跨河悬索便桥施工技术

【摘要】本文对金城江五桥采用悬索桥作为跨河便桥施工的关键技术进行了介绍和总结，为类似工程提供一定的指导和借鉴。

【关键词】悬索便桥施工

中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：

1、工程概况

河池市新进城道路金城江五桥为上承式钢筋混凝土拱桥，跨越龙江河，河面跨宽度100m，水深20m，为通航河道。两岸河堤距水面高度约为15m，主要施工场地及驻地设在东岸，东岸距西岸需要绕行10km。施工阶段为了便于两岸间人员通行、零星材料转运及混凝土泵送，修建一座临时的悬索便桥。便桥跨度为120m，两岸的基础面标高相同，基本与原地面持平。

2、施工方案

2.1主要技术参数及要求

1）悬索便桥承重索采用现有钢丝绳，直径φ=30mm，长度1000m，公称抗拉强度σb=1670MPa，结构为6×37s+FC，其它参数为：单位长度重量q=3.42kg/m，截面积Fk=341mm2，破断拉力∑S=495kN，弹性模量Ek=100000MPa，8股钢丝绳处在同一水平面上，间距为0.6m，初安装垂度为0.58m，初安装张力每根绳为106kN。采用整根绕穿完应力调整后单股锁定。

2）便桥跨径L=120m。

3）便桥每次通过人数最多为10人，行人重量：10×100kg/人=1000kg=10kN。

4）步行板采用竹串片脚手板，厚度为50mm，板长为2.0m，根据建筑施工手册中取值为0.35kN/m2，换算为线荷载为0.7kN/m，与承重索用铁丝联结成桥面。

5）混凝土泵管（含混凝土）取0.4kN/m。

6）扶手钢丝绳采用Φ30钢丝绳，每侧一根，距桥面高度为1.4m，通过两岸基础预埋的槽钢立柱转向后锚于地锚上，槽钢立柱设一根Φ20背拉钢丝绳锚于地锚上，扶手钢丝绳与外侧主缆用棕缆绳进行八字形联接，并挂满密目安全网。

7）便桥中部防晃缆风绳采用Φ10钢丝绳，每侧各两根与主桥的水平夹角为30°，竖直夹角不大于15°，固定在两岸的钢轨桩上。

8）每个基础预埋4根缆桩，缆桩采用2[20槽钢加工而成，每组间距为0.6m，与水平面夹角为27°。

悬索便桥结构如图1、2、3所示。

图1跨河便桥施工示意图

图2跨河便桥缆桩结构示意图

图3跨河便桥地锚结构示图

2.3结构检算

1）计算主索单位重和破断力：

主索单位重：q=8×3.42kg/m=27.36kg/m=0.27kN/m

钢丝绳总破断力：Tn=8×495=3960kN

2）主索最大张力和强度验算：

取安全系数K=3，则主索最大拉力Tmax=Tn/K=3960/3=1320kN

取主索承载后的张力H≈Tmax

在自重、桥面板、砼输送管荷载和行人集中荷载（按作用在跨中计算）共同作用下跨中最大垂度fmax=qL2/（8H）+QL/（4H）

=（0.7+0.27+0.4）×1202÷（8×1320）+（10×120）÷（4×1320）

=2.1m

3）安装初张力H0和初始安装垂度f0计算

安装初始张力H0按下式计算：

H03+H02｛EkF/（24H2）×［3Q（Q+G）+G2］-H｝-G2EkF/24=0

式中：Q―总荷载，10+（0.7+0.4）×120=142KN；

H―主索承载后的张力，1320kN；

G―主索自重，G=0.27×120=32.4kN；

EK―弹性模量，100000MPa；

F―截面积，8×341=2728mm2。

将数据代入式中得：

H03-828.5H02-11932622=0

解得：H0=845kN

初始安装垂度f0=qL2/（8H0）=（0.27×1202）÷（8×845）=0.58m

4）主索接触应力检算

组成主索钢丝的直径d=1mm，施工中选用直径D=300mm的转向轮。

则主索接触应力安全系数：

K=[σ]/σ触=[σ] /（T/F+Ekd/D）

=1670÷[（1320×103）÷（8×341）+100000×1÷300]=2.04＞2（可）

可见选用直径300mm的转向轮，主索接触应力安全系数为2.04，大于安全系数K=2。

5）重力式锚碇倾覆稳定性验算

砼锚碇容重取24kN/m3。

M稳=3.5×5×3.5×24×2.25-1×2.5×3.5×24×1.25=3045kN.m

M倾=1320×cos27°×2.5÷2=1470kN.m

K=M稳/M倾=3045÷1470=2.07＞1.4（可）

6）上拔力安全系数：

Kv=P/VT

=（3.5×5×3.5×24－1×2.5×3.5×24）÷（1320×Sin27°）=2.1＞2（可）

7）抗滑稳定性验算

锚碇处土体重力密度为γ=18kN／m3，φ=30°，锚碇与土的摩擦系数为0.4。

则被动土压力：P土=γHtg2（45°+φ/2）

=18×4×tg2（45°+30°/2）=216kN/m2

EP=1/2×4×216×3.5=1512kN

Hf=（P－VT）×0.4

=（3.5×5×3.5×24-1×2.5×3.5×24－1320×Sin27°）×0.4=264kN

KH=（EP+Hf）/HT

=（1512+264）/（1320×cos27°）=1.51＞1.4（可）

8）绳卡计算

采用Y9-28骑马式绳卡，所需绳卡数量计算如下。

n=2.5P/T=2.5×［（1320/8）÷（2×34.3）］=6.01取7个

绳卡间距为300mm

2.4主要施工工艺

2.4.1地锚及缆桩施工

两岸地锚处的地质较好，开挖时采用机械开挖，人工修整的办法进行，前端尽量垂直开挖，混凝土采用满槽灌注。

缆桩采用在工厂加工好运至现场，预埋时采用型钢支架支撑，先单根放置定位，然后焊长联板，桩与桩间要求平行布置，间距按施工设计图纸定位，偏差不超过±10mm，倾角为与垂直方向夹角安装偏差不超过±1°。

缆桩预埋定位时，加可靠连接措施，以免混凝土振动时移位。

缆桩预埋完成后在外露部分刷涂防锈漆并编上编号。

2.4.2临时牵引系统的安装

临时牵引采用直径φ=20mm，结构6×19s+FC钢丝绳，长180m。在东西岸各安装一台5t卷扬机，钢丝绳过河采用先小绳后大绳的办法，利用小绳牵引大绳过河。先用小船牵引一根麻绳过河，在东岸将临时牵引绳从索盘中放出，将其端头与麻绳联接好后，通过东岸支墩的转向滑轮牵引至西岸，通过西岸支墩转向滑轮后将一端头卷入西岸的卷扬机上，并不断卷入索绳，至东岸端头从索盘上脱落后，将其端头卷入东岸的卷扬机上。然后东西两岸的卷扬机协同操作，西岸的卷扬机松绳，东岸的卷扬机不断卷入，直至东岸卷扬机卷入钢丝绳长度大于150m即可。

2.4.3主索的安装及挠度检测、调整

主索安装是整个索吊系统安装的着重工序。主索的安装过程如下：

将东岸主缆钢丝绳端头放出穿过第一个缆桩转轮后并引至支墩处与临时牵引绳用绳卡联接紧固后开始进行牵引，牵引时东西两岸的卷扬机协同操作，东岸的卷扬机松绳，西岸的卷扬机不断卷入，直至把主缆绳头牵引至西岸，临时固定后采用同样办法继续牵引，直至东岸主缆的绳头位于缆桩处，绕过转轮后把绳头与缆桩进行锁定。然后把西岸的绳头穿过西岸对应的缆桩转轮与牵引绳再次联接采用同样办法往东岸牵引，如此反复操作，直至8股钢丝绳全部穿完。

主缆拉紧调整采用20t手动葫芦来进行，用全站仪随时监测其跨中下垂度，安装时误差允许为±3cm。所有的8根主索安装后其下垂度应一致。调整完成后通过缆桩上的固定索对主缆用绳卡进行单股锁定。并用油漆划线，以便观察受力时夹头内钢丝绳有无滑移。

2.4.4桥面安装

脚手板铺设采用从两岸往中间靠拢的办法进行铺设，每铺一块即用铁丝固定一块，在铺设脚手板的进程中，及时拉设两岸缆风以免晃动或扭翻。在铺桥面的同时用棕缆绳把扶手索与桥面进行联接，并挂设密目安全网。最后铺设混凝土泵管，并与桥面进行固定。至此便桥安装全部完成。

2.4.5全桥调整、实验

为了验证便桥的安全性，在便桥中部通过滑轮组及设在岸上的卷扬机进行试吊重物。重物租用船只运至桥底，重量取设计总的外部荷载的1.2倍，按集中荷载布置（偏于安全）。通过持荷实验并对便桥各部件的观察未发现异常，实际垂度大于设计的2.1m，分析认为是非弹性变形及加载方式所致。通过验证后认为便桥可以交付使用。

2.4.6便桥使用

在使用过程中派专人每天对便桥的各部件进行观察、限制上桥荷载、并注意关注天气情况，在洪汛期间，随时与水文部门联系，必要的时候拆除便桥。

3结束语

目前金城江五桥已经建成通车，便桥的使用时间达到1年半，跨越两次洪汛期，通过平时对便桥的严格管理，在使用过程中便桥的状态均处于可控的安全状态，为主体的施工做出了应有的贡献，可为类似的施工提供参考、借鉴。

参考文献

[1]《路桥施工计算手册》人民交通出版社

[2]《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）

[3]《起重吊装常用数据手册》人民交通出版社