的可靠性，進行了全橋縮尺模型試驗[14,15]，選定模型的幾何縮尺比λ=33，實際橋梁跨徑布置為242 m+1 176 m+116 m，則縮尺模型布置為7.333 m+35.636 m+3.515 m，見圖4。吊索順橋向間距為439 mm，兩主纜中心間距為818 mm。全橋縮尺模型試驗結果表明：試驗中，實測軌索力均勻性較好，變化一般在4%以內，少數(shù)工況大于4%，最大值小于6%；橫向干擾力引發(fā)的軌索橫向變形在相鄰吊索區(qū)間分布均勻，不會引發(fā)小車運行困難，但值得注意的是在實際施工中應該加強橫向強風對小車運梁的影響控制；在運梁過程中，吊索區(qū)間發(fā)生的軌索局部擾曲變形對小車的平穩(wěn)運行影響不大。

圖4 試驗模型整體布置圖（單位：mm)

3.4 軌索滑移法施工步驟及要點

總體施工布置見圖5。

圖5 軌索滑移法假設主梁示意圖

施工主要步驟如下：

（1）按既定施工方式完成橋塔澆筑、主纜架設等施工；

（2）在橋塔附近的主纜上安裝跨纜吊機，在索夾處安裝吊索；

（3）從貓道側面將軌索下放到吊索下端位置；

（4）利用跨纜吊機下放的工作平臺安裝吊鞍，將軌索安裝到吊鞍上；

（5）將軌索兩端安裝在兩岸錨固系統(tǒng)上，張拉軌索，使其達到所要求的內力和線形狀態(tài)；

（6）布置移梁牽引系統(tǒng)；

（7）將在兩岸拼裝平臺上已經(jīng)完成拼裝的梁段安裝到軌索上，從兩岸開始往跨中方向依次移梁；

（8）當梁段移動到位后，利用跨纜吊機起吊梁段，將梁段安裝到吊索上；

（9）重復第七、八步，每次梁段移動到位后，利用跨纜吊機安裝梁段，每次梁段安裝完成后再對稱移動下一對梁段，直至將全部梁段臨時連接、安裝完成；

（10）解除軌索與吊鞍的連接并拆除軌索，進行橋梁后續(xù)施工。

4 結論

（1）在山區(qū)修建大跨度懸索橋時，由于地形、運輸?shù)仁┕l件的限制，鋼桁梁是非常有競爭力的加勁梁設計方案。在選擇架設加勁梁的工藝方法時，應該充分考慮工藝可行性，先進性以及經(jīng)濟性等各方面的影響。

（2）矮寨特大橋地處深山峽谷，傳統(tǒng)的懸索橋加勁梁架設方法難以實施或者經(jīng)濟性不高，故創(chuàng)造性地提出了軌索滑移法架設加勁梁的新方法。大橋采用該方法架設加勁梁，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，安全可靠，架梁速度迅速，為山區(qū)大跨度懸索橋鋼桁加勁梁的架設提供了一種全新的施工工藝，也是近年來我國懸索橋建設領域技術大的突破，具有重要的推廣應用價值，該方法將會推動我國山區(qū)懸索橋的發(fā)展。

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