邓玉平
(中铁大桥局设计分公司,湖北 武汉 430050)
摘 要:成贵铁路鸭池河特大桥主桥为436m中承式钢-混结合提篮式拱桥,本桥采用缆索吊机吊装拱肋节段,对缆索吊机方案从安全性、经济性、施工难易程度等多方面进行技术经济比选,最终确定适用于本桥主拱施工的缆索吊机方案。
关键词:鸭池河大桥;提篮式拱桥;缆索吊机;方案比选
成贵铁路鸭池河特大桥主桥为436m中承式钢-混结合提篮式拱桥,地理位置为为典型的喀斯特高原、峡谷地貌类型。峡谷地区(鸭池河河谷)基本为陡峻的斜坡及峭壁地形,拱顶距离谷底约270m(见图1)。
图1 成贵铁路鸭池河特大桥总布置图
拱肋为钢—混凝土组合结构,全桥共两片拱肋,提篮式布置,拱顶处拱肋中心距为15m,拱脚处拱肋中心距为33.6m。拱肋与铅垂面的夹角均为4.62°。每片拱肋均由两片中心距为4.2m的钢桁拱及其之间的横向联接系组成。拱肋钢结构材质为Q370qE,外包混凝土采用C60高性能混凝土。拱肋外包混凝土段上、下弦杆截面为H型截面,钢混结部分上、下弦杆截面为箱型截面。
总体施工方案是采用缆索吊分段吊装拱肋节段,安装横撑,拱肋合龙后再进行外包混凝土施工。拱肋采用工厂制造、单元件运输、拱肋拼装场内组拼成节段、现场缆索吊机直接起吊安装。为保证质量,拱肋采用工厂预制杆件,在现场组拼成节段吊装。拱肋节段最重约212t,尺寸最大约34m×13m×5m。拱肋节段设计位置存在竖向、水平向、横向三方向倾角,空间位置和角度复杂,拱肋节段布置和空间断面位置(见图2)。
由于山区地形条件的限制,无法采用支架法、浮吊安装等常规的施工方案,缆索吊机作为一种同时具备起吊和走行能力的起重设备,为拱桥施工吊装提供了一种优质高效的解决方案[1]。本桥利用缆索吊机进行吊装施工,其主要是用于吊装拱肋节段,同时也负责横向连接系、拱脚K撑、拱肋外包混凝土、拱上立柱及主梁施工的吊装工作。鸭池河大桥拱肋架设采用斜拉扣挂法施工,缆塔铰接立于扣塔顶,成都侧扣塔安置于10#主墩承台上;贵阳侧扣塔安置于距11#主墩承台上。根据现场实际情况布置前后锚碇的位置,缆索吊机的立面布置(见图3)。
图2 鸭池河大桥主桥拱肋布置图
鸭池河大桥拱肋为提篮式,拱肋在拱顶处中心距为15m,拱脚处中心距为33.6m,缆索吊横向范围需覆盖整个拱肋位置,拱肋节段最重约212t,缆索吊机采用上下游两组主索同时起吊拱肋,缆索吊机设计钩下荷载为250t。针对本桥提篮式拱肋的吊装,缆索吊机对索鞍横移方案和不横移方案做了分析和对比。
图3 鸭池河大桥缆索吊机立面布置图
2.1 索鞍不横移方案
本方案中上下游两索鞍之间间距为36m,拱肋吊装时索鞍固定,主缆锚碇设置在横向距桥轴线18~33m位置,在起吊平台上调整好拱肋节段的横向位置以及内倾角度,上下游两组主索同时起吊,纵移至拱肋待安装位置(见图4)。
图4 索鞍不横移方案缆索吊平面布置图
(1)缆塔。缆塔由塔柱、横撑及横梁组成,其中塔柱、横撑及连接系均采用钢管结构,横梁采用钢箱梁,索鞍固定于塔柱上方的横梁上。缆塔结构(见图5)。
(2)缆索系统。缆索系统中单组主缆采用2-12
(3)吊装系统。扁担梁跨度36m,采用空间桁架结构。吊索采用φ56钢丝绳。通过前后天后天车起重索长度调整纵向角度,倒链张拉调整拱肋横向内倾角(见图6)。
(4)机械设备。本方案中需要150t天车4台、15t起重卷扬机8台,22t的摩擦式牵引卷扬机8台。
2.2 索鞍横移方案
本方案中上下游两索鞍之间间距为5m,在吊重拱肋时索鞍之间固定,同步横移,主缆锚碇设置在桥轴线上,锚碇中心距5m则当索鞍不横移时,整个主缆平行布置。主索最大横移范围自桥中线向上、下游各15.5m。先将拱肋节段在起吊平台上移动至横向设计位置处,然后将缆塔顶索鞍横移至待安装拱肋上方,在平台上调整好纵向角度及横向内倾角,上下游两组主索同时起吊纵移至拱肋待安装位置(见图7)。
(1)缆塔。缆塔由塔柱、斜撑及横梁组成,其中塔柱、斜撑及之间连接系均采用钢管结构,横梁采用焊接大箱梁结构,横梁顶设置滑道,索鞍初始位于缆塔横梁中间,可在上下游各15.5m的范围内横移(见图8)。
图5 索鞍不横移方案缆索吊缆塔布置图
(2)缆索系统。缆索系统中单组主缆采用2-12
(3)吊装系统。扁担梁跨度5m,采用焊接箱梁结构。吊索采用φ56钢丝绳。通过前后天后天车起重索长度调整纵向角度,倒链张拉调整拱肋横向内倾角(见图9)。
(4)索鞍横移系统。索鞍横移分带载横移和不带载横移,带载横移需要横移力大,而且横移过程中风险较大,从安全方面来考虑在本方案中采用相对风险小的空载横移。索鞍的横移可采用卷扬机、连续千斤顶及长行程千斤顶。其中长行程千斤顶稳定可靠,而且能有效的控制索鞍横移的同步性,故本方案中采用的是200t长行程千斤顶进行横移,单次横移距离为1m。缆塔横梁上设置有间距500mm的销孔,用于横移过程中索鞍横移临时固定及横移到位吊装的横向限位。
图6 索鞍不横移方案缆索吊吊装系统布置图
图7 索鞍横移方案缆索吊平面布置图
(5)机械设备。本方案中需要100t天车4台、15t起重卷扬机4台,22t的摩擦式牵引卷扬机8台。8台150t长行程千斤顶。
2.3 分析及对比
(1)不横移方案。本方案缆塔结构简单;拱肋直接起吊,操作简单。但因拱肋需在扁担梁上实现横向定位,扁担梁跨度大,故需要设计成空间桁架式结构,导致其重量较大;吊装一侧拱肋时,两组主缆受力不均,单组受力较大,故主缆需要更多的钢丝绳或者特种密封钢丝绳才能满足要求。单侧主缆吊重大,则对应的起重和牵引力都将增大,需要增加起重索和牵引索的走线方可满足要求,导致运行效率低下;同时,由于单侧起重量大,主拱肋节段吊装需要150t天车共4台,此类设备需要定制,造价高。
(2)横移方案。本方案通过索鞍横移,直接在拱肋横向设计位置处起吊,吊装扁担设计轻巧,可充分利用两组主索共同受力,主索、起重索及牵引索受力均较不横移方案中小。结构安全风险较小;缆索系统工程量少;机械等均可利用常规设备;两索鞍在拱肋吊装完成后可拆开独立横移,更方便适用于后期的吊装施工。但其缆塔结构较复杂;每次吊装拱肋节段时,需要对索鞍进行横移,操作较复杂;需要增加横移设备。具体对比分析(见表1)。
图8 索鞍横移方案缆索吊缆塔布置图
图9 索鞍横移方案缆索吊吊装系统布置图
表1 两种缆索吊机方案技术经济对比表
项目 不横移方案 横移方案普绳:476.4t(既有);钢结构1455.6t;4台100t天车(既有);8台150t千斤顶安全性 结构受力可满足要求 结构受力可满足要求经济性普绳:640.5t(新购);钢结构1216.8t;4台150t天车(新研制)施工难易性 工艺成熟,直接起吊,施工方便施工风险 上下游主索受力不均匀,高差大,施工风险大 上下游主索受力均匀,施工风险较小工艺成熟,每次吊重均需横移索鞍,技术含量高
从安全、经济性和施工难易性等方面进行综合考虑,横移方案均占优势,故本桥缆索吊机最后按照横移方案实施。
结合鸭池河特大桥主拱的自身特点,通过对鸭池河桥缆索吊机方案进行技术经济比选,最终选定本桥缆索吊机系统的实施方案采用索鞍横移方案。事实证明横移方案在后期实施过程中取得了很好的效果,目前鸭池河大桥拱肋已经顺利吊装合龙。
参考文献:
[1]董传洲,冯仲仁.重庆巫山大宁河桥165t缆索吊机设计[J].交通科技,2013,(1):42-45.
中图分类号:U448.22+2
文献标志码:A
文章编号:2096-2789(2017)02-0010-04
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