王彬鹏 罗小斌
广西路桥工程集团有限公司
摘 要：以平南三桥缆索吊装系统(跨径布置509 m+601 m+512 m)为工程背景，从试吊配重方式的选择、试吊流程、试吊检测项目的检测方法等3个方面详细介绍了设计吊重220 t的试吊方案，并对实施后获得的试吊数据进行分析，得出试吊结论。另外，在试吊过程中对塔架智能纠偏技术的使用情况进行试验检测，得出了塔架偏位主动控制系统的作用效果和正确使用方法。
关键词：平南三桥;缆索吊装系统;试吊;设计;数据分析;智能纠偏;
缆索吊装系统作为一种施工简便、起吊承重大、技术先进的吊装技术被广泛应用于桥梁建设之中[1]。现有的拱桥拱肋和桥面梁多采用缆索吊装系统进行起吊安装，如主跨为530 m钢管混凝土拱桥的四川合江长江一桥[2]、主跨为450 m钢箱提篮拱桥的宁波明州大桥[3]、主跨为300 m钢箱拱桥的南宁大桥[4]等。另外，缆索吊装系统在悬索桥、斜拉桥的桥面梁安装上也有很好的应用，如主跨为628 m悬索桥的普立特大桥[5]、主跨为800 m斜拉桥的鸭池河特大桥[6]等。缆索吊装系统吊装的拱肋和桥面梁重量多为百吨级别，除了在设计上应计算准确外，在正式吊装前还需通过试吊，确认缆索吊装系统的运行状况及吊装能力。本文以跨径为575 m中承式CFST拱桥的平南三桥为工程背景，介绍平南三桥缆索吊装系统试吊方案，并对试吊的数据进行分析。
平南三桥位于广西贵港市平南县西江大桥上游6 km处，是广西荔浦～玉林高速公路平南北互通连接线跨越浔江的一座特大型桥梁。平南三桥主桥为主跨575 m中承式钢管混凝土拱桥，矢跨比为1/4,拱轴系数为1.50,其拱肋和桥面梁采用缆索吊装系统进行安装，最大吊重为215 t。缆索吊装系统跨径布置如图1所示，为509 m+601 m+512 m, 采用双主索道设计，单组主索道由8根ϕ50 mm密封钢丝绳组成，每条钢丝绳破断拉力总和为2 366 kN,设计吊重为2×110 t, 设计垂度为L/14。为控制吊装过程中塔架偏位，平南三桥应用智能纠偏技术，利用北斗测量系统实时监测塔顶偏位，在主地锚缆风索张拉端上安装智能千斤顶，智能千斤顶适时主动调力，实现对塔架偏位的智能控制，减小塔架偏位。
拱肋、格子梁的安装是保障平南三桥整个工程顺利完成的关键工序，缆索吊装系统安全是重中之重。为了更好地检验缆索吊装系统的安全性，应对验收后的缆索吊装系统进行试吊。试吊的目的主要有以下几个方面。
(1)检测吊装过程中塔架偏位控制情况和塔架智能纠偏技术的应用效果。
图1 缆索吊装系统布置示意
(2)检测吊装过程中跨中最大垂度是否与理论计算垂度相符。
(3)检测吊装过程中地锚位移量和安全稳定情况。
(4)检测吊装过程中拱座沉降量和安全稳定情况。
以缆索吊装系统设计吊重2×110 t为试吊基准重量，吊具采用200 t吊具(2组吊具),每组吊点设计吊重110 t。试吊按空载试验、动载试验、跨中静载试验进行检验。动载试验荷载为110%G(G=220 t,下同),跨中静载试验为125%G。因吊重大，为安全起见，动载试验荷载分55%G、82%G、110%G三级进行。试吊时主索鞍位于塔顶左侧(上游侧)。
最大配重荷载为125%G=275 t,需选择密度大且数量多的物体作为配重。配重物的选择通常有钢绞线、混凝土块、钢筋、拱肋节段这几类，六律邕江特大桥采用钢绞线加载，南宁大桥采用钢筋与桁架平台组合的形式加载[4],藏木雅鲁藏布江特大桥采用拱肋节段作为主要配重[7],巫山长江大桥采用钢筋配重[8]。经过安全性、经济性、可靠性、时间性的对比分析，最终确定以钢筋作为主要配重，加上少部分钢绞线，完成275 t的配重。钢筋采用成捆12 m长的ϕ28 mm钢筋，每30 t左右堆成一捆，采用钢丝绳进行绑扎，单组吊点配置4大捆约120 t,两组共240 t。钢绞线12捆，每捆约2.9 t,共34.8 t,用船运至跨中，用于静载试验。配重125%G的示意图如图2所示。
钢筋起吊过程中，应尽量使钢筋所受弯矩最小，因此需计算得出两钢筋钢绞线接触点的距离。接触点相当于铰接，受力图如图3所示，弯矩图如图4所示。当M+max=|M-max|时，钢筋所受最大弯矩最小。
图2 单组吊点配重示意
图3 钢筋受力示意
图4 钢筋弯矩示意
支撑点间距计算如式(1):
qL2×a2−qL28=|−q2(L−a2)2| (1)qL2×a2-qL28=|-q2(L-a2)2| (1)
计算得出a=0.586 L=0.586×12 m=7.032 m, 故钢筋挂点距端头2.5 m, 如图5所示。
图5 钢筋挂点位置示意
缆索吊装系统塔架、地锚、缆风索和卷扬机等构件安装完成并经检查合格后，即可进行跑车、卷扬机等设备的调试和空载试验，步骤如下。
运转、制动检测：在南岸操作台选择主控权限，在单动工况、两岸联动单动工况、两岸联动联动工况下测试每台卷扬机的运转方向、制动情况，北岸控制台采取同样的方式测试。
急停检测：运转、制动检测合格后，进行急停检测，在两岸联动联动工况，分别按下所有急停按钮，检查所有急停按钮是否有效。
检查操作人员实际操作、口令传达联系的情况，检查支索器的功能是否满足设计、使用要求。空载运行调试流程为：
①开动起重卷扬机，将吊钩起升至地面30 m以上；
②开动牵引卷扬机，将跑车在中跨范围以内来回牵引运动。
缆索吊装系统中各设备调试正常、空载运行正常后，可进入负载运行试验。55%G、82%G、110%G动载试验各进行一个完整的工作循环。一个工作循环为：从地面起升试验荷载至起升高度后，小车在工作范围内横移，然后回到荷载起升前的状态[9]。在进行110%G动载试验时，在跨中进行125%G静载试验。55%G和82%G动载试验流程如图6所示；110%G动载试验和125%G静载试验流程如图7所示。
图6 55%G和82%G动载试验流程示意
图7 110%G动载试验和125%G静载试验流程示意
检测塔架偏位主动控制系统时，在不同工况下开启塔架偏位主动控制系统，通过塔架偏位情况检测塔架智能纠偏技术实际应用效果。塔架偏位主动控制系统开启工况见表1。
表1 塔架偏位主动控制系统启动情况
工况 | 55%G动载试验 | 82%G动载试验 | 110%G动载试验 | 125%G | ||||
北→南 | 南→北 | 北→南 | 南→北 | 北→南 | 南→北 | |||
塔架偏位主动 | 南岸塔架 | 关 | 开 | 关 | 开 | 开 | 开 | 开 |
北岸塔架 | 关 | 关 | 开 | 关 | 开 | 开 | 开 | |
塔架标准节段共24层，于塔架第12层顶和塔顶处安装棱镜，棱镜布置示意图如图8所示。使用全站仪观测塔架偏位。
图8 塔架棱镜布置示意
上、下游主跑车上各布置1个反光棱镜，如图9所示。利用测量机器人监测试吊过程中主索的垂度。
于每岸主地锚背包上、下游处搭设钢管架，提前安装千分表并调零，如图10所示，便于观测主地锚位移。
图9 主跑车上棱镜布置示意
图10 主地锚百分表安装示意
在塔架基础(拱座)对角点布置沉降观测点，如图11所示，通过水准仪进行观测。
图11 塔架基础观测点布置示意
在两岸塔架第12层顶和塔顶处安装棱镜。塔顶自左向右布置监测点，依次为监测点A、B、C;塔架中间自左向右布置监测点，依次为监测点D、E。试吊时，主索鞍位于塔顶左侧(上游侧),靠近监测点A,以监测点A的偏位数据进行分析。规定塔架偏移量偏往边跨为“+”,偏往中跨为“-”。
南岸塔架偏位情况如图12所示；北岸塔架偏位情况如图13所示。塔顶的最大偏位均满足规范要求不大于塔高(200 m)的1/400的要求。但是，根据以往的工程记录，采用吊扣合一式塔架，在起吊拱肋过程中，塔顶位移达到20 cm以上时，将对拱肋线形产生较大影响[10],在施工过程中需尽可能控制塔架偏位。根据塔架偏位主动控制系统开启工况以及南北岸塔架的偏位情况，可得出以下结论：一是塔架偏位主动控制系统可实现塔架纠偏，纠偏仅能纠正塔架向中跨方向的偏位，无法纠正塔架向边跨方向的偏移；二是塔架偏位主动控制系统开启时机对纠偏效果影响很大，起吊前开启的纠偏效果显著，起吊后再开启的纠偏效果小；三是吊点靠近塔架时，塔架向边跨偏移，越靠近塔架偏移量越大，吊点在跨中区域时，塔架向中跨偏移，越靠近跨中偏移量越大；四是纠偏系统对塔架向中跨偏移的纠偏效果好，在进行110%G动载试验中，在起吊前开启的纠偏系统，塔架向中跨偏移量最大为85 mm, 在进行82%G动载试验中，未开启纠偏系统，塔架向中跨偏移量最大为290 mm。
图12 南岸塔架偏位
试吊过程中利用测量机器人监测主索垂度，对吊点在跨中时的数据进行分析，结果见表2。试验时，55%G、82%G、110%G动载试验时间跨度均是上午由北岸牵引至南岸，下午由南岸牵引至北岸。受气温及太阳照射影响，下午主索温度比上午高。在相同工况下，上午(实测A)与下午(实测B)的实测垂度不同，最大差值是在82%G动载试验时，为0.52 m。在各工况下，跨中实测垂度与理论计算垂度的差值最大为-0.977 m, 在可控范围内，满足设计要求。
图13 北岸塔架偏位
表2 主索跨中垂度数据分析
工况 | 55%G | 82%G | 110%G | 125%G | |
主索 | 理论计算垂度 | 36.167 | 39.419 | 41.697 | 42.863 |
实测A:北岸→南岸 | 35.19 | 38.88 | 41.25 | - | |
差值=实测A-理论 | -0.977 | -0.539 | -0.447 | - | |
实测B:南岸→北岸 | 35.26 | 39.40 | 41.57 | 42.37 | |
差值=实测B-理论 | -0.907 | -0.019 | -0.127 | -0.493 | |
南、北岸主地锚位移情况如图14和图15所示，南岸岸主地锚最大位移为0.598 mm, 北岸主地锚最大位移为0.158 mm, 主地锚位移数值均在可控范围内。
图14 南岸主地锚位移
塔架基础观测数据显示，南岸塔架基础沉降基本在1 mm以内，北岸塔架基础沉降最大值为1.3 mm。塔架基础稳固，几乎不发生沉降，塔架基础安全。
图15 北岸主地锚位移
经过试吊工作，对平南三桥缆索吊装系统总结如下。
(1)塔架偏位主动控制系统可实现塔架纠偏，纠偏仅能纠正塔架向中跨方向的偏位，无法纠正塔架向边跨方向的偏移，且起吊前开启的纠偏效果显著，起吊后再开启的纠偏效果小，在进行110%G动载试验中，在起吊前开启纠偏系统，塔架向中跨偏移量最大为85 mm, 向边跨偏移量最大为160 mm, 均小于200 mm, 满足吊装要求。
(2)在各工况下，跨中实测垂度与理论计算垂度的差值最大为-0.977 m, 在可控范围内，满足吊装要求。
(3)南、北岸主地锚最大位移梁为0.598 mm, 地锚安全稳定，满足吊装要求。
(4)南、北岸塔架基础沉降最大值为1.3 mm, 塔架基础稳固，几乎不发生沉降，塔架基础安全，满足吊装要求。
综上所述，平南三桥缆索吊装系统具备正式吊装施工的能力。
平南三桥利用粗钢筋绑扎成捆作为配重物进行缆索吊装系统试吊，通过空载试验、55%G、82%G、110%G动载试验和125%G静载试验，检验了缆索吊装系统的工作能力，同时检测了塔架智能纠偏技术在实际应用中的效果，并根据得出的结论指导后续吊装作业。平南三桥拱肋于2019年10月12日开始安装，2020年1月10日完成合龙，历时91 d, 整个过程顺利。缆索吊装系统吊装过程中最大吊重5号拱肋节段(重215 t)也已顺利完成，也验证了试吊结论的正确性。平南三桥缆索吊装系统试吊方案便于实施，易达到试吊目的，可为同类工程提供有益借鉴。
[1] 吴焘，卢剑.缆索吊装系统在大型桥梁施工中的应用[J].交通世界，2017,(32):129-130.
[2] 秦大燕，冯智，陈光辉，等.合江长江一桥缆索吊机设计[J].公路，2013,(3):62-65.
[3] 彭成明，陈富强，陈鸣.宁波明州大桥400t缆索吊机设计与施工[J].中外公路，2011,31(5):167-170.
[4] 林祥.南宁大桥4×110t缆索吊装系统荷载试运行方案与实践[J].科技资讯，2014,(35):36.
[5] 徐天辉，段妙奇.普立特大桥缆索吊机结构设计与施工[J].江西建材，2016,(5):218-219.
[6] 于祥敏，陈德伟.贵黔高速鸭池河特大桥缆索吊机荷载试验研究[J].世界桥梁，2017,(6):50-54.
[7] 冯朝军，周文，朱志钢.新建拉林铁路藏木雅鲁藏布江特大桥缆索吊机设计与施工[J].施工技术，2019,(5):9-14.
[8] 张佐安.巫山长江大桥钢管拱肋安装用缆索吊装系统的设计与施工[D].长沙：长沙理工大学，2008.
[9] GB/T 28756-2012 缆索起重机[S].
[10] 杨占峰，韩玉.吊扣合一高塔架与塔顶位移主动控制技术应用[J].公路，2020,(4):171-175.
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