馮四超

(中鐵一局集團(tuán)橋梁工程有限公司,重慶 401121)

1 工程概況

夜郎河雙線特大橋位于貴州省遵義市桐梓縣境內(nèi)，大橋跨越夜郎河溝谷地形、習(xí)新公路，為雙線客貨共線鐵路，主橋采用1～370m 上承式空間X 形( 提籃式) 鋼筋混凝土拱橋，豎直平面內(nèi)矢高83.5m，矢跨比1∶4.4，拱軸系數(shù)M=5.0；引橋及拱上孔跨布置為：5 m×3 2 m 簡支T 梁+(4m×38m+3m×38m+4m×38m) 鋼混結(jié)合梁+16m×32m 簡支T 梁；主橋拱座基礎(chǔ)為馬蹄形混凝土基礎(chǔ)如圖1 所示[1]。

圖1 橋梁設(shè)計(jì)圖

主橋鋼管拱肋勁性骨架分為44 個節(jié)段。上下弦主鋼管 共計(jì)8 肢(其中分叉段兩側(cè)各對應(yīng)4 肢鋼管，拱頂合并段對應(yīng)8 肢鋼管)。勁性骨架底寬41m，頂寬15.42m，最重節(jié)段重約1960kN（196t），最長節(jié)段24.5m，吊裝高度205m。

2 施工方案比選

大橋橫跨夜郎河溝谷，橋位處地勢較為陡峻，地面高程501～829m，相對高差約328m。提籃式拱橋，拱腳為分叉段，中心距為32m；拱頂為合并段，中心距為10m。

針對空間X 形勁性骨架拱腳段、拱頂段間距變化大，且節(jié)段需對稱拼裝，則纜索吊機(jī)須頻繁且快速地進(jìn)行橫移。綜合比較固定式、雙擺塔式及平移式纜索吊機(jī)，分析研究適合本項(xiàng)目勁性骨架及鋼梁吊裝的纜索吊機(jī)。

其中，固定式纜索吊機(jī)承重索兩端支點(diǎn)固定不動，各承重索覆蓋范圍只是1 條直線。其結(jié)構(gòu)較為簡單，但不能解決勁性骨架拱腳、拱頂節(jié)段變間距吊裝的難題。

擺塔式纜索吊機(jī)的承重索支承于桅桿式塔架。通過塔架左、右擺動，使其工作范圍為可變寬度的矩形。其塔架結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、安全風(fēng)險高；單次擺塔時間較長，不能滿足本橋工期要求。

平移式纜索吊機(jī)采用纜塔橫移的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)平移。其一般無后風(fēng)纜、塔架剛度要求大，塔架及纜索系統(tǒng)構(gòu)造相對較復(fù)雜；本項(xiàng)目塔架高度約101m，塔架橫移的安全風(fēng)險高；同時，其軌道基礎(chǔ)要求高，設(shè)計(jì)工程量最大，造價高。

綜上所述，最終確定本項(xiàng)目纜索吊機(jī)采用塔頂承重索空載橫移的方式覆蓋橫橋向工作范圍。即在纜塔頂設(shè)橫向滑道，索鞍沿滑道橫移而帶動纜索系統(tǒng)空載橫移，然后豎直起吊，縱向移動就位。

3 施工方案設(shè)計(jì)

依據(jù)兩側(cè)地形，設(shè)計(jì)了吊重約40kN×500kN(4t×50t)，跨徑組合為124.2m+548.46m+150.21m 的纜索吊機(jī)，確保4 組吊鉤平穩(wěn)起吊最大吊重1 960kN（196t)拱肋勁性骨架。纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)布置如圖2 所示。

3.1 纜索吊機(jī)簡介

纜索吊機(jī)纜塔高度約101m，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ)+承臺。纜塔與承臺采用鉸接設(shè)計(jì)，上下鉸座均采用鋼板焊接，采用大直徑定制銷軸連接。

纜塔立柱采用四管格構(gòu)拴接拼裝，格構(gòu)單節(jié)長度8m，采用800mm×16mm 鋼管，連接系均為雙榀槽20a 型鋼。纜塔兩立柱間距為28m，塔頂橫梁總長度為52m。塔架設(shè)置3 道橫梁，橫聯(lián)設(shè)計(jì)為鋼管桁架(與立柱一致)，采用螺栓與立柱連接。

圖2 纜索吊機(jī)總體設(shè)計(jì)布置圖

纜塔頂部設(shè)置橫梁，橫梁采用鋼管桁架設(shè)計(jì)，全部采用426mm×12mm 鋼管焊接，其上部放置索鞍滑道，滑道采用鋼板焊接的箱型結(jié)構(gòu)，長度為52m，滑道采用型鋼連接。滑道上部放置索鞍承載纜索系統(tǒng)。

纜索承重索采用6 根62mm 鋼絲繩；牽引索采用根32mm 鋼絲繩，走“4”布置，單根牽引索配合1 臺25t 慢速自鎖式卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引作業(yè)；起重索采用根32mm 鋼絲繩，走“10”布置，單根牽引索配合1 臺15t 慢速自鎖式卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行起重作業(yè)。

纜塔設(shè)計(jì)跨中通風(fēng)纜、邊跨后風(fēng)纜，克服吊裝過程中纜索系統(tǒng)對纜塔的縱向水平荷載；設(shè)計(jì)橫向風(fēng)纜，克服風(fēng)荷載及索鞍橫移后吊裝過程中纜索系統(tǒng)對纜塔的橫向水平荷載。確保塔架結(jié)構(gòu)安全。

起重小車、索鞍等均為定制配套鋼結(jié)構(gòu)。承重索主錨碇（后風(fēng)纜聯(lián)合錨碇）、橫向風(fēng)纜聯(lián)合錨碇均設(shè)計(jì)為重力式錨碇。

3.2 索鞍橫移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

滑道上布置索鞍，依據(jù)勁性骨架間距變化值，在滑道兩側(cè)腹板對應(yīng)位置預(yù)留銷孔，用于索鞍橫移后的錨固。索鞍設(shè)計(jì)為空載橫移，采用連續(xù)千斤頂來回牽引兩索鞍同步橫移，橫移最大間距約32m，滿足纜索吊機(jī)橫移覆蓋勁性骨架吊裝施工如圖3 所示。

圖3 索鞍橫移設(shè)計(jì)布置圖

3.3 索鞍橫移機(jī)構(gòu)計(jì)算

由上述設(shè)計(jì)可知，索鞍機(jī)構(gòu)主要有連續(xù)千斤頂、錨座、鋼絞線及索鞍限位銷軸。其中，依據(jù)本橋纜索吊機(jī)在最外側(cè)吊裝作業(yè)時，空載工況下單個索鞍對纜塔的豎向荷載約為2235kN(223.5t)，橫向力約為207kN(20.7t)?？紤]索鞍與滑道摩擦系數(shù)為μ=0.1，則兩個索鞍同步牽引需要的牽引力為F=2×（μ×223.5t+20.7t）=86.1t。

1）千斤頂選型

依據(jù)橋涵施工技術(shù)規(guī)范要求，張拉千斤頂?shù)念~定張拉力宜為設(shè)計(jì)張拉力的1.5 倍，且不得小于1.2 倍[2]。千斤頂選型為120t 的連續(xù)千斤頂（約為設(shè)計(jì)張拉力的1.39 倍）。

2）鋼絞線選型

考慮最大牽引力F=861kN（86.1t），其中體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線的控制應(yīng)力為[3]：

式中，fpk為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的抗拉強(qiáng)度。

單根φ15.24mm 鋼絞線的截面積為A=140mm2[4]；單根鋼絞線的控制張拉力為Tcon=Aσcon=18.23t。

則計(jì)算鋼絞線數(shù)量n=F/Tcon=4.7。故牽引鋼絞線采用6 根φ15.24mm 鋼絞線。

3）錨座焊縫計(jì)算

錨座均采用鋼板焊接而成，焊縫均為直角角焊縫。簡化計(jì)算，豎板與立板焊縫承壓，立板與滑道頂板焊縫抗剪。錨座設(shè)計(jì)如圖4 所示。

圖4 索鞍橫移錨座設(shè)計(jì)圖

圖4 中，N1 豎板厚3cm，N2 立板厚20cm，滑道梁頂板厚2cm。焊腳尺寸均為hf=12mm；則焊縫計(jì)算尺寸：he=0.7hf=8.4mm。由錨座設(shè)計(jì)可知，正面角焊縫及側(cè)面角焊縫長度一致，即單根焊縫長度為lf=40cm；則單根焊縫計(jì)算長度為lw=38.8cm。

正面角焊縫：設(shè)計(jì)3 道立板，則N1 豎板與N2 立板正面角焊縫共計(jì)6 道，計(jì)算時考慮3 道焊縫受力。

則正面角焊縫計(jì)算應(yīng)力為[5]：

式中，βf為正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)；ffw為角焊縫的設(shè)計(jì)強(qiáng)度；N 為作用于焊縫的力。

故正面角焊縫滿足設(shè)計(jì)要求。

側(cè)面角焊縫：設(shè)計(jì)3 道立板，則N2 立板與滑道頂面?zhèn)让娼呛缚p共計(jì)6 道，計(jì)算時考慮3 道焊縫受力。

則側(cè)面角焊縫計(jì)算應(yīng)力為：

故側(cè)面角焊縫滿足設(shè)計(jì)要求。

4）錨固銷軸計(jì)算

單個索鞍最大牽引力為N=F/2=430.5kN（43.05t），單個索鞍錨固點(diǎn)共計(jì)4 處，銷軸設(shè)計(jì)為d=φ50mm 鋼棒，材質(zhì)為Q345 鋼。由于牽引特性，考慮2 處錨固點(diǎn)參加受力?；懒焊拱搴穸葹閠 =20mm。

式中，fcb銷軸承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

銷軸抗剪強(qiáng)度為[5]：

銷軸抗彎強(qiáng)度為[5]：M=32.29kN·m

式中，fb為銷軸抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

綜上所述，采用Q345 鋼的φ50mm 鋼棒限位錨固能夠滿足現(xiàn)場施工。

4 纜索吊機(jī)橫移施工

勁性骨架節(jié)段吊裝時，先在橋?yàn)橄缕囱b場將節(jié)段平面調(diào)整至安裝姿態(tài)，纜索吊機(jī)垂直提升后，縱移就位。當(dāng)一個節(jié)段對稱吊裝完成，開始橫移索鞍。

本橋設(shè)計(jì)索鞍橫移最大距離32m，節(jié)段對稱吊裝，索鞍需來回往復(fù)橫移。往左橫移工序?yàn)椋喊惭b索鞍右側(cè)錨具固定→左側(cè)錨座安裝調(diào)試連續(xù)千斤頂→釋放索鞍限位銷軸→張拉連續(xù)千斤頂→索鞍限位錨固→拆除連續(xù)千斤頂→拆除索鞍右側(cè)錨具（往右橫移工序一致）。

連續(xù)千斤頂位于滑道兩側(cè)，橫移時多余鋼絞線應(yīng)盤圓放置于2 滑道間的端頭工作平臺，并做好保護(hù)，不得損傷鋼絞線；橫移過程中注意連續(xù)千斤頂油表讀數(shù)，超過設(shè)計(jì)讀數(shù)時，應(yīng)立即停止橫移，做好措施后再繼續(xù)橫移，避免強(qiáng)行牽引對索鞍及鋼絞線等造成破壞，影響結(jié)構(gòu)安全。

5 結(jié)語

本橋通過采用纜索吊機(jī)塔頂承重索空載橫移的方式滿足大跨度空間X 形勁性骨架變間距吊裝。采用固定式纜塔，并塔頂索鞍空載橫移帶動纜索系統(tǒng)橫移的方式覆蓋全部勁性骨架節(jié)段，極大地優(yōu)化了纜塔設(shè)計(jì)，節(jié)約了材料；采用連續(xù)千斤頂進(jìn)行塔頂承重索空載橫移，快速高效地完成了勁性骨架節(jié)段的吊裝施工，節(jié)段吊裝施工比同類型橋梁工期節(jié)約約60d，平均每個節(jié)段節(jié)約工期約1.4d；設(shè)置預(yù)緊橫向纜風(fēng)繩，很好地克服了纜索系統(tǒng)在最外側(cè)重載吊裝時產(chǎn)生的橫向水平荷載。采取的塔頂承重索空載連續(xù)千斤頂橫移、橫向纜風(fēng)繩等一系列措施，確保了經(jīng)濟(jì)、高效、安全地完成了拱肋勁性骨架的吊裝施工。