湘潭湘江四大桥400M跨主肋缆索吊装主要施工技术难题剖析

湘潭湘江四大桥400M跨主拱肋缆索吊装主要施工技术难题剖析摘要：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
节段长度为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，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锭）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进行分离设置，以减小主抗风分解给索塔的竖向分力，对主索索鞍向河心预偏20cm、加大塔帽的拼装高度，以平衡前、后主索的角度不同以及塔帽处于悬臂状态而给索塔带来的传力不均衡，对万能杆件索塔朝向河心和朝向岸侧的竖向主受力杆件进行加强处理，从而，使得万能杆件索塔的受力完全控制在规范范围以内。

图 2 模型总体
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、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，张拉端均放在砼主塔上，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力问题，计算结果表明：钢锚箱最大应力为245MPa，完全控制在规范范围以内。

图 3 钢锚箱等效应力分布（MPa）
3、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。

成拱后的湘潭湘江四大桥。