錢江四橋纜索吊系統(tǒng)設計與安裝

1、錢江四橋纜索吊系統(tǒng)設計與安裝摘要：纜索吊系統(tǒng)是錢塘江四橋上部結構安裝的關鍵設備系統(tǒng)，該系統(tǒng)跨徑大、起吊重量大、安全要求高。通過對纜索吊系統(tǒng)主纜、塔架、后錨等結構進行設計研究，以期達到安全、可靠、符合實際使用的要求。關鍵詞：吊裝系統(tǒng)；主纜；塔架；后錨摘自：施工技術.2007.第11期杭州市錢江四橋為目前國內最長的多跨雙層組合拱橋，其主橋為多跨雙層組合鋼管混凝土系桿拱橋結構，跨徑組合按計算跨徑為（2×85+190+5×85+190+2×85)m。其中2 孔190m跨為下承式和中承式系桿組合析架式鋼管混凝土拱橋，每條拱肋由4根95cm×（2224 )mm鋼管組

2、成，拱肋高4. 5m，寬2.6m，左右兩條拱肋中線距離為29. 4m。9孔85m跨為下承式和上承式系桿組合鋼管混凝土拱橋，拱肋為單鋼管設計，左右每條拱肋均為1條1.7m x22mm的鋼管，中線距離10.4m。上下層橋寬均為26.4m ，錢江四橋上構預制安裝工程量大，達97. 429t （見表1 ）。由于其安裝工作都是在強涌潮的錢塘江上完成，且不能長期中斷通航，針對現(xiàn)場條件、橋型特點，結合工期安排，設計了雙索跨大跨度纜索吊裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)在兩岸各設1個邊主塔，形成三塔雙索跨吊裝系統(tǒng)，兩主索跨分別達到700m和650m，合計1350m,吊點可以覆蓋全部主橋，完成該橋所有上部結構的吊裝施工（見圖1）

3、1 纜索吊裝系統(tǒng)設計1.1 主要設計參數(shù)索跨組合：( 250+700+650+250)m，其中250m為尾索長度；纜索吊裝最大重量：單索道起重能力65t ，雙索道抬吊130t ；工作索道吊重能力：每組工作索道吊裝重量5t；單個塔架自重：主塔1000t 、中塔500t、扣塔250t ；風力：保證在小于六級風時可以進行正常吊裝施工。1.2 主塔架設計在杭州岸2號、蕭山岸16號墩位置附近各立主塔架1座，9號墩安裝中間主塔架。190m主跨兩側主墩 上各設l 個扣塔。l）塔架結構形式主、扣塔架均采用N 型萬能桿件拼成門式塔架。根據(jù)本橋拱肋中軸線的距離，主塔架整體設置為對稱結構。兩岸主塔、中塔、扣塔的塔鉸

4、采用常規(guī)的塔鉸結構。兩岸主塔架寬度為34m（頂寬42m)，高120m； 9號墩中間主塔寬38m （頂寬46m ) ，高104m ，塔架共用桿件材料重約3500t。2）塔架基礎北岸主塔架基礎為C25鋼筋混凝土擴大基礎，南岸主塔架基礎為鉆孔樁基礎。基礎承載力要求大于200kPa，但兩岸主塔基礎地基允許承載力為100kPa，所以必須進行基礎換填砂礫處理，以提高地基承載力，使之達到200kPa。兩岸主塔架塔底順橋向均為鉸接，塔架安裝時采用無鉸形式。安裝完畢后，割斷順橋向前后兩排桿件與基礎的聯(lián)系，形成鉸接形式。9號墩中塔架基礎增設鋼管支承樁作為塔架基礎，振設完畢后，添滿砂以增強抗力，并用墩身結構、端橫梁

5、和鋼圍堰以及支撐架連接，來增加中塔架穩(wěn)定。為防止船只沖撞，除作好信號燈、航標燈、照明措施外，在其上下游一定距離處，各振設3根防撞鋼3）塔架風纜在塔架拼裝階段，需要適當在塔架上設置臨時風纜。完成塔架架設后，應根據(jù)塔架高度和受力情況設置腰風纜和塔架頂風纜，以便于在架設過程和吊裝階段通過這些風纜調整塔架垂直度，并增加塔架穩(wěn)定性。兩岸主塔架頂橫橋向兩側各設2道風纜，縱橋向設3道風纜，腰風纜在主塔架中部及塔頂?shù)墓?jié)點兩側呈“”形布置。對于9號墩中塔架，側向風纜布設難度較大，由于索道系統(tǒng)吊重或不吊重時，兩岸主塔架及中塔架塔頂索鞍均位于同一條直線上，因此，主索道系統(tǒng)對9號墩中主塔的側向分力較小，而且經過抗風能

6、力計算，中塔抗風能力足夠，故中塔不設側向風纜，采用壓塔索來代替抗風纜。中塔頂縱向設置風纜并錨固于6、11號主墩承臺上。4）塔頂索鞍結構塔頂索鞍是裝置在塔架上用來支承吊裝纜索的設備，本工程自行設計的可移動式索鞍具有安裝方便、對主索鋼絲繩磨損小、承載能力大、使用靈活等優(yōu)點。它與主塔聯(lián)結在一起，是吊裝設備的重要組成部分。5）塔架調整塔架拼裝完成后，首先要進行塔架垂直度的調整。為調整塔架垂直度，需設置塔架前后風纜來調節(jié)，塔架前風纜牽引至墩臺預埋錨環(huán)，主塔架后風纜均牽引至地錨的預埋錨環(huán)上。通過設置在塔架頂前、后風纜收緊或放松，讓塔架整體受力并使塔架微擺動，達到調整垂直度的目的。然后安裝纜索系統(tǒng)，并再次調

7、整其垂直度，達到設計要6）計算結果主塔計算共分為3個方面，12個工況。第一個方面不考慮風荷載，只考慮吊重。吊重可分為單組主索起吊及兩組主索同時起吊，又分別計算邊塔和中塔（吊重考慮1.3倍的安全系數(shù)），兩兩組合可詳細分4種工況：工況1為用1組主索單邊起吊拱肋（吊重65OkN）時邊塔受力；工況2為2組主索同時起吊拱肋（即吊重1300kN）時邊塔受力；工況3為1組主索單邊起吊拱肋（65OkN）時中塔受力；工況4為2組主索同時起吊拱肋（即吊重1300kN）時中塔受力。第二個方面在第一個方面的基礎上，再加上五級風荷載的影響，即保證在五級風時可以正常施工。也分4種工況：工況5-1 為工況1+五級風橫向風力

8、時邊塔受力；工況5-2為工況2+五級風縱向風力時邊塔受力；工況5-3為工況3+五級風橫向風力時中塔受力；工況5-4為工況4+五級風橫向風力時中塔受力。第三個方面為邊、中塔受最大縱橫方向風力時的受力情況：工況6-1為最大橫向風力時邊塔受力；工況6-2為最大縱向風力時邊塔受力。工況6-3為最大橫向風力時中塔受力，工況6-4并為最大縱向風力時中塔受力。為保證主塔架受力安全，采用SAP2000的空間析架單元對塔架的主要受力進行了模擬計算。計算結果表明，除局部桿件應力偏大需要加多桿件處理外（在塔架施工中進行局部桿件處理），基本達到規(guī)范要求。1.3 主纜索主索每組索道采用750mm密封式鋼絲繩，索體結構由

9、19+z19 +z25高強鋼絲組成，強度1470MPa ，每條鋼絲繩破斷拉力總和為2640kN。設計吊裝重量65t，設計垂度1/16 。主索用事先架設好的工作索來安裝。架設主索時在杭州岸單根展開并由卷揚機的導索牽引過塔架頂，然后工作索牽引過杭州岸主塔頂、中塔頂、蕭山岸主塔頂，再由卷揚機的導索牽引進人主地錨錨梁后轉向。此時，兩岸主索的尾索同時收緊，工作索在河中提升主索，主纜索的尾索從前端槽口穿出，與人口主索形成環(huán)扣，調整好主索空索垂度后使用夾具夾緊尾索（見圖2）。主索安全系數(shù)3.0。主索架設過程中需要進行封航。主索跨組合（250+700+650+250)m,兩跨連續(xù)，3個主塔兩跨跨徑不同，分別為

10、700m （杭州岸）和65Om（蕭山岸），因此按杭州岸索跨計算選擇設備偏于安全，確保兩岸均滿足鋼拱架的吊裝順利進行。由于將190m跨拱肋的每肋分為15段吊運安裝，從而使每一段鋼拱架的吊重在60t左右。全橋共設2套起重索，其中每套設計吊重為65t，每一套由750mm密封鋼絲繩組成，確保兩岸拱肋的安裝，從而加快施工進度，鋼絲繩基本參數(shù)如表2 所示。1.4 起重體系起重索采用26mm鋼絲繩，拱肋鋼骨架采用雙吊點起吊，每一吊點使用一條24 (6×37+1）鋼絲繩，兩條起重繩均分別經過塔頂索鞍，通過主地錨轉向滑車進人兩岸8t 慢速卷揚機，在起重時兩岸卷揚機同時工作，每條起重繩在跑車間走12線穿

11、繞。1.5 牽引體系牽引索采用26mm鋼絲繩，牽引索分別與兩個跑車相連組成單側一組吊裝體系，兩條牽引繩均分別經過塔頂索鞍，通過主地錨轉向滑車進入兩岸10t快速卷揚機，在起重時兩岸卷揚機同時工作。1.6工作索工作索是指吊裝能力較低，但比主索更為方便、靈活、快捷的一組纜索系統(tǒng)。由工作索主索、起重索、牽引索、工作索跑車、吊點及工作索鞍組成。本橋每跨主纜索的上、下游各設一組工作索道，用于安裝主纜索系統(tǒng)以及主纜索吊裝的施工輔助，吊運重量小于5t以下的施工機具和材料。每組工作索采用1根47mm鋼絲繩為主索，設計吊重5t。在塔架安裝完成后進行工作索安裝，安裝工作索之前，需要設置導索牽引工作索。導索為21.5

12、mm鋼絲繩，其安裝利用鋼棧橋及運輸船運載展開，在主塔頂用卷揚機提升架設。導索的一端與工作索系緊，另一端進人卷揚機。工作索安裝時，在地錨前利用放線架松展，一端進人地錨，在錨梁后轉向，再用夾具夾緊尾索（與主索尾索處理相同）；另一端與導索系緊，由導索牽引過塔架頂，在塔架前安裝好工作索跑車和吊具（工作索收緊時，可由另外一臺卷揚機提升到塔架頂），最后到達另一岸的地錨錨固。工作索的牽引索、起重索在塔架后利用放線架松展，從岸邊主塔腳經轉向滑輪，隨著導索的收緊穿過塔頂轉向滑輪，在塔架前將其與工作索跑車聯(lián)結，尾索則進人卷揚機。1.7 主索、扣索錨固系統(tǒng)設計1）結構形式選擇 根據(jù)錢塘江四橋兩岸地質情況和主橋各墩臺

13、能夠承受水平推力情況，190m跨纜索吊裝地錨采用重力式主地錨2個、扣地錨4個，均為混凝土和漿砌片石砌筑而成。85m跨纜索吊裝重量不大，考慮到吊裝錨固盡量避免對其它施工的干擾，85m跨扣索分散錨固于各墩臺上，并合理利用190m跨扣索地錨。2）主地錨、扣索地錨施工 根據(jù)無支架纜索吊裝總體布置圖的設計樁號定出地錨位置，按照地錨設計圖紙放出大樣。采用挖掘機進行基坑開挖，開挖放坡1: 0.5，基坑4個邊、角采用人工修整，開挖或修整過程中若土質松軟，必須采取基坑支護措施，如：型鋼支撐、砂漿護壁等?；娱_挖完成后立即采用C15混凝土進行基底處理，四周全部用M7.5砂漿護壁，必要時在地錨后面的工作空間砌筑擋土墻形成密封凹坑，以防地下水滲出軟化基坑土。2 結語杭州市錢塘江四橋上部結構安裝可以采用較多的方法，結合現(xiàn)場的實際情況確定了3個基本方案：采用浮吊少支架法安裝；采用小跨徑獨立兩個纜索吊方法安裝；采用大跨徑兩跨纜索系統(tǒng)方法安裝。名個方案均有優(yōu)缺點，經過詳細對比研究，確定采用第種方法，該纜索吊系統(tǒng)最大跨徑700m，單側最大吊重65t ，雙側130t，纜索吊系統(tǒng)采用三塔兩跨式結構，中塔位于錢塘江中心，由于受錢塘江潮水自然情況的重響，中間塔架無法設置抗風纜，采用壓塔索方式保持；抗風及受力穩(wěn)定。本文重點研究大跨徑纜索吊系統(tǒng)的設計、安裝，過對纜索