缆索吊装系统在复杂环境条件下的科学合理布局.doc

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1、缆索吊装系统在复杂环境条件下的科学合理布局【摘要】 湘江四大桥为斜拉飞燕式中承式系杆钢管砼无铰拱桥,其主桥施工采用无支架缆索吊装方案,本文着重介绍如何根据现场情况，科学、合理的布置缆索系统。【关键词】 湘江四大桥；无支架缆索系统；主绳锚碇；扣塔；主抗风锚碇；背扣索锚碇；八字抗风锚碇；主卷扬机群湘江四大桥桥址位于湘潭市区，其为横跨湘江的一座斜拉飞燕中承式系杆钢管砼无铰拱桥，全桥跨径组合为（1725m小箱梁+645mT梁，引桥）+(120m+400m+120m主桥），全长1344. 96m，主桥净跨径L0=388m，拱肋矢跨比为1/5.19，桥面净宽27m。主拱肋中心间距为34m，采用六管桁架截面

2、，拱肋拱顶截面高度为9米,拱脚截面高度为5米；每道肋由上、下各三根85028(24、22、20)毫米、内灌50号混凝土的钢管弦杆组成,并通过上、下横联、腹杆及横向斜杆组成空间稳定体系。每条拱肋共分成27个节段，节段长度为5.508 m -18.09m。吊装重量在32t-80t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）。经过分析比较，主桥施工方案确定采用无支架缆索吊装方案，那么如何利用现有的施工现场，科学、合理的布置缆索系统就是摆在面前的一个待解决的关键难题了。缆索系统的布置主要包括主绳

3、锚碇、扣塔、主抗风锚碇、背扣索锚碇、八字抗风锚碇、主卷扬机群等。缆索吊装系统布置图1、 缆索系统布置的难点（1）、主绳锚碇的布置：受现场场地的限制，主桥桥墩处于主河道附近，离河岸远的有300米左右，经过讨论，其布置有两种方案可供选择，一是主绳锚碇布置在河岸上，其主绳的水平夹角处于20左右，对索塔产生的竖向压力不大，利于索塔的设计，但是所需单根主绳长度就要达到1500米左右，不能利用现有主绳，还有就是位于西岸河岸，土质为砂性土，土的粘结力较小，而主绳锚碇受主绳拉力为400T左右，这就需要设计大体积的砼靠自重来平衡外力，以上这些大大增加了施工成本；另一个方案主绳锚碇布置在两岸飞燕尾部，主绳锚碇与飞

4、燕部连成整体，靠其飞燕部自重来平衡主绳所受拉力，大大减少了锚碇砼数量，主绳也可以利用现有材料，但是，由于锚碇所处位置距离主塔仅120米，主绳水平夹角为42 左右，大大超过了设计规范，并且由此主绳对索塔产生了很大的竖向压力，这给索塔设计带来了很大的难度，提出了更高的要求。（2）、扣塔的布置：首先要明确的就是采用正扣还是歪扣的问题，如果是采用正扣（扣索与钢管拱扣点顺路线方向处在同一竖直平面内），就需要为此单独修建一座扣塔，这是因为主桥砼塔柱中心间距为28m，而钢管拱肋中心间距为34m，无法实现正扣，而要修建一座扣塔需要的成本是十分惊人的；如果是采用歪扣（扣索与钢管拱扣点顺路线方向不处在同一竖直平面

5、内），可以直接利用现有的主桥砼塔，但是在吊装过程中，扣索对已扣拱肋节段会产生水平分力，这样就需要八字抗风来平衡它，所以对八字抗风锚碇的要求就会更高。（3）、主抗风锚碇的布置主抗风锚碇是用于稳固吊塔的一个临时结构，同主绳锚碇的布置考虑一样，是布置在河岸处，还是布置在飞燕尾部，但是有一点是明确的，主抗风锚碇不能设置在主绳锚碇之前，这是在施工中避免主绳与主抗风钢绞线互相影响。（4）、背扣索锚点的布置根据计算，单组背扣索索力最大有340T左右，东、西两岸各有8组，如果是布置在河岸上，那就需要修建大体积的扣索锚碇，所需的施工成本也是不小，那么只能布置在飞燕尾部了，而在飞燕上存在着贯穿主桥的系杆孔道、斜拉

6、索孔道和以后将要悬挂的斜拉索，如何避免背扣索与之交叉、背扣索如何进行张拉等又是需要解决的难题。（5）、八字抗风锚碇的布置按照以往的施工经验，八字抗风锚碇一般是布置在河岸边上，而这座桥的特点就在于主桥位于主航道附近，有一侧远离河岸，这就迫使我部只能把其布置于江中，由于其离主航道不远，其水流速度有5米/秒，这就要考虑如何设计锚碇，才能克服水流的冲击和进行拱肋轴线调整时的牵引力，并且还要考虑到锚碇布置的难度以及在全桥完工后锚碇的撤除难度。（6）、主卷扬机群的布置主卷扬机群的布置是根据主绳锚碇的布置位置相应确定的，但是有一个原则就是要避免卷扬机的钢丝绳互相不磨擦。2、 缆索系统布置的难点解决（1）、主

7、绳锚碇及主卷扬机群的布置经过综合考虑，主绳锚碇设于飞燕尾部，与其浇筑为一体，靠飞燕自重来平衡主绳拉力，这就极大的减少了锚碇砼数量，节约了成本；还有就是考虑到河岸的土质为砂性土，整体性不是很好，单座主绳锚碇受力又超过400T，安全得不到保证；由于锚碇设于飞燕尾部，那么现有主绳的长度就可以满足施工要求,不需要另外购买，节约成本；虽然由此主绳对于吊塔产生了很大的竖向压力，但是这可以通过对吊塔局部应力超限部位进行加强来克服。在布置主绳锚碇的具体位置时，同时也确定了主卷扬机群布置在飞燕段，由于主卷扬机的起吊、牵引钢丝绳等都需经主绳锚碇处导向进入卷扬机，在布置的时候，既要考虑锚碇布置在飞燕段的两侧箱室顶,

8、又要考虑丝钢丝绳不能摩擦背扣索钢绞线和斜拉索。最后如下图所示布置。主卷扬机群一般采用两岸对称布置，但是由于飞燕段宽度为29.9m，如果按惯例布置，东、西两岸各要布置12台（其中包括4台10T牵引卷扬机、4台8T起吊卷扬机、4台5T辅助卷扬机），至少需要36米宽的范围,飞燕段的宽度不够，最后确定缆索系统外侧主吊点4台8T起吊卷扬机布置在西岸引桥22#墩顶T梁上（此时，引桥T梁已经安装完成），其余的卷扬机分东、西两岸对称各布置10台（飞燕段宽度完全可以布置），这样就解决了场地不足的问题。主绳锚碇布置图主卷扬机群布置图（2）、扣塔的布置扣塔是直接利用主桥砼索塔，钢锚箱布置在砼塔塔柱顶面,不再单独建造

9、扣塔，虽然前扣索与钢管拱肋轴线存在水平夹角，在吊装过程中，前扣索力会给拱肋带来向内侧的水平分力，但是我部通过调整八字抗风绳来平衡其水平分力，只是在设计八字抗风锚碇时，还考虑了前扣索的水平分力影响。钢锚箱布置图前扣索设置及扣挂顺序图（3）、主抗风锚碇的布置主抗风锚碇设在河岸处，如果和主绳锚碇一样设在飞燕尾部，那么就又要施加80T竖向分力作用于吊塔上，而吊塔设计是采用万能杆件拼装而成，在将主绳布置于飞燕尾部后，考虑主绳对吊塔的竖向分力影响，其局部进行了加强，但是杆件的应力已经接近规范允许的最大值，那么吊塔的安全性就不能得到保证；还考虑到主抗风锚碇受力只有200T左右，故将其设于河岸侧。主抗风锚碇设

10、计为5m（长）*7m(宽)*7m(高)的砼临时结构（注：埋入地面下有6米深），为了增加安全系数，还在其后半部加设2.5m（长）*7m（宽）*2.5m(高)的砼配重结构，增加其稳定安全系数。在钢管拱肋节段吊装施工过程中，湘江四大桥遭遇了百年一遇的洪水，主抗风锚碇受洪水的浸泡多达3天之久，事后检查，锚碇没有移动过的现象，证明主抗风锚碇的设计是经得起洪水的考验的。主抗风锚碇受水淹（4）、背扣索锚点的布置背扣索锚点选择设置在飞燕段，这样就不需要专门为此施工扣索锚碇，节约了施工成本。但在布置时，不仅需要考虑到其不能影响今后飞燕段斜拉索施工，还有就是要避开飞燕节段内的系杆孔道和避免缆索系统主绳相的布设，背

11、扣索的水平夹角还要尽可能小,最后选定在斜拉索尾部至主绳锚碇之间的范围内，为了避免与系杆孔道相交，专门为此精确计算，设计各组锚点之间的位置，背扣索是用来平衡前扣索拉力的，其索力最大达到340T左右，为此利用飞燕段的自身重量来平衡，其安全系数满足规范要求。背扣索锚点布置图（5）八字抗风锚碇的布置由于现场条件的限制，八字抗风锚碇只能布置在江水中（即24#、25#主墩上、下游各200米处），锚碇的设计要考虑到水的浮力、水流的冲击力、八字抗风绳的拉力等综合影响，还要考虑到安装及拆除的方便。最后，设计为5m*5m*5m的型钢笼（全桥共4个），每个笼内放置49根0.6m*0.6m*5.2m的条形砼块件，一个抗风地锚总重量约为200T左右，满足施工要求。锚碇采用吊船（即船上布置吊机）布置。3、 结语湘潭湘江四大桥正式吊装施工为2006年5月19日至10月25日，历经四个多月，完成了钢管拱肋的安装，约重5000吨左右。吊装过程中，缆索系统运转正常，没有影响飞燕节段施工、斜拉索的施工，对在环境复杂的施工条件下，缆索吊装系统科学、合理布局，对于保证施工的顺利进行以及施工成本的节约所产生的巨大作用进行了验证，可供类似工程借鉴。湘江四大桥钢管拱肋合拢