山区复杂地形大跨径钢管拱桥π梁缆索吊装施工技术

山区复杂地形大跨径钢管拱桥π梁缆索吊装施工技术

曹焱良

安徽建工路港建设集团有限公司 安徽合肥 230000

摘要：道路桥梁是经济发展的重要载体，大江大河上安装拱桥阶段难度极大，缆索吊便是在此背景下应运而生的。改革开放后，我国经济进入高速发展阶段，大跨径桥梁同样进入繁荣时期，为缆索吊的运用提供了良好条件。该技术能够在吊装重物之后，沿着大跨径桥梁进行全跨范围内的移动，架设速度快、修建成本低，且起吊点位置不受限制，在山区复杂的地势环境中得到了广泛的运用。文章以此作为研究的切入点，以实证探讨的方法对山区复杂地形大跨径钢管拱桥π梁缆索吊装技术进行全面分析，明确起吊施工要点和难点。

关键词：山区复杂地形；钢管拱桥；大路径；π梁缆索吊装

0引言

新世纪以来，随着我国经济的快速发展，全国各地不断地加大对基础设施的投入，因此连通山区的桥梁的勘察设计，特别是大跨越能力的桥型——钢管拱桥将大范围修建。大跨径钢管拱桥空间结构具有受力合理、造型美观、外型简洁流畅、节点形式简单、施工方便、用材经济等特点。针对西部山区地形地质条件复杂、施工场地狭小、交通不便、大件运输极为困难的特点；现有的钢管拱桥桥面架桥机架设π梁法无法适应工程建设需要，如果采用桥面架桥机架设法，不仅影响主体线形，受到架桥机吊重的影响，施工过程的难度极大，并不适用于施工操作时间。缆索安装的π梁是通过工厂预制的方法进行构件运输，然后再组织各项起吊以及安装工作，提高施工的效率，保证吊装过程的安全，在成本和进度管控方面取得了明显成果。为了满足山区的桥梁建造需求，工程现场将采用大跨度缆索吊完成吊装过程，该方案在山区施工时成了首选方案，具有广泛的推广应用价值。

1.工程概况

唐家山特大桥主桥位于四川省绵阳市，全长277.56m，宽10m，引车长和宽分别是8.5公里和6.5m，该桥梁采用上承式钢管混凝土拱桥形式。该跨湖特大桥采用山区复杂地形大跨径钢管拱桥π梁缆索吊装施工工法。π梁采用工厂集中预制方法，为了满足施工需求，必须按照施工进度要求完成预制、运输工作，随后借助缆索吊完成整个安装过程，该方法不仅结构安装简单便捷，同时在安全保障、进度管控、成本节约方面取得了明显成果。

2.工法特点及原理

缆索吊结构由缆索系统、起重小车、塔架等多个部分共同组成。起吊时需要通过承重索传递巨大压力，地锚结构负责承载工作，将直接影响系统运行的成果。本项目在起吊过程中，借助于缆索吊系统完成整个运输以及安装过程，具体包括建模分析、缆索吊设计、机械设备验收等多个部分。

图1桥梁π梁纵断面图布置图

3.施工工艺流程及施工要点

3.1工艺流程

为科学呈现施工现场的工艺流程，下图对其进行了梳理展现：

图2工艺流程示意图

3.2施工要点

3.2.1MIDAS软件建模仿真分析

为了保证全桥安装的安全，π梁吊装前期必须获取真实数据完成数值模拟分析，在此过程可借助ANSYS软件和MIDAS软件完成建模工作，完成施工过程的模拟分析。经过一系列的准备工作，便可获取拱肋横截面应力以及拱肋的变形和主桥线型，准确的数据资料为吊装以及测量提供了良好的数据支持，考虑到项目的实践需求，主吊装系统主跨径为313.7m，北岸和南岸后锚端跨径分别为45.5m和45m，同时采用两套主索吊装系统。

3.2.2缆索吊设计与施工

π梁吊装系统由多个部分共同组成，为了提高工程建造效率，必须根据全球吊装情况完成整体性的设计，缆载吊机共分为两套，分别位于上游和下游，全桥吊点共4个，为了最大程度的满足π梁吊装需要，可以根据实践状况选择独立使用或是组合使用方法。π梁节段安装过程，必须对吊重进行严格控制，确保单侧吊机前后吊顶符合设计标准，重量为40吨，超出标准要求，很容易影响吊装的安全性。考虑到工程现场的操作需要，将其分别设置在吊篮上游和下游，设计吊重为5吨。根据两岸地形，南岸塔顶标高：792.706，北岸塔顶标高：788.131m。塔索采用拼装法，其中涉及两种规格的钢管，分别是Φ700×8和Φ270*5，经过现场实地勘测后，塔顶的框架梁采用I56B的工字钢，并完成焊接工作，满足分配塔顶索鞍的载荷要求；索塔基础采用矩形扩大基础。索塔塔柱采用工厂加工方法，一个标准节为9m，通过螺栓连接接头。根据工厂使用需求进行材料运输，吊装现场安装时将采用75T履带吊。

图3索塔结构布置图

塔顶受力平台的搭建需要沿着桥轴线纵横两个方向完成搭设工作，施工材料为I56B工字钢，上层和底层均采用2I56B工字钢，上层共布置三组，严格控制中心间距，保持在80cm。为了提高工字钢的稳定性，需要根据工程要求设置斜撑，经过多种材料对比，最终确定了2I25b工字钢。结构由多个部分共同构成，包括缆索系统、动力系统等，不同的系统在其中扮演着不同的角色，对工程开展的通畅性至关重要。第一，考虑到主索系统主跨长度较大，为313.7m，根据工程需求，增加了两套主索系统，系统由4-φ52mm钢芯钢丝绳构成。为了提高受力的均匀性，需要设置调平滑车，准备索卡将其连接成一根通绳。第二，根据起吊系统需要，每组主索中存在两组吊点，为了方便现场安装，可以采用80KN卷扬机。拱肋和桥面梁安装时，吊点台吊的数量存在一定差异，前者共有2个吊点，后者则为4个。第三，牵引系统的牵引动力机械为80kN的卷扬机，根据现场施工需要在两岸各设置一台，满足现场的施工要求。

经过施工现场的实体考察之后，全面分析其地质、环境等相应信息，根据工程需求确定了预应力锚索+混凝土锚墙地锚结构，具体可见下图。

图4主索地锚构造图

现场施工时，需要重点关注主索转向滑轮组与锚锭连接工作，为保证连接效果，将采用大一规格的钢索完成连接。前文中指出，工程项目开展前需要完成建模分析，通过模拟仿真法对锚梁结构受力进行深度探讨，为工程项目的推进提供更多指导。任何施工方案在实践当中的运用都会与实际施工情况存在一定偏差，为了提高工程施工质量和效率，必须完成锚索的预张拉，同时通过弹性连接-刚接模式做好锚梁和压梁之间的连接工作。在主索等设备设施设置时，需要做好锚固工作，地点选择在主地锚锚梁，并且需要充分分析不同施工环节下的预应力，锚索的受力状况，以此来确定锚固系统的受力分布情况，实现受力部分的均衡分布。

3.2.3缆索系统调试及试吊试验

现代技术的发展促进了规章制度的完善，根据国家规章制度要求以及本桥的项目经营情况，科学分析了本桥阶段的吊重，最大设计为41吨，试吊时需要对其重量进行严格控制，根据按50%G、100%G、120%G逐步开展试吊工作，其中涉及的重量分别对应着20吨、41吨和49.2吨。

（1）试吊工作采用分次进行法，根据不同重量要求，共完成三次试吊。1）50%试吊：在此过程可采用混凝土预制块、钢筋束配重加载，完成行走工作后，索跨需要回吊起吊处。2）100%试吊：试吊重量确定时，将采用混凝土预制块。3）120%试吊：在此过程同样采用预制混凝土块和钢筋束，重量为49.2t。同时关注行走情况，到达最不利位置（跨中）再回到起吊处，逐步放下重物。

（2）试吊检查：重点关注主索的吊重最大垂度、塔架顶位移、塔架基础沉降量、地锚位移量以及现场的局部位移情况，在此过程需要采用一定的设备设施，例如全站仪，获取原始数据资料之后，必须对其进行详细记录，方便后期资料的对比分析。除此之外，施工现场需要做好通讯设备的检查，确保所有通讯设备处于正常的运转状态，能够满足清晰对话的现场管理要求。

3.2.4π梁运输方案

3.2.4.1π梁装车

1）首先对出厂的π梁进行全面检查，重点关注表面是否存在杂物，否则会影响整体的质量效果，再经验收合格后方可准备装车；2）龙门吊吊放π梁至运梁车上，π梁底铺设方木及橡胶板，以防π梁底损坏。前后的斜撑上紧，并用倒链、钢丝绳把π梁绑扎牢固；3）技术人员负责现场验收，验收时必须一片一片地完成检验，确保每一片梁都符合工程建造要求，同时画接线编号，全部合格后方能符合出厂标准；4）平坦的场地决定了现场施工的效率，需要事先完成场地的平整工作，同时派遣专人看守道路路口。

3.2.4.2梁板运输

1）π梁运输时将采用平板拖车，根据现场使用，需要将车辆数量设置为两台；2）车辆运输过程必须严格执行交通管理要求，同时增加安全防护装置，做好车辆的前期检查，确保自动保险装置处于正常状态，能够满足使用需求；3）根据工程要求，全面检查机械设备，合理配置相应的专业工具，所有设备设施的使用必须符合规定要求。4）运输中加固措施：完成安装后需要对其进行加固，可以在两侧安装两根钢支撑，通过钢丝绳以及倒链对其进行绑牢，具体可见下图。

图5运梁炮车

3.2.5π梁安装方案

根据现场实地考察要求，π梁吊装时将借用主桥的缆索吊装系统，重点关注构件的安全倍数，符合工程设计的标准要求。π梁。在工厂完成预制工作后，将借助跑车运输至现场，操作人员需根据方案要求完成组装。安装过程必须按照程序要求执行，先跨中后边跨，为避免安装过程对主拱圈线形造成的负面影响，必须严格控制吊装的整体顺序，首先需要对孔上的第7孔和第8孔中板进行吊装，随后再对第6孔和第9孔中板进行吊装，依次进入第5孔和第10孔的中板吊装，随后重复第2步吊装。要求逐步完成安装工作，同时按照左右对称要求，依次对每孔边板进行安装。

3.2.6、主桥线形监控测量

（1）为了获取真实准确的数据，需要合理设置变形监控测点，具体可见下图，上下游各9个监控点；（2）在两岸索塔顶上设置测点，以监测其三个方向的位移。（3）完成线型测试工作后，必须对所有测试数据进行详细记录，并将其传输至技术专家组进行讨论，专家组在不断的研讨中指明其中存在的问题并完成修正，明确施工阶段具体的误差，同时指出下一阶段的施工方向。（4）测试方法：事先准备水准仪和全站仪，根据要求完成现场测量工作。（5）测试时间：天气的变化会对测试时间产生一定的影响，为了保证测试数据的准确性，通常情况下可将测试时间设置在气温恒定的时间段内，所以监控单位必须及时了解天气变化，以此来对测量时间进行科学确定。（6）测量阶段：π梁施工的不同阶段均需按照要求完成测量。实际现场施工和理论施工必然存在一定差异，必须立足工程实践以及利润分析结果，合理优化施工工序，确保全球符合设计线型，合理计算拱轴系数。（7）测量范围：π梁安装各控制节段。（8）对标高控制采用以最小二乘法为基础进行参数识别的误差分析和状态预测的方法。结合已成结构实际状态，可以通过与仿真计算理想状态之间的比较完成误差原因分析，在最小二乘法的基础上调整其计算模型参数，确保仿真结果与结构实际状态整体保持一致。完成调整工作之后，能够让仿真计算模型与结构实际状态保持整体吻合，如此便可修正结构后期标高的预测，以保证结构线形满足设计和施工要求。

4.质量控制措施

作为桥梁项目中的重点环节，大跨度缆索吊吊装π梁具有难度大、风险高的特点，为了保证现场施工的安全，必须对缆索吊质量进行严格控制，营造安全的施工环境。所以在施工现场必须严格执行设计标准要求，把控每一道工序内容：重点关注地锚混凝土浇筑，确保其质量符合工程增长要求；做好塔架预埋件的埋设管理，保证拼装、焊接的效果，方便后续施工的展开；承重绳是否能够发挥作用，将直接影响工程开展的效果，必须在工程要求的基础上合理调整承重绳；起重小车的安装，必须做好其质量管理，确保上、下挂架加工符合标准要求；牵引系统卷扬机会对后期工程开展产生极大影响，必须对其安装质量进行重点把控；π梁吊具质量加工对后期影响极大，必须做好吊装安装工作；承重绳热铸锚头需要做好现场浇筑。浇筑工作完成后必须严格执行国标要求，通过压顶试验获得真实的现场数据，值得注意的是，在此过程需要对顶压荷载进行严格控制，可以设置为设计荷载的1.25倍，严格控制顶压后的索体最大位移量，符合国标小于5mm的硬性指标。

5.结论

山区桥梁修建的地形地势较为复杂，探讨大跨径钢管拱桥π梁缆索吊装施工技术对桥梁建筑建造意义深远，同时也为长江湖泊的跨越工程提供了更多的可借鉴经验，具体如下：

（1）固定塔架缆索吊系统安装时，将工法作为起重设备，有效规避了传统安装设备运用实践中存在的费时费工难题，减少了高空作业操作，降低了现场安全风险。

（2）本工法安装运用不仅发挥了现代施工技术的效率优势，同时也采用构件预制的方法，避免现场施工中难以安装的缺陷，有效克服了吊装难度大等问题。

（3）安装π梁安装时采用缆索吊系统，能够减少设备投入，工人操作更加简单便捷，极大地提高了现场施工效率，在经济效益、安全效益和社会效益之间寻求了有效平衡。

参考文献

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