缆索吊桥

汝郴高速公路山店江 特大桥缆索吊桥施工技术

摘 要：随着高速公路向山区的延伸,跨越深沟谷的高墩高架桥不可避免地广泛应用于山区高速公路建设中,而山区桥梁的缆索桥施工往往成为控制工程施工进度和工程成本的关键。本文就厦门至成都国家级高速公路汝郴公路第十合同段山店江特大桥缆索吊桥施工实践介绍了缆索吊桥施工技术。 关键词：山区高速公路；缆索吊桥；施工技术

一．工程概况：

汝郴高速公路山店江特大桥桥位区地处崇山竣岭之中，跨越山店江, 受山店江大桥施工现场场地、地形V字条件等因素的限制，施工过江道路、施工安全问题均为突出。严重影响整个工程的施工进度。为方便江两岸施工作业人员频繁往来及两岸砼搅拌站连锁、调配, 提高两岸人员的跨江运输能力，拟在5

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～6墩之间修建跨越山店江缆索吊桥。从工期、进度及投入等方面技经比较，既节约大桥工期时间,又

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节约成本资源和加快工程施工进度。

二、工程地质情况

缆索吊机位于江两岸山体斜坡位置。其中厦门端强弱风化基岩埋藏较浅，覆盖层较薄，植被较发育，山体自然坡度38°～44°，局部较徒为55°左右。成都岸强弱风化基岩埋深3～13米，覆盖层厚，植被较发育，山体自然坡度为45°～58°，局部较缓为37°。

三.施工准备 3.1管理准备工作

对施工队伍人员进行了岗前的技术培训，进行了安全与技术的知识的组织考核；对工作班组人员进行了合理分工，签订质量和安全，认真学习项目的有关文件，做到目标明确，工作积极。

3.2技术准备工作

3.2.1 在全面熟悉设计文件、设计交底和技术规范的基础上，进行了现场测量放线,并把缆索吊桥的边桩引至不被破坏的地方,经常复测。

3.2.2根据现场实际情况，把通往缆索桥的施工便道、水、电进行了认真准备，认真做好机械设备、进场材料、模板的检验。

3.2.3认真做好各类原材料试验及钢筋连接、混凝土配合比试验检测工作。

3.2.4施工现场设专职质量检查员和专职安全员对施工进行全过程控制，并在现场设立了监控装置

1

3.3施工材料准备工作

3.3.1根据项目经理部统一制定的进场材料检验制度，本着就地取材就近购置及业主规定的材料厂家进行订货，并把材料按照项目部的规定进行了抽样检验，并按照文明施工的要求 材料堆放。

3.3.2材料进场后由项目部的专职人员进行了检查验收，并对其“三证”认真核对，并通知项目部的实验室进行了抽样试验。自检合格监理抽样并送监理实验室进行了试验，试验结果合格，能用于本工程。

3.4施工机械工作

根据施工进度安排合理配制了各种机具的进场计划，进场前对各种机械进行了调试工作，能够满足现场的施工要求。

主要设备材料配备表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

名称 卷扬机 渡船 混凝土拌和站 振捣器 混凝土罐车 钢筋加工设备 发电机 塔吊 砼输送泵 坍落筒 试模 主索 桥面索 吊索 型钢 型钢 桥面板 规格 10t HZS1000 8m3 30KW 5013 HB-80 Ø43 Ø26 Ø17.5 [10 I36 δ=5cm 数量 2 2 1 6 3 1套 2台 2台 2台 1套 9组 5.2831 1.9174 0.308112 0.735 0.8386 16 备注 共用 共用 共用 共用 共用 共用 t t t t t M3 2

18 19 20 21 22 23 24 25 26 缆风 绳卡 绳卡 绳卡 梨形环 梨形环 梨形环 C25砼 钢筋 Ø17.5 Ø43 Ø26 Ø17.5 Ø43 Ø26 Ø18 C25 1.2576 124 220 980 8 8 196 211 5 t 套 套 套 个 个 个 m3 t 四、缆索吊桥总体施工方案

山店江大桥缆索吊桥主要由门架支撑系统、锚固系统、绳索系统、桥面部分等组成。根椐桥位地形、地势，缆索吊桥施工跨径暂布置为：5m+200m+5m。

缆索吊桥：起点里程(索鞍轴中心)5桥墩左幅承台中心轴线 终点里程(索鞍轴中心)6桥墩左幅承台中心轴线 跨度(索鞍轴中心)200米(索鞍轴中心净距) 索鞍顶高程▽(5桥墩左幅承台底)+2.5米 计算矢跨比: 主索ƒ=L/16、 桥面系ƒ=L/18 垂度: 主索12.5米、 桥面系11.1米（暂定）

在山店江大桥起点、终点里程位置均设门架支撑系统、后锚碇，后锚碇平面尺寸3(纵桥向)×3(横桥向)×8 (深) 米(或3.5×3.5×8米),桩基要求进入微风化基岩不小于5米,配筋。门架支撑系统下设承台,承台平面尺寸1(纵桥向)×3(横桥向),入岩1米, 配筋,承台上预埋I36a型钢不小于1米,上与索鞍连接,埋设于承台内的桥面索锚固预埋件参见缆索起重机预埋件图,相关预埋偏角参见计算书,型钢在砼内连成桁架,设锚筋。后锚碇至索鞍轴中心水平距5.0米(轴中心)。

设一座缆索吊桥通道,放于右幅,缆索吊桥纵向中心线与右幅桥纵向轴线的水平距离不得小于13米。 吊桥通行能力一次20人通行、第二工况P=61.4762t、（重量） 均布荷载 g12=307.381 kg/m设计。

山店江大桥缆索吊桥为门架结构，纵横向稳定问题较为突出，设多道缆风绳，其作用是平衡承重索承重产生的水平力，控制门架顶位移，满足(1/3500～1/4500)L。滚动索鞍设置在门架顶上，为放置承重索用，可以减少纲丝绳与门架的摩阻力，使门架承受较小的水平力，并减少钢丝绳的磨损。

在桥面系统的江两岸布设水平缆风,以减少吊桥在动载作用下沿横桥向来回摇摆。

3

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锚固系统是锚固承重索之用，后锚锚碇在自重及行人、动载过程中，对安全有决定性的影响，施工中应高度重视，其中主要的锚碇水平方向稳定系数不小于2.0。

缆索吊桥锚碇为摩擦力 (或重力有挡挡护)式锚，所有预埋件均需保证预埋深度及预埋夹角。为保证锚碇基础的稳定性，锚碇周边设署截流沟，并用浆砌片石固面。

绳索系统：承重索支承于两门架的索鞍上，桥面系统吊挂于承重索上。承重索根据重量及动载、垂度、计算跨径(两塔索鞍中心距离)等因素进行截面计算。承重索承重后的最大垂度控制在ƒmax＝L/15～L/20，承重索安全系数为K＝3.0～4.0，每一组承重索选为：2Φ43钢芯钢丝绳(6×37＋7×7)，共设两组。桥面索用于铺设桥面板,为行人步行及载荷承载面，其安全系数为：K＝4.0～5.0，选用Φ26钢芯钢丝绳(6×37＋7×7),共四组,每组一根,每组间距40厘米,桥面索下方每间距4米布设一根[10型钢,起支撑连接锚固桥面索、吊索、承重索的作用。吊索用于悬挂桥面系统，安全系数为：K＝4.0～5.0，选用Φ17.5钢芯钢丝绳(6×37＋7×7),共98组,每组一根,每组间距4米。采用渡船、卷扬机牵引。

五、荷载计算 5.1主要计算参数

计算跨度：5.0m+200m+5.0m，

载重控制垂度：ƒmax＝L/16＝12.5m ƒmax＝L/18＝11.1m 门架顶最大控制位移：5.7mm

4

1、

主索矢跨比:

ƒ1＝L/16＝200/16＝12.5m 2、 桥面索

ƒ2＝L/18＝200/18＝11.1m 3、 主索跨中最大垂度处夹角

tghl0.125 7.120 cos0.9923 4、

桥面索中间最大垂度处夹角

tghl0.125 6.305 cos0.9941 5、 缆索主要规格及型式

缆索主要规格及型式 表1

用途 主索 桥面索 吊索 项目 型号 6×37+7×7 6×37+7 6×37+7 根数—直径(mm) 4ø43 4ø26 98ø17.5 单位重量(kg/m) 6.553 2.359 1.048 面积(mm2) 697.08 250.95 111.53 钢丝直径(mm) 2.0 1.2 0.8 钢丝绳抗拉强度kg/mm2 170 170 170 破断力(t) 118.51 42.66 18.96 弹性模量t/cm2 756 756 756 5.2主要荷载

1、主索自重：g0=6.553kg/m tgβ=h/l=0.125 cosβ=0.9923

g1=g0/cosβ=6.6039kg/m

2、桥面索： g2=2.359kg/m tgβ=h/l=0.111 cosβ=0.9941

5

g3=g2/cosβ=2.373kg/m

3、吊索： g4= 1.048kg/m

4、桥面型钢： g5=1.5×10×49/200=3.675kg/m 5、桥面步行板： δ=5㎝ L=1.6m

g6=144/0.9941=144.855kg/m〔湿重〕

6、人群荷载： 每次过桥20人,结群行人不超过3人,每人80kg,

g7=80×20/200=8.0kg/m

7、输送泵管及砼自重：

g8=(17.25＋33.20)/0.9941=50.75kg/m

8、小件自重： 绳卡Ø43,共计98个,3.47kg/个, Ø26,共计98个,1.244kg/个, Ø26U型扣螺栓,共计196个,3.25kg/个。

g9=(340.06＋121.912＋637)/200=5.495kg/m 9、风荷载: 按非工作状态即无泵送砼、无行人状态

Pw=cKnqF 查表c=1.2 Kn=1.79 q=60kg/㎡ F=51.773㎡ P=1.2×1.79×60×51.773=6.673t g10=(6673/200)/0.9941=33.563kg/m

10、各种工况下缆索荷载计算

表2

项 目 均布荷载 主索重g1（kg/m）L=200m 桥面索g3 (kg/m) L=202m 吊索g4 (kg/m) L=3m 型钢g5 (kg/m) L=1.5m 桥面步行板g6 (kg/m) L=1.6m 人群g7 (kg/m) (动载系数1.4) 输送泵管及砼g8 (动载系数1.4) 小件g9 (kg/m) 风载g10 (kg/m) 第一工况:不设输送泵管

6

荷 载 6.6039 2.373 1.048 3.675 144.855 11.2 71.05 5.495 33.563 合 计 总重(t) 5.2831 1.9174 0.308112 0.735 28.971(湿重) 2.24 14.21 1.099 6.7126 61.4762

P=5.2831+1.9174+0.308112+0.735+28.971+2.24+1.099+6.7126

=47.2662t

g11=47.2662/200=236.331 kg/m 第二工况:设置输送泵输送砼 P=61.4762t

g12=61.4762/200=307.381 kg/m

5.3主索受力计算

1、人员、风载、砼输送中平衡状态时的受力计算

此时主索产生的拉力最大，控制主索设计，现控制主索的安全系数K=3.0（不计冲击），求主索容许张力和跨中垂度。

拆减系数取0.85

总破断拉力: Tmax=0.85×118.51×4=402.934t

T=Tmax/K=402.934/3=134.3113t H≈Tmax=134.3113t

a、主索在第二工况状态均布荷载作用下的垂度(无集中荷载)

预设垂度计算主索张力 主索最大张力和强度验算 主索最大水平张力

g12

Mmax可简化成筒支梁的形式计算,因此

M2

2

max==g12L/8 cosβ=307.381×200/8×0.9923=1548830.998kg-m =1548.830998t-m

主索最大水平拉力:Hmax=123.907t 不考虑冲击系数,主索的安全系数

K=Tmax/ Hmax=402.934/123.907=3.252＞3 安全ok

7

b、主索在第一工况状态均布荷载作用下的垂度(无集中荷载)

M2

2

max==g11L/8 cosβ=236.331×200/8×0.9923=1190824.347kg-m =1190.824347t-m Hmax=95.266t

K=Tmax/ Hmax=402.934/95.266=4.23＞3 安全ok c、预设张力计算主索垂度

取安全系数K=3(不考虑冲击系数) 则主索均布荷载作用下的容许张力 H≈Tmax=134.3113t

ƒ2

2

max = g12L/8 Hcosβ=307.381×200/8×134.3113×0.9923×1000 =11.532m 2、主索应力检算

主索弹性模量E=756kg/㎝2

，代入

σ= H2

max/F=123.907/4×6.9708=4.4438t/㎝ 〔σ〕=17t/㎝2

η=〔σ〕/σ=17/4.4438=3.8256＞2 安全 ok

索鞍接触应力,d为钢丝直径为2mm,Dmax为平滚最小直径,其值为560mm,则有: σ

max

= (Tmax/F)+(Ed/Dmax)=(123.907/4×6.9708)+(756×0.2/56)

=7.1438t/㎝2

η=〔σ〕/σ

max

=17/7.1438=2.3797＞2 安全 ok

5.4主索长度计算

主索曲线长度

S=L+(h2

/2L)+(g2L3

/24H2

cos2

β)+(x(L－x)Q(Q+gL/ cosβ)/2H2

L) S=200+(12.52

/2×200)+( 0.3073812

×2003

/24×134.31132

×0.99232

) =200+0.391+1.7731=202.1641m

5.5求安装张力H0和初始安装垂度ƒ0

g13=225.131kg/m 不计温度 △t=0, Q=0,

Hmax=H=123.907t,由于两端锚固,主索按三跨计算。

K2

1=EnF cosβ/24H2

=720×4×6.9708×0.99232

/24×123.9072

=0.05365

8

K2=3Q(Q+G)+G=45.0262=2027.3587

A= K1 K2-H=0.05365×2027.3587-123.907=-15.1392 无集中荷载Q0=0 Q=0 K3=0

K4=GEnF cosβ/24=45.0262×720×4×6.9708×0.9923/24 =1669861.467

H0-15,1392H0-1669861.467=0 安装张力H0=123.9t 安装初始垂度ƒ0

ƒ0=(gL/8 H0cosβ)+Q0L/4H0=225.131×200/8×123.9×0.9923×1000 =9.1557m

2

2

3

2

2

2

2

2

2

5.6吊索计算

集中荷载:Q=307.381×4=1229.524kg 修正系数0.85 安全系数K=4 破断拉力: Tmax=0.85×2×18.96=32.323t

K= Tmax/Q=32.323/1.229524=26.215＞4 安全 ok 应力检算: σ= Q/F=1.229524/2×1.1153=0.5512t/㎝ η=〔σ〕/σ=17/0.5512=30.842＞2 安全 ok

2

5.7桥面系计算

不考虑冲击系数,修正系数0.85 安全系数K=4 L=4m 破断拉力: Tmax=0.85×4×42.66=145.044t T= Tmax/4=145.044/4=36.261t H≈T=36.261t

Mmax=g12L/8 cosβ=307.381×4/8×0.9941=618.411kg-m

桥面索最大水平拉力:Hmax=Mmax/4( ƒ2/200)=618.411/(4×11.1/200) =2785.635kg

K= Tmax / Hmax=145.044/2.785635=52.0686＞4 安全 ok

2

2

5.8后锚碇检算

1、钢筋砼方桩锚碇

选断面3×3m, 如有松土层长度8m,嵌岩5m,无土层,嵌岩6m方桩,按桩基轴心受拉计算理论进行计算，取安全系数K=2。

方桩底部布设9根Ø32锚杆,锚固岩层5m,埋入砼1m。 Hmax=123.907t tgβ=h/l=2.5/5=0.5 β=26°34′

9

T=Hmax/cosβ=123.907/0.8945=138.521t 〔P〕=0.3U∑aili ƒi 砂土层 ai=0.6 ƒi=9t/m

2

风化岩ai=0.7 ƒi=10t/m

2

〔P〕=0.3×12×(0.6×9×3+0.7×10×5)+ 3×3×8×2.5=364.32t 安全系数

K=〔P〕/T=364.32/138.521=2.63＞2 安全 ok 2、钢筋砼卧式锚碇

选断面3.5×3.5×8m,入土深度8m,嵌岩最小2m砼有挡挡护,按2m有挡挡护卧式锚碇计算理论进行计算，取安全系数K=2 ƒ2=0.4 N2= Hmax=123.907t φ=40 h=2 L=3.5m 粉质粘土γ=1.95t/m κ=1.82 H=4m。

锚碇水平(式底部竖向)布设9根Ø32锚杆,锚固岩层5m,埋入砼1m。 G=3.5×3.5×8×2.5=245t T2= ƒ2N2=0.4×123.907=49.563t a、抗拨稳定系数

K1=(G+ T2)/ N2=(245+49.563)/123.907=2.3773＞2 安全 ok b、抗拉稳定系数

挡护前后土压力差： E=((2H+h2-h1)HγL/2)κ =((2×4+1-1)×4×1.95×3.5/2)×1.82=198.744t/m

2

3

0

K2=（E+(G-N2) ƒ2）/H=(198.744+(245-49.563)×0.4/4=69.23＞2安全 ok

5.9门架计算

a、强度检算

选用I36a,门架高度2.5m。 V=T tgβ=123.907×0.5=61.954t

σ=V/F=61.954×1000/76.03×2=407.431kg/㎝＜〔σ〕=1700 kg/㎝

安全 ok

b、稳定检算

i=14.4cm µ=2 L0=2.5×2=5m

λ=µL0/i=2×5×100/14.4=69.44 查表φ=0.78

σ=V/F=61.954×1000/76.03×2=407.431kg/㎝＜φ〔σ〕=0.78×1700 =1326kg/㎝全 ok

2

2

2

2

安

六、缆索吊桥有关技术说明

1、吊桥设计按缆索吊起重机计算原理进行设计计算,工作级别按重量使用繁忙程度等级，N=1×10为不

10

6

经常繁忙使用,为U6级。

2、吊桥载荷状态按名义载荷谱系数第三级设计,Q3-重,名义载荷谱系数Kp=0.5,为经常载荷额定重量。 3、工作级别:本吊桥工作级别为A7级,属于高级别。

4、在吊桥缆索及结构计算中进行了强度、稳定等计算,但未对疲劳磨损、发热、温度、

冰雪等影响的计算。冰雪天气及调试阶段荷载不可能与人员及砼输送同时进行叠加,固只考虑了自重、风、动载系数等荷载,但未考虑冰雪、地震、调试、缆风、温度等荷载。

5、吊机缆索及构件材料:缆索钢丝绳依据国家GB/T20118-2006标淮,采用钢芯,缆风采用麻芯,均为反捻。使用过程中当有下列情形之一者应作报废处理: 1)、缆索在一个节距内的断丝数超过总数反捻10%。 2）、缆索外层钢丝己磨损原直径的1/2。

3）、虽无断丝,但磨损腐蚀超过原钢丝直径的40%。 4）、长期使用,节距伸长超过10%。 5）、缆索上有〝死结〞。

6）、有断丝,缆索公称直径减少7%。

7、吊桥桥面设置8根缆风索,缆风布于吊桥两岸两侧,其水平夹角不得小于30°，竖向夹角不得大于5°,选用Φ17.5钢丝绳。

8、后锚碇采用斜桩加锚杆(或卧式有挡锚碇加锚杆)作为锚固体,主要利用锚固力及摩阻力、自重起到平衡作用,其安全系数必须大于2。卧式有挡锚碇挡护高度2米,长度3.5米。 9、门架用I36a型钢直接锚固于承台上, 高度2.5米,不得倾斜。

10、吊索与主索及桥面索之间采用绳卡、U型螺栓连接,内侧包窠耐磨橡胶、钢丝网,减少滑动现象。 11、吊桥缆索绳头固定端自身锚固采用绳卡加梨形环将钢绳固于一起,其固接方法: Φ43钢丝绳卡数量不小于7个,外加一备用保险卡。 Φ26钢丝绳卡数量不小于5个,外加一备用保险卡。

Φ17.5钢丝绳卡数量不小于4个,外加一备用保险卡。任何情况下最小绳卡数量不得小于3个。

绳卡连接方向应统一向一侧,不得装反,绳卡按GB5976-86标准,梨形环按GB5974.2-86标准执行。 12、缆索收紧设备采用CC型螺旋扣、HSS钢丝绳手动葫芦及2台10T卷扬机。

七、缆索吊桥使用注意事项

1、缆索吊桥为空中人员通行的通道设备，其加工和安装质量尤为重要。本结构虽为临时结构,但使用时间长,通行频繁,是施工的大型临时重要受力结构;由于该结构一次性投入费用高,结构较复杂,是适宜于山高水深、狭谷、交通通行条件差、地形条件复杂地区工程施工的常用结构,故吊桥设计标准较高,接近

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于永久结构,加工前应制定制造加工工艺和操作细则并进行技术交底。

2、加工部件必须满足结构图中要求的工艺、精度及技术要求,另外还必须满足《钢结构工程施工及验收规范》(GB50205-95)之间相关要求。

1）、原材料要使用正规厂家的合格产品,要有产品质量证明书,并按有关规定进行验收。 2）、对原材料和加工成品件进行探伤和验收,对销轴要按相关要求进行调质。

3）、对外购件(如轴承),外委加工件等要有材质证明书、合格证并检查验收符合设计要求后方可使用。 4）、对主索锚头、索鞍、锚碇预埋件等产品要专项检查验收并有验评报告。

八、缆索吊桥的日常维护

1、新安装吊桥在投入使用前应进行一次全面技术检查,其内容包括:

1)、门架顶索鞍是否连接牢固,主索与锚碇预埋件连接是否牢靠,缆风、桥面板、缆索间连接是否牢固。 2）、锚碇及地垅的施工埋设是否符合设计要求。 3）、缆索跨中安装垂度是否达到设计要求。 4)、各缆索绳卡数量是否满足设计要求。 5)、滑轮、索鞍、缆索是否上油润滑、防腐。 2、缆索吊桥试通行

检查合格后,应根据设计额定荷载选用动物进行试通行试验,确定合格签证后方可投入运行。

九、缆索吊桥安全保证措施

1、缆索吊桥应建立定期检查制度。

2、每月至少检查一次锚碇地垅位移情况,雨天应每天观察一次。 3、缆索跨中最大垂度及两组索垂度差,每半周观察一次。

4、主索、桥面索、缆风、吊索及钢丝绳卡每半月检查一次。大风后应立即检查。

5、两吊桥头应派专门保卫,闲杂人员不得上桥,每次上桥人员不得超过20人,结伴人员不超过3人。 6、两岸门架上必须装避雷针,其接地保护,雷雨季节,每且检查一次。 7、桥面板应定期检查更换,两侧及底部应挂设安全网。 8、输送泵管应铺设于吊桥正中间。 9、冰雪天气严禁人员通行。 10、吊桥面使用24v照明设备。 11、建立定期检查制度、保养制度。 12、钢丝绳严禁作为电焊机接地线.。

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