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摘要：箱型拱桥由于工程造价相对较低，外型美观，在V字形峡谷地形上得到了广泛的应用。在施工方法中，多采用缆索安装施工方法。本文主要介绍了某箱型拱大桥缆索安装系统的组成和施工工艺。
关键词：箱型拱桥；缆索安装系统的组成；施工工艺
一、工程概况
该箱型拱桥跨越澜沧江，两岸山势较陡，地质为坡崩层。大桥主拱净跨净跨径L0=80米，矢跨比F0/L0=1/6，拱箱高度1.7米，宽1.46米，主拱圈由5肋拱箱组成，每肋拱箱分为5段预制吊装，拱箱用C40钢筋砼现浇为闭口箱型截面，单节最大吊重33.8t。
二、箱型拱桥拱箱的安装
该大桥拱箱的吊装采用了无支架缆索系统吊装，考虑拱肋安装的稳定、安全和快捷，扣索系统拟定采用φj15.2钢绞线进行扣挂。
（一）、拱箱安装的设施布置
1、塔架布置
根据桥位两岸山势情况，拱肋安装的缆索可以不使用塔架，
2、缆索设置
主索直接锚固在两岸地锚上，主索跨径L=230米，东西岸地锚位置同高，跨中最小净空33.1米，主索由5根φ46（6×19+IWS）的钢丝绳组成，最大吊重时的最低点垂度按L/14计算，主索最大张力344.5KN，安全系数5.8>[3]；起重索利用10线6×19+1-18.5的钢索，单头拉力31KN，安全系数6>[5]；牵引索采用4线19.5-6×37+Fc的钢索，单头拉力28.6KN，安全系数6.9>[3]。起重选用2台8t单筒慢动卷扬机，牵引卷扬机采用2台双筒5t卷扬机。
3、地锚设置
东岸主地锚布置在距大桥跨中131.78m处老公路上侧，标高2089.5；西岸主地锚布置在距大桥跨中98.22m处，标高2089.5。主索地锚拟定采用钢筋混凝土桩式地锚。地锚计算时基本假定：
（1）、地锚刚度相对土体无限大，在外力作用下地锚将绕0点转动。
（2）、计算地基土体对地锚的抗力作力。
（3）、计算地基土体对地锚重力摩擦阻力作用，地锚摩阻系数f取值0.4。
（4）、土质为弹性介质，地基系数C与深度成正比，即C=mz，土体按单一层考虑，取C0=10m0，土体系数m取值为50×103Kpa，土的内磨擦角φ取40°。计算时，先根据地锚所受的外力，然后初步拟定地锚尺寸，再对土体的水平应力及地锚配筋进行验算。
主索地锚
4、扣索设置
东岸Ⅱ扣索地锚设置在距拱顶131.78m处，标高2089.5米；西岸Ⅱ扣索地锚设置在距拱顶98.22m处，标高2089.5米，两岸Ⅰ组扣索
地锚设置在引桥桥台正后方10米处。
根据计算，Ⅰ组扣索的最大拉力309.9KN(安装Ⅱ节时)，Ⅱ组扣索的最大拉力364KN(安装顶节时)。扣索采用φj15.2低松弛钢绞线，Ⅰ组扣索4根，安全系数2.5>[2];Ⅱ组扣索6根，安全系数3.2>[2]。扣索配置YC-100吨位的穿心式千斤顶进行张拉，扣点横梁与扣索的连接采用P型锚头，张拉端锚具夹片用低应力的防松夹片。
P型锚头
5、扣点设置
根据总体安装方案，扣索采用φj15.2钢绞线扣挂，扣点位置选择在距梁端55cm处，采用精扎螺纹钢把扣点横梁固定在拱肋顶板上。
扣点横梁结构
6、扣索调整
（1）、扣索调整设备设置
用扣索斜拉扣挂拱箱,标高调整由千斤顶张拉或放松扣索来实现，因此，要求张拉设备锚固牢靠，张拉和放松方便。根据各组索力，扣索张拉采用100t的千斤顶。
张拉千斤顶
（2）、运作方式
根据每组扣索扣点的位置、标高以及锚固点的位置、标高来计算出索长，分组下料编束编号，前端套上锚具，用DYJ型挤压机挤压P型锚头，扣索过索鞍，待拱箱吊运到位后，用施工跑车吊运扣索到位，安装于吊装段拱箱的扣点横梁上。扣索安装好后，检查扣索的编号是否正确，前后是否对应，然后用卷杨机牵引，进入后锚固体系。卷扬机牵引，一是使扣索产生一定的拉力，从而消除部份钢绞线的延伸量，二是通过卷扬机粗略调上下游扣索的拉力，单根钢绞线用20t穿心式千斤顶调整均匀。
（3）、索力的控制
用扣索拉紧和放松来控制拱箱的接头标高，扣索设计抗拉强度安全系数＞2，在吊装过程中调整标高时，应准确测定各阶段的扣索索力，并与理论计算值比较，发现问题及时调整和处理，以确保扣索受力在安全范围内。
7、缆风布置
缆风地锚采用钢筋锚环和卧式地锚两种，，主要用于拱箱轴线的调整和保持拱箱的横向稳定性。基肋拱共设6组八字缆风（双线），分别在Ⅰ、Ⅱ接头和顶节两端，单线拉力按4t考虑。基肋吊装合拢后，其缆风暂不解除，等到所有拱肋合拢后方可解除，其余各肋在接头处设置活动缆风（单线），第二肋吊装合拢后进行拱箱各接头焊接并与基肋横向连接起来后，其活动缆风解除作为下一肋安装所用。
8、单肋合拢的横向稳定
根据计算，该桥拱肋单肋合拢时的横向稳定系数大于规范要求的安全系数4，加上缆风的作用，其横向稳定已远大于规范要求的安全系数，因此，选择单肋合拢的方案。
9、指挥通讯系统设置
拱肋吊装指挥所设置在东岸下游一侧，指挥通讯工具以对讲机为主。
（二）、安装观测方案
安装观测数据是安装指挥的主要依据，因此观测点位的设置、观测方法的好坏对提高安装进度、精度以及安全都显得特别重要。根据桥位具体地理状况，结合我公司多年的施工经验，安装观测方法如下：
1、轴线观测
（1）、拱肋预制完成后，在靠梁段接头的第一块隔板的上缘和
拱肋底部分别刷上一块轴线标尺（如下图所示）。
上缘和底板轴线标尺同时观看的目的是用于检查拱肋轴线是否偏位和梁体是否扭曲，底部轴线标尺主要是在安装下一节段和下一肋时梁体是否受到扰动。
（2）、拱箱安装前需在两岸拱座下方的平台上设置每肋拱肋的轴线点。
（3）、轴线观测时，先将全站仪置于一岸的拱肋轴线点上，以对岸的拱肋轴线点作后视进行观测，安装东岸拱肋时，置仪点安置在西岸，拱肋轴线偏位控制在0.5cm以内。
2、标高观测
拱箱安装的标高观测，在拱肋的侧面腹板上设置观测标尺，用水平仪进行观测。水平仪架设在东、西岸上游一侧的山坡平台上，观测最远距离控制在100米以内，观测平台比拱肋“0”点标高低100cm左右，以便水平仪架设好后，可以坐在小凳子上进行观测，减少疲劳。标高标尺设置如下图所示：
（三）、观测仪器的设置
轴线观测采用1台全站仪，标高观测采用3台水准仪（其中Ⅰ接头1台，Ⅱ接头1台，顶节1台）。
（四）、拱肋的安装方法
1、安装前的准备
吊装前，须认真复测每条拱肋的拱座起拱线处的实际标高、跨径、拱肋的横向间隔、拱座斜面的斜度、平整度，超出拱座预埋钢板平面的混凝土要提前凿除，检查每根拱肋的实际梁长和几何尺寸以及拱肋接头等情况，拱箱上缘弦长宜小于计算弦长5mm左右，对超出拱箱接头预埋角钢平面的混凝土和水泥浆进行清除。
缆索系统安装完成后，须进行试吊。试吊的目的是检验吊装设施和机具的安全可靠性，包括：运转情况、缆索的受力状态及地锚的位移等情况，对试吊过程中暴露出来的问题进行全面、彻底的处理，确保今后拱肋安装过程中的质量和安全。
2、拱箱的安装顺序和方法
（1）、拱箱的安装顺序
从下游的第一肋开始往上游进行安装，每肋先安装东岸第Ⅰ、Ⅱ、节，然后安装西岸的第Ⅰ、Ⅱ、节，最后安装顶节合拢。
（2）、拱箱的安装方法
拱肋吊装节段首先用预制场门架吊运到缆索正下方位置上，然后用缆索起吊并向桥跨内进行牵引吊运，牵引过程中，注意观察前后跑车的连接索防止对拉，拱肋基本到达安装位置上空后，停止牵引，前、后吊点缓慢下松，当拱肋拱脚端标高基本达到起拱线处预埋角钢附近时停止吊点下松，用施工跑车协助挂上前后侧拉钢绳，通过侧拉、牵引、起重的相互配合，将拱肋拱脚端准确放在起拱线处预埋角钢上，并使其下口顶紧拱座，调整拱脚轴线正确后，下松后吊点，使后吊点与角钢同时受力，收Ⅰ组扣索到扣索稍微受力，收紧Ⅰ组上下游缆风，将Ⅰ节头轴线拉正，然后在拱肋Ⅰ节头设计标高的0～＋15cm范围内循环松吊点和收紧扣索，逐步将前后吊点的吊重全部转移到扣索，期间，注意持续观察Ⅰ节头轴线偏位，轴线偏位超过3cm时，用上下游缆风调正轴线，确认Ⅰ节头标高、轴线无误后，解除吊点，再用缆风调正轴线，用扣索调整标高，使Ⅰ节头标高比设计标高高8cm左右，并将上下游缆风对拉紧，确认Ⅰ节头轴线、标高无误后，夹紧缆风索保险索夹，打紧Ⅰ组扣索千斤顶保险夹片，Ⅰ节拱肋安装结束。接着进行东岸第Ⅱ节的安装，吊远就位同于第Ⅰ节，就位后用接头螺栓与第Ⅰ节端相接，再进行第II组扣索和第II组缆风的扣挂，分别进行缆风收紧和扣索收紧及放松前后吊点，注意观测I、Ⅱ节头标高和轴线偏位，接头螺栓不得受力过大，同时控制标高及轴线与设计偏差不得过大，经过多次反复松前后吊点和收紧扣索，将前后吊点吊重全部移交给扣索，然后解除前后吊点，再进行轴线调正，第Ⅱ节端头标高要求比原设计标高高12cm左右。
在安装好东岸I、II节拱肋后，再用相同方法安装西岸I、II节拱肋，最后进行顶节合拢。
顶节合拢安装为最关键的一环，必须高度重视，其方法是将拱箱节段吊运至安装位置附近，拴挂侧拉索后将拱箱节段侧拉至轴线位置，然后松前后吊点使拱箱下降到碰拢标高，分别将两岸I、II组扣索按比例放松到碰拢标高，然后按先松起重索，后松扣索的原则，使之碰拢。
碰拢后，在II接头处，先打入少许冲钉，拔正栓孔，在上、下缘穿入约1/3的螺栓（不上紧）。
先松前后吊点的起重索，使其受力减少10%左右，之后两岸同时按比例松I、II组扣索，使I、II组扣索受力也减少10%左右为一个循环，每循环结束后，观测I、II接头处的高程及轴线，以便及时修正，数次循环至起重索及扣索只保持其受力10-15%时，穿入I、II接头处的所有螺栓并上紧，检查接头位置是否有空隙，有空隙的地方打入加工好的钢板。
全部松完起重索和扣索，收紧锁定对拉的风缆，解除吊点和扣索。对每接头，按设计和工艺要求进行接头焊接，第一肋安装完成,接着安装第二肋，第二肋安装工艺与第一肋相同，第二肋成拱后，除接头焊接外，还要进行肋间的横向的联结焊接，焊接过程中注意保护好在拱肋上的扣索钢绞线，防止“碰火”烧坏钢绞线放生意外。
（五）、机械设备配置
结束语
无支架缆索吊是箱型拱桥中施工应用最广的一种施工方法，吊装过程中的关键控制是：成拱后的拱肋轴线偏位和各节头标高符合设计及规范要求，一旦拱肋轴线偏位和节头标高超出设计和规范要求过大时，桥梁就会产生重大的安全隐患，所以缆索吊装系统的组成及设计必须安全可靠，施工队伍必须具备丰富的施工经验。在本文介绍的施工工艺在某箱型拱桥施工中取得了很好的效果。在上述缆索吊装施工工艺中所阐述的几点意见，仅供参考。
参考文献
[1]《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》.JTJ025-86.
[2]《公路桥涵地基与基础设计规范》.JTGD63-2007.
[3]《公路桥涵施工技术规范》.JTG/TF50-2011.
[4]《路桥施工计算手册》.人民交通出版社.
[5]《公路工程施工安全技术规程》.JTJ076-95.
[6]《公路施工手册》-桥涵下册.人民交通出版社.
论文作者:黄绍鹏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/8
标签：标高论文; 轴线论文; 缆索论文; 安全系数论文; 拱桥论文; 千斤顶论文; 拉力论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;