永顺不二门大桥人行缆索桥及砼输送泵管索道方案分析

【摘 要】本文对处在峡谷中的高墩悬浇箱梁施工中的人员上桥及砼输送泵管索道的设置进行了说明。大桥的胜利通车也说明了这种施工方法解决了峡谷高墩浇筑砼难的问题。

【关键词】不二门大桥；人行缆索桥；砼输送泵管索道

1 工程概况

永顺县不二门大桥跨径布置采用46米+100米+160米+60米(预应力混凝土刚构-连续箱梁)，桥梁全长377.62米。主梁断面为单箱单室箱形截面。变截面箱梁梁底线型按1.7次抛物线变化，箱梁根部梁高为8.5m，跨中梁高为3 m，箱梁顶板全宽为12.8 m，底板宽度为6.8 m。主桥连续箱梁预应力采用三向预应力体系。

2 人行缆索桥的设置

因2号墩位于“V”形峡谷底部，墩身高75m，施工人员上、下2号墩是通过附着在墩身的脚手架楼梯。这给施工造成了很大的困难。这了解决这个问题，我们拟在东岸与2号墩之间搭设缆索桥，具体方案如下：

缆索桥设置在上游侧，桥宽2m。第一跨长115m是人行通道，第二跨长161.3m不设通道；底板索采用4φ24的钢丝绳间距90cm,中间放两根，扶手索采用2φ17.5间距180cm，此六根索共同受力。东岸锚固在1号墩后的地锚上，西岸锚固在3号墩承台后的砼地锚上。在2号墩墩顶设有索鞍，索鞍挂在预埋牛腿上。桥面采用满铺竹夹板。

3 缆索桥承载力计算

3.1 承重索荷载

承重索荷载：主索两岸等高，主索为平坡(即cosβ=1) 作用主索上均布荷载G由三部分组成。

3.1.1 悬索主索:g1=1.991×4≈ 8.0kg/m

3.1.2 竹架板:g2≈5kg/块×5块/m=25kg/m

3.1.3 人群（均布荷载10人）：g3=10人×62.5kg/人×1.2/115m=6kg/m

g总=g1+g2+ g3=8+25+6≈39kg/m

G=g总×L=39kg/m×115m≈4.49吨(L为悬索桥跨径115m)

3.1.4 人群集中荷载:P=5×62.5kg/人×1.2（冲击系数）=375kg=0.375T

表1人行缆索桥承重索参数对照表

项 目

用 途 承重索

型 号 6×Φ37+1

根数一直径(mm) Φ24

单位重量(kg/m) 199.1

面积(每根)(mm2) 210.87

抗拉强度(kg/mm2) 170

破断拉力(t) 29.35

钢丝直径(mm) 1

说 明

3.2 计算最不利情况跨中承重索的最大张力

经测量缆索桥的重载垂度为：3.6m,计算此时承重索的水平张力H：

根据公式：H=（g总×L2+2P×L)/(8×f)

=（39×1152+2×375×115）/8×3.6

=602025/28.8

=20903.6kg=20.9T

故相对垂度：f/L=3.6/115=0.0313＝1/31.9

安全系数的计算：k=29.35×4/20.9 =5.6(临时便桥安全系数原计划采用5)

钢丝绳(6×37+1)相应弹性模量为75600MPa

换算弹性模量为：E＝75600MPａ(由《公路桥梁施工计算手册》)

换算弹性模量：

Eη=L/∑L×E={115/（115+161.3）}×75600

=31465.8Mpa

arctanβ=(344.78-343.74)/115 得β= 0.520（标高由图查得）

K1=(Eη×Fcos2β)/24=Eη×F/24

=(31465.8×210.87×4×cos27.6)/24=1105837.4N=110.6T

3.3 索鞍处悬索弯曲应力

索鞍处悬索弯曲应力

此时以人群集中荷载位于索鞍前时应力最大，索鞍轮数n=3，X=10处的水平张力计算：

K2=3P(P+G)+G2=3×0.357×(0.357+4.49)+4.492＝25.35t2

A= K1×K2/H2-H=110.6×25.35/20.92-20.9 =-14.5(t)

K3=12PX（G+PX）=12×0.357×（4.49+ 0.357）=20.76t2

X×(L-X)=10×（115-10）＝1050 m2

C=K1×K3/L2＝（110.6×20.76）/1152＝0.17(t3/m2)

B=K1×G2=110.6×4.492=2230(t3)

B+C×(L-X)×X=2230+0.17×1050=2408.5(t3/m2)

代入张力方程：

HX3-14.5×HX2-2408.5=0

试算得：HX=20.4T

故：a2=7.60 (a2为索跨在索鞍靠3号墩的水平夹角)

索鞍处主索张力：T=20.4/Cos7.6=20.6ｔ

σ=T/F+ V/n×

=206000/(843.48)+（3570/3）×

=244+1190×0.0209＝244+24.8=269 N/mm2

应力安全系数：K=σmax/σ=1700/249= 6.8>［2］(可以满足索鞍处主索张力的要求）。

4 砼输送泵管索道的设置

因2号墩位于“V”形峡谷中，已浇筑的承台、立柱、0#块的砼是采用缆索吊进行浇筑的，其缺点是每次运送的方量较小，速度较慢，如果砼量较大则浇筑的时间很长，且夜间又不允许缆索吊施工，为了保证梁段砼的顺利完成，拟采用如下方案：

在缆索桥正上方设置2φ28的钢丝绳间距30cm，垂度为2.5m（缆索桥垂度3.6m）。钢丝绳分别锚固在缆索桥两岸的地锚上。为了保证缆索桥的安全，在缆索桥跨正中设置一万能杆件塔柱支撑人行缆索桥面及输送泵管索道。塔柱底采用3m×3m×1.5m的砼基础，塔柱设置八字风缆，缆风索采用φ24的钢丝绳。

5 砼输送泵管索道承重索的计算

经过计算承重索的安全系数为：k=3.44＞[3](可满足要求)

6 施工注意事项

6.1 由于采用索道支承输送管道，因此管道线型弯曲，对砼的泵送要求有所提高，要求在保证砼强度的同时增加砼的工作性能（可适当增加骨料中粗砂的含砂率、砼中呆可掺入适量的粉煤灰等）；

6.2 为防止索道对主墩墩顶产生不平衡水平力，需要控制好主墩两侧索道的水平夹角，并经常观测墩顶水平位移；

6.3 由于地处峡谷中，横向风力较大，当风力大于六级时应停止作业，人员下桥。

7 结束语

采用缆索桥及砼输送索道这两种方式基本解决了大桥施工过程中的人员上桥、输送管道上桥的问题，为山区峡谷中修建此类桥梁提供了一个参考。大桥在2010年11月29日胜利通车。

参考文献：

[1]《路桥施工计算手册》人民交通出版社，2001.5