“V”形峡谷2×35t/698m缆索吊机设计

摘要:新建铁路大瑞线大保段澜沧江特大桥为全长528.1m,主跨为342m上承式劲性骨架钢筋混凝土提篮拱桥,劲性骨架为钢管拱结构,采用二次竖转方案施工,用于拱肋吊装的主要起重设备缆索吊机吊重2×35t,主跨698m,大理岸塔高40m,瑞丽岸塔高16m。文章论述了缆索吊机塔架及后锚结构充分利用地形、地质条件,选择受力合理、经济、安全的结构形式的有效措施。

关键词:V形峡谷;提篮拱桥;缆索吊机;起重设备;拱肋吊装

中图分类号:U445文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)10-0032-04

一、工程概况

(一)桥梁结构简介

新建铁路大瑞线大保段澜沧江特大桥为全长528.1m,主跨为342m上承式劲性骨架钢筋混凝土提篮拱桥,矢高为82.4m,桥跨布置为32.75m(简支箱梁)+2×24.7m(简支箱梁)+32.7m(简支箱梁)+4×32.7m(连续箱梁)+102m(拱顶π型刚架梁)+4×32.7m(连续箱梁)+32.75m(简支箱梁)。澜沧江特大桥桥式布置形式如图1所示:

图1澜沧江特大桥桥式布置图

(二)地形地貌

澜沧江大桥地处云贵高原西缘,横断山脉南段的滇西纵谷地带,山体高耸挺拔,地势险峻,河谷深切,呈“V”形,为典型的高原构造剥蚀高中山峡谷地貌。

桥址处地面标高1175～2379m左右,相对高差约1204m,桥面距水面270多米,大理侧桥台位于澜沧江左岸博南山坡,坡角约60°,瑞丽侧桥台位于澜沧江左岸罗岷山陡崖之上,坡角约70°。

(三)劲性骨架钢管拱肋施工方案介绍

拱肋劲性骨架总重约4727.6t,全桥分2×24个散拼节段+1个合龙段,合计49个节段,节段拼装两岸对称进行。拱肋劲性骨架在工厂内制造,通过铁路、公路运输至桥址处,在桥址两岸顺着山体安装施工支架,利用缆索吊机在支架上拼装,拼装完成后安装二次竖转设备,设置牵引索,先将扳起转铰以上部分拱肋劲性骨架扳起,形成半跨拱肋劲性骨架,再向下竖转,合龙,完成拱肋劲性骨架的安装施工。

二、缆索吊机设计

(一)缆索吊机的用途

本桥缆索吊机主要用于吊装主跨钢管拱肋,拱肋共分2×24个散拼节段(上下游拱肋按1个节段计算)+1个合龙段,共49个节段。单根杆件最长11.4m,最大吊重12.5t,转轴底座重33.78t(离桥中心14m),为最大吊重构件。除此之外,缆索吊机还要作为上部结构混凝土施工时的吊装设备。

(二)缆索吊机简介

1.缆索吊机布置。为满足工程施工吊装需要缆索吊机额定起重量为2×35t,索跨布置为73m(大理岸左侧)/65m(大理岸右侧)+698m+13m(瑞丽岸),主跨垂度fmax=55.8m,垂跨比fmax/L=1/12.5。共布置2组主索,每组主索为4根Φ60(6×37S+IWR)的钢丝绳,每组主索上布置2台17.5t走行小车。大理岸塔架高40m,瑞丽岸塔架高16m,塔顶标高均为+1546.50m。大理岸后锚采用桩基承台结构,瑞丽岸后锚采用岩锚结构。缆索吊机布置如图2所示:

图2缆索吊机布置图

2.缆索吊机的结构组成。

(1)主索。主索是缆索吊机的主要承载结构,它是柔性构件,只承受拉力。本缆索吊机主索分两组,横桥向间距20m,每组主索采用4根Φ60(6×37S+IWR)公称抗拉强度1870MPa的钢丝绳。

(2)塔架及基础。由于桥址处地质条件较差,且两岸坡度较大,无法设置前缆风索,塔架在设计时将塔脚与基础形成固结体系,以承受竖向力和水平力。大理岸A塔架高40m,瑞丽岸B塔架高16m,塔架顶标高均为+1546.5m。横桥向宽24m,顺桥向A塔架塔顶宽4m,塔脚宽8m,B塔架宽2m。由于塔脚固结,A塔架顶水平力在塔脚处产生的弯矩较大,在 A塔架底部向上左侧立柱20m,右侧立柱10m范围内顺桥向加宽至8m,以抵抗弯矩产生的杆件轴向力。

大理岸塔架基础采用挖孔桩基础,桩基为4根直径1.8m的人工挖孔桩,桩长10m。基础承台尺寸为8.5m(横)×9.5m(顺)×2.5m(高)。

瑞丽岸塔架基础采用扩大基础,尺寸为6.0m(横)×4.0m(顺)×2.0m(高),基础通过42根锚杆锚固于岩体上,单根锚杆最小拉力大于8.5t,以抵抗塔架的倾覆力矩。

(3)后锚。根据桥址处的地形与地质条件,大理岸为桩基承台结构,瑞丽岸为岩锚结构。锚碇上埋设预埋件,用于锚固缆索吊机主索、牵引索、起重索、缆风索以及导向滑车。

大理岸侧A锚碇承台尺寸均为8.0m×8.0m×2.8m,基础为4根Φ1.8m的人工挖孔桩,桩间距4.5m,受地质情况的影响,左侧承台底标高为+1498.0m,桩长21m;右侧承台底标高为+1507.0m,桩长12m。由于左右两侧锚碇不在同-标高上,使得两侧主索对塔架产生的水平力也不相等,为了减小两侧锚碇对塔架产生的扭转力,根据计算分析,左侧承台到塔架的水平距离为73m,右侧承台到塔架的水平距离为65m。A锚碇结构构造如图3 :

图3A锚碇结构构造图

瑞丽岸侧B锚碇为岩锚结构,岩锚锚索为4组12根Φ15mm的高强低松弛钢绞线,锚索钻孔直径为Φ150mm,深度30.0m,锚固长度为8.0m,孔内灌注C50水泥浆。锚索通过承台预埋件固定缆索吊缆索系统,承台尺寸2.5m×3.5m×3.5m。由于桥位处地形条件限制,B锚碇的纵横向位置受到了极大的局限,通过调整结构受力来弥补这一局限。锚碇顺桥向位置只能设在距B塔架水平距离13m处,再往后即为岩体断裂带;B锚碇横桥向位置如果仍然布置在桥中线左右各10m,那么右侧锚碇已超过岩体悬崖边线,故将左右侧B锚碇横桥向位置布置在桥中线左右各8.0m处,并且还需将右侧B锚碇中锚索中心线与桥中线形成15度的夹角以避开岩体断裂带。由于锚碇横向距离(16m)与塔架立柱间距(20m)不同,不可避免地产生了工作索对塔架横梁附加轴力。B锚碇结构构造如图4所示。

(4)缆风索。缆风索是稳定结构物的一种临时措施,由于本缆索吊机塔架塔脚为固结,且主索的水平合力主要指向跨中方向,塔架向主跨跨中的弯矩比较大,为了抵消塔架部分弯矩,减小塔架杆件轴力,由于塔架向主跨跨中方向均为悬崖峭壁,无法设置前缆风索,因此两岸塔架仅设置了后缆风索。缆风索采用2-Φ32.5(6×37S+FC)的钢丝绳走2布置,大理岸左右侧缆风索张拉力分别为30.5t和25t,瑞丽岸缆风索张拉力为44t。

(5)起吊系统、牵引系统。起吊系统由起重索、滑车组、起重卷扬机等组成。起重索采用Φ22(6×37S+FC)的钢丝绳走8布置。起重滑车组由上挂架及5个定滑轮和下挂架及4个动滑轮组成。本缆索吊两岸各设2台8t起重卷扬机。

牵引系统由牵引索、单慢牵引卷扬机组成,牵引系统用来完成起重跑车的走行。大理岸牵引索采用Φ22(6×37S+FC)的钢丝绳,瑞丽岸牵引索采用Φ26(6×37S+FC)的钢丝绳。牵引索走2布置,两岸各两台15t牵引卷扬机,一侧主动牵引,另一侧被动牵引。

(6)索鞍、跑车。索鞍是放置于塔架顶供缆索(主索、起重索、牵引索)转向以及提供支承的结构。索鞍上所受的单位压力与钢丝绳的张力成正比,索鞍滑轮饼轮槽内径宜比钢丝绳直径大1～2mm,从而使钢丝绳紧贴滑轮饼槽面,减少磨损。每组主索上布置两个17.5t的跑车,本缆索吊机共四个。单个跑车在每根主索上有四个走形轮,共计16个走形轮,单个走形轮轮压0.78t。