桥梁建设论文钢管拱吊装系统的设计与施工
摘要：巫山大桥位于长江巫峡峡口，巫山大桥全长332.78m。由于地形限制，不能使用转体施工工艺，拱肋成拱时采用钢管拱吊装工艺[1]。本文详细介绍了巫山大桥钢管拱吊装系统的设计与施工方法。
关键词：巫山大桥,吊装系统,设计,施工
一、工程概况
巫山大桥全长332.78m，分左右幅，主桥跨越张家港船闸上游引航道（三级航道巫山港，施工期间桥下不断航），桥梁荷载等级为公路-Ⅰ级，设计行车速度60km/h，跨径布置左幅为3×20+2×80+20+12.3+4×20m，右幅为2×20+12.3+2×80+6×20m。
二、施工方案
巫山两端地形陡峭，施工现场比较狭小，根据设计文件及施工条件与地形局限，采用分段制作钢管拱、无支架缆索吊机安装、钢绞线斜拉扣挂就位的施工方法[2]。
2.1分段制作钢管拱
（1）钢管拱肋的加工及安装
首先分段制作好钢管拱助，然后进行拱助段的无支撑吊装系统的安装，通过钢绞线的斜拉扣定位。
（2）拱肋弦管内混凝土的压注
采用自两端拱脚向拱顶连续压注。拱肋设计使用的是哑铃型钢管内填混凝土的结构，设计的钢管的外直径为90cm，所设计拱肋的高为220cm，所使用钢管的壁厚1.2cm，缀板壁厚为1.4cm，钢管内及腹腔内充C40微膨胀混凝土。
（3）吊杆
吊杆间距为5.0m，每片拱肋设吊杆14根；内侧吊杆采用PESFD7-55的镀锌高强钢丝索，外侧吊杆采用PESFD7-73的高强钢丝索，桥面以上2m高度外包不锈钢套管。
（4）加劲主梁及横梁
中横梁高度为60-140cm，宽60cm。端横梁采用箱型断面，高100cm-195cm，宽190cm。桥面双向2%横坡通过横梁高度的变化进行调整。所使用桥面板为实心板，其实心板的中板宽为99cm、板的厚度为25cm，实心板的边板宽度为99.5cm/124.5cm、板的厚度25cm。系杆和横梁为预应力混凝土结构。
2.2无支架缆索吊机安装
巫山大桥桥面跨径组合为跨径布置左幅为3×20+2×80+20+12.3+4×20m，右幅为2×20+12.3+2×80+6×20m，主拱跨度L=78m，可见两幅的钢管拱不对称。因此使用无支架缆索吊装系统来安装拱肋、预应力钢绞线斜拉扣挂法施工。设计吊重55t，受到地形的限制，采用主塔与扣塔分离的吊装方法。焊接相邻两节段的拱助时，要使所焊接的两个接头在端处固结，并且与结断间的横梁，形成一种框架结构。
（1）使用支架辅助扣塔安装
扣塔为管结构，通过对扣塔进行分片或者是分节，再使用船将其运到这段桥孔其下的水域，将其吊至高度达180m-290m后，再安装到相应的位置，将其分节的扣塔安装完之后，再进行焊接，在此之前扣塔不能承受外力作用，所以，安装扣塔时不能使用塔吊来进行辅助。通过实施方案的分析和比较后，只能使用较轻的支架来辅助扣塔安装，因此选择了万能杆件，由系于其上的通长缆风索来确保稳定[4]。
（2）直接将缆索索塔在扣塔顶面上铰支
经计算知，缆索系统如果独立使用吊塔，需耗费大量的万能杆件，如直接将其绞于扣塔的顶面处，那么所需要使用的杆件将大大减少。扣塔的设计为钢管支架支撑，向Φ610×10的钢管内灌筑C40混凝土。经实践表明，扣塔可达到抗压设计要求。
（3）索塔顶部只设纵向压塔索
索塔设计为双柱门式的索塔，索塔之间的距离为20m。南岸索塔高度是150.22m，北岸索塔高度为为125.72m。经过施工现场实践表明，再建立四根Φ47.5的纵向压塔索便能满足受力要求，用纵向压塔索锚固在索塔塔顶处塔，而横桥向不设。但在建索塔的附近，因为索塔越高受到的风力就越大，因此要再高度较大的索塔处增建横向抗风索。
(4)塔顶结构索鞍横梁下设置弹性支座
在塔顶结构索鞍横梁下设置弹性支座，使得受力分散。将分散排柱的绝大部分压力。索鞍设置在横梁中心，其值在500KN-1000KN之间。
（5）用桩锚固定吊锚并加设岩锚辅助锚固
经受力分析，本桥段的吊锚受力很大，且上、下部分的锚碇处受力相等。锚碇处与地面的倾角大于450，锚碇附近的岩石出现破碎，说明锚碇处土抗力不足以维持锚碇。因此我们使用桩式锚碇，为了确保锚碇处桩基不会出现受力不足，在其锚碇后方使用无粘结预应力的岩锚，作为安全措施。岩锚的前端锚固于承台上，选用Rby=1860Mpa的钢绞线，张拉控制应力0.6Rby。
（6）设置主动式承索器
主动式承索器是为了通过减小转线点与起重索之间的距离，进而减小吊点（吊具）的弯矩。承索器挂于主索上，托起组主索下的2根起重索和2根牵引绳，承索器间相互用Φ19.5钢索相连，通过一台50KN的卷扬机来形成循环线，随着卷扬机的启动，这便很方便控制承索器达到一个最佳位置。本桥设置主动式承索器后每个吊点配重仅为5t；相同的垂度使，如果没有设置这种承索器，每个吊点的弯矩将达到原来的5倍，可见承索器的强大作用。使用过程中，承索器轮还可以梳理起吊装置与牵引索，经过证实，在经过多次的强风之后，重索或牵引索因为承索器轮的原因并未出现相互打绞的现象。
（7）采用特制起吊滑轮组
滑轮组的使用是为了起吊时的省力与方便之用，本桥吊装系统滑轮组，滑轮组设计分上5轮下4轮，单轮按最大200KN受力设计，单轮的外直径设计为480mm，轴承使用滚柱型。经过证实，所设计滑轮在吊装过程中运行正常，在吊装结束后，仍然没有任何一个滑轮出现问题；起吊滑车组运行自如，起吊钢绳没有出现一次扭绞现象。
（8）使用卷扬机以保证恒力起吊
由巫山大桥的施工特点，所定制的起吊装置的卷绳为Ф24mm的钢丝绳，其卷绳量为2200m，牵引卷绳为Ф28钢丝绳，其卷绳量为1200m，设计的卷扬机可以提供40Nm的力矩做动力以用来和卷绳筒进行配备。
2.3斜拉式的扣挂系统布置技术
斜拉式扣挂系统需要有扣塔、索鞍、扣锚、扣索、扣索固定端及扣索张拉等部分构成；其各部分的设计与施工如下：
（1）所使用的索鞍轮为弧型，其半径为2962mm，钢绞线以每束6-10根，每根钢绞线经过宽度为54mm的轮槽，实践结果表明，效果良好。
（2）扣桩锚锚固、岩锚用作安全储备
由于地形限制，位于桩锚前端的土体粘性不够，土体抗力不足维持桩锚固定，考虑到桩上的承台的前墙上承受扣索的张力共2×12500KN。前墙既受弯，也有上拨力，因此，将水平预应力束设置8束在前墙位置，竖向预应束设为4束，则相当于在每一侧布置12束的预应力束，即9φj15.24的岩锚，所设置的方向平行于扣索尾索方向。经实施中观测，该设计效果良好，岩锚在使用过程中所产生的偏移小于1mm。
（3）设置扣塔平衡索
为保证扣塔顺桥向位移不超过规定的7.5cm，因此，设置扣塔前、后平衡索。在拱肋节段安装前，设置前平衡索，为4×3Фj15.24，拉力共计1000KN，上端在扣塔顶部锚固，下端在拱座上锚固；后端设置平衡索，以保证所锚固拉力符合要求。通过扣索进行张拉到位以后，下端锚固在扣锚的顶面，上端锚固在扣塔的顶端，经实践证实，该施工方案可以达到所预期得效果。
（4）对扣索进行分别设置
部分钢管拱节段上的扣索为临时扣索，临时扣索一端锚固在扣塔下端，一端固定在钢管架上；部分钢管拱节段上的扣索为正式扣索。正式扣索一端锚固在扣锚上，一端使用钢丝线张拉，处于千斤顶处以方便调节。
（5）正式扣索锚固端采用P型锚与专门锚具共同锚固
锚固过程中，首先在拱肋钢管的桁架上确定锚固端位，在锚固端位处设置一些相应的扣点及转点，在扣点的下方分别设置4个横梁，梁上设置有空，所设置的孔径分别为140mm（1#、2#、3#扣索处）和120mm（4#-6#扣索处），将锚固的锚索通过所有的孔，并使锚索的受力方向垂直于梁孔设置的方向。扣索专用锚具由锚头和锚环组成。
三、结束语
桥梁建设是一项实践性很强的工程，本文详细介绍了钢管拱吊装系统的设计和施工，希望能对实际施工有一定的指导作用。
参考文献
[1]许晓锋,周汉东,黄福伟;南海三山西桥主桥拱肋吊装施工控制梁;桥梁建设,1998(1):45～47
[2]张开银,刘三元,何雨微;塔架与扣架一体化施工技术研究.公路,2001(4):6～10
[3]林元培.斜拉桥.北京:人民交通出版社,1994:227～238
[4]张开银,向木生.扣索内力动态测量的原理及应用.振动与冲击,1998,17(3):52～56
