湖南湘潭湘江四大桥无支架缆索吊装关键性施工技术(最后)

湖南湘潭湘江四大桥无支架缆索吊装关键性施工技术
梁朝勇李文琪周孝余黄岗
四川公路桥梁建设集团中交三公局桥梁特种工程有限公司
摘要：缆索吊装技术在国内拱桥中的应用已相当普遍，但是，象本桥单跨跨径400M，27节段吊装，单段吊重120T，主绳的锚索角度达到42度，两主塔位于江中，系统设计为正吊歪扣，扣索的最小竖直夹角仅为3度，主锚碇与主抗风锚碇分离设置，整个主拱肋吊装放在湘江百年一遇的洪期进行，在本桥却开创了拱桥缆索吊装史上的一个先河。

关键词：开创缆索吊装史先河
湘江四大桥桥址位于湘潭市区，主桥设计为横跨湘江的一座斜拉飞燕式中承式系杆钢管砼无铰拱桥，全桥跨径组合为（17×25m小箱梁+6×45mT梁，引桥）+(120m+400m+120m
长度为10.747 m -18.09m。

吊装重量在32t-90t之间（不含施工设备重量）,拱肋横撑共13道（包括4道肋间横梁），吊装重量约34 t-82t，长度为31.30m。

全桥两条拱肋共67个吊装节段（包括横联）
一、方案的初步考虑：
本桥主桥部分由120M现浇边拱梁+400M带斜拉索和系杆索的主跨钢管拱+120M现浇边拱梁组成，主墩上砼塔的上、下游塔柱的中到中距离为28M，上、下游钢管拱肋的中到中距离为34M，根据业主的要求和本桥的现场具体情况，拟将两岸主墩上的砼塔作为该缆索吊装系统的扣塔，将两岸边主梁的尾端经过特殊处理后，作为本桥主索系统的主锚碇和扣索锚碇，这样做，可以充分利用本桥自身结构上的一些优势，最大限度的节约缆索系统中扣塔所需的大量钢材和主锚碇、扣索锚碇所需用的大量材料，为了尽可能的减少吊塔的自重和需用的万
能杆件数量，我们将吊塔设置在本桥的砼主塔塔顶，由于主塔的塔柱轴线与钢管拱肋的轴线不在同一直线上，就形成了正吊歪扣方案带来的许多难以处理的技术难题。

再加之，主锚碇设置在边拱梁的尾端，使得主绳的锚索角度和扣索角度达到远超规范的42度和32度，这给索塔的竖向受力增加了极大的负担。

为了克服这些技术难题，项目部方案设计组采取了下列技术处理措施，成功解决了这一系列技术难题。

1、优化索塔所受的竖向力：
前面已经谈到：主绳锚索的角度达到42度，塔柱的中到中距离为28M，而拱肋的中到中距离为34M，为便于拱肋的落位，采用正吊落位方案，要实现这一方案，主绳的布设就必须与拱肋同轴线，由于砼塔柱位置的限制，索塔塔帽完全处于悬臂受力状态，这使得塔帽与塔柱相交处的上、下游外侧万能杆件受力远超过规范要求，为解决这一难题，项目部方案设计组采取了前抗风在东、西两岸索塔塔顶前端对拉（即两岸前抗风索均不进入锚碇）的大胆设计思路，免除了传统的前抗风布设而分解给索塔不必要的竖向压力，把索塔主抗风地锚及主绳地锚、扣索地锚进行分离设置，即将主索和扣索地锚设置在东、西两岸的边拱梁尾端，把主抗风地锚分别设置在西岸的江边苔地上和东岸的路基上，这样，不仅减小了主抗风绳的受
图 3 左：缆索系统右上：索塔前抗风右下：塔顶构造计算结果表明：最不利荷载处于跨中时，索塔杆件最大应力为125.495MPa，索塔塔顶向河心偏移16.5cm：索塔整体稳定安全系数为21.9；最不利荷载处于塔前时，索塔杆件最大应力为126.636MPa，索塔塔顶向岸侧偏移16.3cm：索塔整体稳定安全系数为21.6。

2、斜拉索及少扣索方案在本桥中的运用：
该桥设计为斜拉飞燕式钢管砼系杆拱桥，拱肋单侧吊装节段为27段，吊装节段之多，创造了目前拱桥吊装节段之最，按照设计图纸，两岸上、下游侧需扣挂的节段分别为13段，为了最大限度的节约扣挂系统所需用的大量材料，主拱肋的0#~2#节段采用支架安装，以使施工两岸边主梁的支架材料和水上施工设备得到充分利用，3#~6#节段利用该桥永久结构物上的斜拉索进行扣挂，7#~12#节段利用少扣索方案进行扣挂，即在每个砼塔顶上只设置四个为临时扣索准备的钢锚箱，当7#~10#节段安装完成后，在吊装11#节段时，即把7#节段的扣索解除，以空出钢锚箱和锚具对11#节段进行扣挂处理，同样，当11#节段安装完成后，在吊装12#节段时，即把8#节段的扣索解除，以空出钢锚箱和锚具对12#节段进行扣挂处理，解除临时扣索时，其它的扣索索力和拱肋内力分布也随之发生变化，在此过程中，监控单位应全过程加强跟踪监测，以确保各扣索及拱肋内部受力控制在安全范围内。

任何事物，有利必有弊，该桥斜拉索虽然可以替代部分扣索对拱肋进行扣挂处理，节约了大量钢绞线及锚具，但是，该桥斜拉索设计为空间索，对缆索系统的布置也带来了很多麻烦，在系统布设时，必须仔细考虑各部位的绳索不能与斜拉空间索发生相互干扰，该桥的工作吊栏卷扬机设置在两岸砼塔顶的横梁上，起吊、牵引转拐及主索、扣索锚碇设置在边主梁的尾部，其主要作用就是在施工
过程中避让绳索之间的相互干扰。

图 4 左：支架安装0#~2#节段右：斜拉索及临时扣索安装其它节段
3、合理应用歪扣技术：
本桥为充分利用斜拉索砼塔的结构优势，我们将扣索系统所用的钢锚箱设置在砼主塔塔顶上，由于砼主塔的塔柱与钢管拱肋的轴线不在同一直线上，使得该桥的拱肋节段扣挂方案设置为歪扣，受砼主塔高度的限制，最不利前扣索的水平与竖直夹角分别为2.02度和3.0度，使得该桥的前、后扣索索力最大分别达到了285T和336T，为确保拱肋的理论轴线和横向稳定，我们在24#、25#主墩的上、下游侧各200M左右分别设置了一个5M*5M*5M的型钢组焊内装预制砼块的水中地笼，枯水期地笼位置处水深均在4.5M左右，又处于湘江主航道附近，为便于安装和今后的拆除，才设计了这种组合式地笼。

由于整个吊装处于洪水期，水中地笼完全要被淹没，为便于操作，我们将抗风绳的死头系于水中地笼上，经过拱肋节段上的转向滑车进入设置在边主梁上的5T卷扬机，同时，为确保拱肋的横向稳定，在没有K型横撑的拱肋节段，我们设置了拆、卸方便的临时横撑。

背扣索锚固在两岸边主梁的尾端1#块件的大梁底部，在底部上、下游各设置了四个钢筋砼齿块，作为背扣索死头的锚固端，这样处理，即可充分利用边主梁自身巨大的自重，节约扣索锚碇所耗用的大量材料，同时，又解决了经过主锚碇的牵引、起吊绳与扣索锚碇发生的相互干扰，为便于操作和集中指挥，前、后扣索的死头（P锚）端分别设置在拱肋上和边主梁的尾部，拱肋上的临时扣点由耳板和联接装置组成，耳板联接在主拱肋三根上弦管之间的缀管上，每根缀管下部均用弧形钢板作相应的加强处理，由于每段拱肋的歪扣角度不一致，耳板加工时，按相应的角度向桥轴线方向倾斜，联接器采用钢板组焊而成，一端通过钢销与焊接在拱肋上弦的耳板相联，另一端与前扣索钢绞线的P锚相联，这样处理，可以在交扣过程中，通过联接器与耳板之间的铰轴进行任意角度的旋转，使得前扣索钢绞线与P锚在任意状态都与联接器上的锚板相垂直。

前、后扣索的
张拉端均放在砼主塔上，张拉端的工作锚具锚固在钢板加工的钢锚箱上，钢锚箱的前端为适应不同拱肋节段前扣索的竖直夹角的需求，将其做成四分之一圆弧，工作锚与圆弧端部之间通过锚垫板进行过渡处理，钢锚箱的后端由于每组背扣索的夹角是固定的，将其做成等斜面，并在每两个钢锚箱的斜面上设置一组传力工字钢作为锚梁，以便两个钢锚箱共同参与受力，钢锚箱的摆放角度与歪扣角度一致，从而减小了因歪扣给钢锚箱带来的附加应力，扣索钢锚箱由于局部受力太大，我们在受力较大的区域进行了局部加强处理，成功解决了钢锚箱的受
图 5 左上：钢锚箱构造图右上：安装于塔铰两侧的钢锚箱
左下：西岸下游歪扣右下：拱肋上的临时扣点
4、低应力锚具的研制及应用：
由于该桥两岸的索塔背抗风水平距离达到了300M以上，前抗风又首次采用了在两岸塔顶前端对拉，构件在运输过程中，两岸索塔的变位相互影响较大，为确保索塔的塔顶偏位控制在规范范围以内，我们利用ANSYS程序对整个缆索系统进行了整体建模受力分析，最后确
定了两岸背抗风均采用四组26Φj15.24mm钢绞线束，前抗风采用四组10Φj15.24mm钢绞线束，
从而使得抗风钢绞线的受力＜0.2R b
y，前、后扣索钢绞线受力＜0.5R
b
y，钢绞线及工作锚具受
力均处于低应力甚至超低应力状态。

为解决张拉端锚具对钢绞线可靠的锚固问题，我们同柳州OVM机械股份有限公司联合开发了一套锚固可靠、索力调整又方便的索股锚固体系。

该体系锚具比普通锚具的外型尺寸稍大一些，并在锚具上加一防松压板，压板与锚具通过螺栓连接。

压板上对应每个锚固孔设置顶紧螺母，待索力调整完毕后拧紧螺母即可防止夹片因索力发生变化而松出。

图 6 左：扣索锚固端低应力锚具右：扣索张拉端低应力锚具
5、前、后帮拉滑车组在本桥中的妙用：
本桥吊塔设于24#、25#主墩的砼塔顶上，拱肋0#~3#节段靠索塔很近，从而，使得安装0#~3#节段时，主牵引力相当大，经我们计算，当0#节段在索塔前就位时，最大牵引力达到了49.6T，虽然，主牵引绳采用Φ28mm钢丝绳走二线，牵引绳的安全系数已满足规范要求，但牵引动力系统采用的10T卷扬机却不能满足受力需要，为了解决该技术难题，在拱肋距索塔中心54M的位置处，利用主塔前端设置的六线滑车组对拱肋进行直接帮拉，在主牵引索的快绳端利用八线滑车组进行帮拉，安全稳妥的解决了上述技术难题。

二、结语：
该方案的成功实践，一方面说明了通过优化结构受力，可以使有局限性的万能杆件索塔受力更趋于合理，应用空间更为广泛，免除了钢管索塔所需购置的大量钢材和繁琐的加工程序，大大节约了索塔所耗用的施工成本；另一方面又大大节约了前抗风所需用的钢铰线数量以及主地锚和扣索地锚所需的大量材料。

该桥主拱肋吊装始于2006年5月19日，于2006年10月25日实现全桥顺利合拢，接头合拢的上、下游轴线误差分别控制在5mm、8mm，合拢精度之高，且整个主拱肋吊装在湘江百年一遇的洪期进行，这确实创造了大跨径钢管拱在洪
期吊装的一个奇迹，为今后在洪期进行大跨径缆索吊装积累了许多宝贵经验。

图7 左：索塔塔帽悬臂受力右：成拱后的湘潭湘江四大桥。