项目成果简介悬索桥钢桁架加劲梁大跨度缆索吊吊装及桥面系施工技术.doc

沪蓉西高速公路四渡河特大桥项目成果简介
――悬索桥钢桁架加劲梁大跨度缆索吊吊装及
桥面系施工技术

一、项目简介
悬索桥桥面系的加劲梁通常采用的结构类型为：钢桁架梁和扁平流线型闭合截面箱梁。世界上早期修建的悬索桥的加劲梁，不论跨径长短，均以采用钢桁架梁为主，个别中小跨悬索桥有采用钢板梁，但是钢板梁因其抗风性能极差，已不再用于大跨悬索桥。
四渡河特大桥横跨一个宽度为900m的“V”型山谷，山谷底至主塔承台处的高差达到了500米左右，两岸坡度均在70～90°之间，地形陡峻，场地狭窄，交通闭塞，给悬索桥钢桁架加劲梁的吊装带来了极大难题。当前国外内江河上大跨度悬索桥加劲梁，通常采用缆载吊机进行吊装施工。
对于四渡河特大桥钢桁架梁的吊装，缆载吊机架设法：因缆载吊机不能带载在主缆上行走，只能定点进行垂直起吊，因此不适合山区粱段从两塔侧起吊后再纵向移动的需要，不满足本工程需要；桥面架桥机架设法：采用从两塔位置向跨中的顺序进行架设钢梁，使得线形不易控制，对主体线形影响较大，因架桥机吊重限制，不能整体吊装梁段，粱段只能分拆成杆件或单元，施工效率极底，同样不能满足工程建设需要。缆索吊机架设法：缆索吊起吊重物后可以沿中跨全跨范围内进行移动，起吊点位置不受限制，其架设速度极快、成本低，成为了山区悬索桥钢桁架加劲梁吊装首选方案。
悬索桥钢桁架加劲梁桥面系由桁架加劲梁、桥面板、桥面铺装等部分组成，钢桁架梁重量占其中1/3左右，其余部分重量占2/3。对于钢桁架加劲梁桥面系来说， 桁架加劲梁吊装完成后，剩余的2/3恒载按何种方式进行加载，以确保施工进度和良好控制好主缆线形、梁面标高和吊索应力等施工质量。针对西部山区大跨径悬索桥将越来越多采用桁架加劲梁的趋势，但是缺乏一套系统完整的施工经验。
二、技术特点及创新点
㈠钢桁架加劲梁大跨度缆索吊吊装技术研究
⒈技术特征
缆索吊最初被称为无支架吊装，是我国70年代在大江大河上安装拱桥节段独创的一种架设方法。由于在江河中无需搭设支架，后来得以广泛应用。90年代末及21世纪初，随着大跨径悬索桥在我国大量兴起，而缆索吊起吊重物后可以沿中跨全跨范围内进行移动，起吊点位置不受地形条件制约，其架设速度极快、投资省，成为钢桁架加劲梁悬索桥架梁的可行方案。
(1)采用两组多根高强度钢丝绳作为承重结构，起吊重物后可以沿中跨全跨范围内进行移动，起吊点位置不受地形条件制约，突破场地障碍。
(2)缆索吊塔支架采取塔上矮塔的方案，充分利用悬索桥刚强的索塔这一有利主体结构，极大地降低成本。
(3)山区桥址两岸一般具有良好的基岩，简化了锚固系统的设计，缆索吊后锚体系采用 “岩锚+锚墙”复合结构，是一种主动承载体系，能充分调动深层岩体的自承能力，同时也对围岩体起到了预加固作用，改善了岩体的力学性质。该种承载结构具有造价低，施工方便，对周围环境影响小，承载可靠等特点，充分发挥了预应力岩锚轴向刚度的优势。
⒉主要技术指标
起吊能力：缆索吊机设计起吊能力为160T，吊装跨度900m。
起吊速度：一天吊装1～2段梁。
安全、高效、环保。
⒊主要创新点
依托湖北四渡河大跨度悬索桥工程，在千米宽、五百米深的V形峡谷复杂地形条件下，钢桁架加劲梁采用大跨度缆索吊技术进行吊装施工，创新点如下：
①在山区狭窄的场地条件下，创造性提出缆索吊后锚体系采用 “岩锚+锚墙”复合结构，结构安全可靠，相对于庞大的重力式地锚，其经济效益是非常明显。
②为了克服缆索吊每组各根承重绳垂度不一致引起的受力不均衡，本桥缆索吊系统做了如下的改进和创新：在地锚处设置多组转向轮，承重绳绕过转向轮后绳与绳之间对接起来，所有承重绳形成一个串联结构，承重绳的不均衡力通过转向轮转动使垂度不一致的承重绳调整成标高基本一致，承重绳受力均衡。
③本研究提出销接式热铸锚进行新旧钢绳接长，提高悬索桥粗径钢丝绳的重复使用率，减少浪费，节约成本。
㈡钢桁架加劲梁桥面系施工技术研究
⒈技术特征
钢桁架加劲梁吊装到位后，先进行加劲梁节段间铰接，然后采用汽车吊桥面板铺设，接着将桥面荷载预先等量施加，再进行全桥桁架梁段间刚接，最后对称拆除桥面等量荷载和进行桥面铺装施工。
在大量桥面板铺设过程，采取先从两塔向跨中铺设一个通道，再从跨中向两塔满铺桥面板工艺，桁架梁的线形跨中处向上拱再慢慢恢复，在此过程中下弦杆接头呈现先靠拢后张开的状态。桁架梁下弦杆需要设成自由状态，适应其变化。
⒉主要技术指标
施工速度快：每天全桥安装120块桥面板。
通道桥面板数量不超过横桥全断面桥面板数量的1/3，同时通道宽度不宜小于7m。
加劲梁上形成通道的桥面板在每个节段的数量不宜过多，总重量不得超过加劲梁的节段重量1/2。
⒊主要创新点
(1)桁架加劲梁节段接头联结采用“上弦铰接、下弦自由”既利节点板的次应力控制，又便于施工。上弦接头处接近于一个铰，节点板处应力接近于零，不会产生较大的附加应力，设计上不需要通过加厚弦杆净截面和增加高强螺栓来抵抗产生的附加应力。
(2)桁架加劲梁加载方式采用 “先铺板、后刚接”工艺更利于工程质量、工期方面控制。
(3)桥面板铺设采取从两塔向跨中铺设一条通道，通道合拢后，利用运输车配合汽车吊，从跨中向两岸全断面对称满铺剩余的桥面板。极大的提高施工效率，减小高空作业风险。
(4)在整桥刚结之前，通过采用颗粒均匀的材料等量代换桥面铺装，将桥面铺装荷载预先施加上去，再刚结，最后浇筑桥面铺装。
三、推广应用情况
1、缆索吊吊装技术
缆索吊根据研究成果实施以后，并于2007年12月31日试吊成功以后，缆索吊2008年年中投入正常的钢桁架梁吊装工作，在2008年9月11日全部成功起吊了全桥71节段桁架梁，缆索吊系统运行情况非常良好。扣除梁段杆件厂家供应影响，实际有效起吊时间为71天。
缆索吊作为一项比较成熟的吊装工艺，以前只在小跨径小吨位和小跨径大吨位桥型中应用，比如在拱桥和跨径比较小的悬索桥中有所应用。在本课题大跨径大吨位吊装(设计起吊能力为160T、吊装跨度900m)尚属首次。
本课题在以前工艺基础上，着重研究缆索吊承重索的连接方式、地锚系统构造等关键技术，使缆索吊技术向大跨度发展，更加具体、可行。
悬索桥加劲梁大跨度缆索吊施工技术研究，通过如下的技术途径分析：确定缆索吊最佳矢跨比→进行有限元分析后锚体系和塔支架体系→分不同的工况进行试吊试验→现场投入使用，并检验计算分析→总结提高。四渡河特大桥900m跨径吊重在100吨以上的缆索吊成功应用，充分表明悬索桥缆索吊利用大桥本身强大的索塔结构，采用预应力岩锚＋锚墙的后锚体系减小投资，因其本身快速高效，在1200m跨径以内悬索桥桁架梁吊装首选方案。
2、桥面系施工技术
采用“先铰接、再铺板、后刚接”技术进行施工钢桁架加劲梁桥面系施工，桥面系施工从2008年9月21日开始至2008年10月30日结束，总工期仅为40天，其中桥面板铺设只花14天，纵梁安装26天。每岸每天铺设60块桥面板，全桥两岸每天共铺设120块桥面板。施工速度非常快，经济效益和安全效益非常高。
中交路桥华南工程有限公司是一家技术实力雄厚的施工企业。先后建设了厦门海沧大桥、重庆万州长江二桥、忠县长江大桥等多座大跨径悬索桥，其中重庆万州长江二桥、忠县长江大桥均为500m以上跨径的桁架加劲梁悬索桥。在总结我公司施工桁架梁成功施工工艺的基础上，对重庆忠县长江大桥桁架梁桥面系“先刚接、后铺板”施工工艺进行了改进，提出了“边铺板、边连接”工艺，在重庆万州长江二桥桁架梁桥面系施工进行应用，取得较好效果。在本项目依托工程四渡河特大桥，我们对桁架梁桥面系施工工艺进行了完善，提出“先铰接、再铺板、后刚接”桥面系施工工艺，实际应用中取得良好效果，如果单纯只进行桥面板施工，每岸每天铺设桥面板速度达到60块桥面板。
本工艺在湖北沪蓉西四渡河特大桥中成功应用，技术成熟，可以广泛推广应该。
四、效益分析
㈠钢桁架加劲梁大跨度缆索吊吊装技术研究
1.经济效益
缆索吊吊装方案与桥面吊机吊装方案比较得出的经济指标如下：
采用桥面吊机吊装方案摊销一桥次总费用（包含直接费和间接费）为： 1365.7万元；采用缆索吊吊装方案在相同摊销次数下一桥次总费用（包含直接费和间接费）为： 796.6万元；则缆索吊吊装方案较桥面吊机吊装方案节支1365.7-796.6=569.1万元。
2.社会效益
(1)本项目研究成果成果解决了西部山区大跨径悬索桥加劲梁吊装关键技术问题，形成了一套适用于山区大跨度悬索桥吊装施工技术，拓展了悬索桥钢桁架加劲梁吊装方式。
(2)采取岩锚＋混凝土锚墙的地锚构造，极大缩减了施工成本，使得大跨度缆索吊可以应用到1200m的跨径范围的悬索桥中，并能带来十分可观的社会和经济效益,推动缆索吊技术发展，促进箱式加劲梁悬索桥得以在山区应用。
(3)继本课题依托工程—四渡河特大桥大跨度缆索吊成功研制以来，取得的成果已为类似桥梁所借鉴。为我国山区高速公路建设积累了宝贵经验。
㈡钢桁架加劲梁桥面系施工技术研究社会经济效益
桁架式加劲梁桥面系施工工艺目前有两种：一是“先铺板、后刚接”的施工方法，这种方法在万州长江二桥初步应用，取得较好的效果；二是“全刚接、全铺板”的施工方法，这种施工方法在重庆忠县长江大桥上采用。
1．工期缩短节约的施工成本
本依托工程四渡河特大桥主桥桥面系由1960根工字型纵梁（纵梁之间连接系杆3392根）和1680块桥面板，采用“先铰接、再铺板、后刚接”工艺进行施工，桥面系施工总工期仅为40天（2008年9月21日开始施工至2008年10月30日施工完毕），其中桥面板铺设只花14天，纵梁安装26天。每岸每天铺设60块桥面板，全桥两岸每天共铺设120块桥面板。
如果采用“先刚接、后铺板”工艺进行施工，参照重庆忠县长江大桥(主跨为560米)工艺，四渡河特大桥两岸设置2组缆索吊天车，4个作业面，单是桥面板铺设速度为16块/天，单是安装纵梁速度为28根/天。
纵梁安装：1960÷28=70天
桥面板铺设：1680÷16=105天
桥面板施工完共需要70+105=175天。
按项目部人工机械费用按3.9万/天计，共节约3.9×（175－40）＝526.5万元。
2.设备节省投入节约的成本
投入两套缆索天车的费用：115万元。
采用本工法，不需投入缆索天车，即可节约投入成本115万元。
3.合计：526.5+115=641.5万元。
通过研究本项目桁架加劲梁桥面系施工方法研究，在本依托工程上节约641.5万元。
本项目开展桁架式加劲梁桥面系施工技术的研究，提出了安全高效的桁架梁桥面系施工工艺，在不影响主缆线形控制的前提条件下，提高安装效率，减小人员窝工，减小高空作业风险。为了国内桁架梁施工提供可供借鉴的先进经验和标准，指导桁架式加劲梁施工。
五、评审（鉴定）、专利和获奖情况
1、技术奖励：《四渡河深切峡谷悬索桥关键技术研究》于2009年获得了中国公路学会科学技术奖一等奖，达到国际领先水平。
2、工法：《大跨度缆索吊吊装施工工法》获2008年度公路工程工法
3、QC成果获得国家级奖励：《提高桁架梁现场组拼速度》获得2009年“海立杯”全国QC成果发表赛二等奖。
4、专利：《一种缆索吊承重绳与地锚间的连接装置》、《一种猫道锚固调节装置》获得了国家实用新型专利；《一种缆索吊承重绳地锚及其施工方法》获得了国家发明专利。
5、论文发表：《湖北沪蓉西四渡河特大桥难点工程施工方案介绍》、《深切峡谷大跨径悬索桥安全管理》分别在《施工技术》、《公路》上发表。

项目承担单位：中交路桥华南工程有限公司