钱江四桥缆索吊系统设计与安装

1、钱江四桥缆索吊系统设计与安装摘要：缆索吊系统是钱塘江四桥上部结构安装的关键设备系统，该系统跨径大、起吊 重量大、安全要求高。通过对缆索吊系统主缆、塔架、后锚等结构进行设计研究，以期 达到安全、可靠、符合实际使用的要求。关键词：吊装系统；主缆；塔架；后锚摘自：施工技术.2007.第11期杭州市钱江四桥为目前国内最长的多跨双层组合拱桥，其主桥为多跨双层组合钢 管混凝土系杆拱桥结构，跨径组合按计算跨 径为（2 X 85+190+5 X 85+190+2 X 85）m。其 中2孔190m跨为下承式和中承式系杆组合析架式钢管混凝土拱桥，每条拱肋由4根95cmX （2224 ）mrniW管组成，拱肋高4.

2、 5m, 宽2.6m,左右两条拱肋中线距离为29. 4s9孔85m跨为下承式和上承式系杆组合钢管 混凝土拱桥，拱肋为单钢管设计，左右每条拱肋均为1条1.7m x22mm的钢管，中线距 离10.4m。上下层桥宽均为 26.4m ,钱江四 桥上构预制安装工程量大，达97. 429t （见 表1 ）。表1主楙上构预制空装主要工程量中,单击/数量I急就f芸郎，段t标0 单重，数量，骁富， 名杼t段t大跨铜花40 60出 3 1砧 瞿肋大躇铜条肥均招76 士知小将税接期即-加99 2 W混髭上立 #4J4712 348柱横躯空心板约m E的13 600大府风原60r外加函丸跖轲索姆21刖842 m2小陈

3、罪怨的日】值8J6钢架提故上吊 2H/M 3523166杵格梁TI略板 9-16 2 970 356W由于其安装工作都是在强涌潮的钱塘江上完成，且不能长期中断通航，针对现场条件、桥型特点，结合工期安排，设计了双索跨大跨度缆索吊装系统。该系统在两岸各设1个边主塔，形成三塔双索跨吊装系统，两主索跨分别达到 700m和650m,合at 1350m, 吊点可以覆盖全部主桥，完成该桥所有上部结构的吊装施工（见图 1）卷胡机组卷拓机地图1统索吊装布置（单位：M1缆索吊装系统设计1.1 主要设计参数索跨组合：（250+700+650+250）m ,其 中250m为尾索长度；缆索吊装最大重量： 单索道起重能力

4、 65t ,双索道抬吊130t ; 工作索道吊重能力： 每组工作索道吊装重量 5t ;单个塔架自重：主塔1000t、中塔500t、 扣塔250t ;风力：保证在小于六级风时可 以进行正常吊装施工。1.2 主塔架设计在杭少M岸2号、萧山岸16号墩位置附 近各立主塔架1座，9号墩安装中间主塔架。 190m主跨两侧主墩 上各设l个扣塔。l）塔架结构形式主、扣塔架均采用N型万能杆件拼成门 式塔架。根据本桥拱肋中轴线的距离，主塔 架整体设置为对称结构。两岸主塔、中塔、 扣塔的塔钱采用常规的塔饺结构。两岸主塔架宽度为34m （顶宽42m）,高120m； 9号 墩中间主塔宽 38m （顶宽46m）,高104

5、m , 塔架共用杆件材料重约3500t。2）塔架基础北岸主塔架基础为C25钢筋混凝土扩大基础，南岸主塔架基础为钻孔桩基础。基础承载力要求大于 200kPa,但两岸主塔基础地 基允许承载力为100kPa,所以必须进行基础 换填砂砾处理，以提高地基承载力，使之达 到200kPa。两岸主塔架塔底顺桥向均为较 接，塔架安装时采用无钱形式。安装完毕后， 割断顺桥向前后两排杆件与基础的联系，形成较接形式。9号墩中塔架基础增设钢管支承桩作为 塔架基础，振设完毕后，添满砂以增强抗力， 并用墩身结构、端横梁和钢围堰以及支撑架 连接，来增加中塔架稳定。为防止船只冲撞， 除作好信号灯、航标灯、照明措施外，在其 上下

6、游一定距离处，各振设 3根防撞钢3）塔架风缆在塔架拼装阶段，需要适当在塔架上设 置临时风缆。完成塔架架设后，应根据塔架 高度和受力情况设置腰风缆和塔架顶风缆， 以便于在架设过程和吊装阶段通过这些风 缆调整塔架垂直度，并增加塔架稳定性。两岸主塔架顶横桥向两侧各设2道风缆，纵桥向设3道风缆，腰风缆在主塔架中 部及塔顶的节点两侧呈“卜”形布置。对于 9号墩中塔架，侧向风缆布设难度较大，由 于索道系统吊重或不吊重时，两岸主塔架及中塔架塔顶索鞍均位于同一条直线上，因 此，主索道系统对9号墩中主塔的侧向分力 较小，而且经过抗风能力计算，中塔抗风能 力足够，故中塔不设侧向风缆，采用压塔索 来代替抗风缆。中塔

7、顶纵向设置风缆并锚固 于6、11号主墩承台上。4）塔顶索鞍结构塔顶索鞍是装置在塔架上用来支承吊 装缆索的设备，本工程自行设计的可移动式索鞍具有安装方便、对主索钢丝绳磨损小、 承载能力大、使用灵活等优点。它与主塔联 结在一起，是吊装设备的重要组成部分。5）塔架调整塔架拼装完成后，首先要进行塔架垂直 度的调整。为调整塔架垂直度，需设置塔架 前后风缆来调节，塔架前风缆牵引至墩台预 埋锚环，主塔架后风缆均牵引至地锚的预埋 锚环上。通过设置在塔架顶前、后风缆收 紧或放松，让塔架整体受力并使塔架微摆 动，达到调整垂直度的目的。然后安装缆索 系统，并再次调整其垂直度，达到设计要6）计算结果主塔计算共分为3个

8、方面，12个工况。 第一个方面不考虑风荷载，只考虑吊重。吊重可分为单组主索起吊及两组主索同 时起吊，又分别计算边塔和中塔（吊重考虑 1.3倍的安全系数），两两组合可详细分4种工况：工况1为用1组主索单边起吊拱肋（吊重65OkN）时边塔受力；工况 2为2组 主索同时起吊拱肋 （即吊重1300kN）时边塔 受力；工况 3为1组主索单边起吊拱肋（65OkN）时中塔受力；工况 4为2组主索 同时起吊拱肋（即吊重1300kN）时中塔受力。 第二个方面在第一个方面的基础上，再加上五级风荷载的影响， 即保证在五级风时可以 正常施工。也分4种工况：工况5-1为工况 1+五级风横向风力时边塔受力；工况5-2为工

9、况2+五级风纵向风力时边塔受力；工况 5-3为工况3+五级风横向风力时中塔受力； 工况5-4为工况4+五级风横向风力时中塔 受力。第三个方面为边、中塔受最大纵横方 向风力时的受力情况： 工况6-1为最大横向 风力时边塔受力；工况6-2为最大纵向风力 时边塔受力。工况6-3为最大横向风力时中 塔受力，工况6-4并为最大纵向风力时中塔 受力。为保证主塔架受力安全，采用SAP2000的空间析架单元对塔架的主要受力进行了 模拟计算。计算结果表明，除局部杆件应力 偏大需要加多杆件处理外（在塔架施工中进 行局部杆件处理），基本达到规范要求。1.3 主缆索主索每组索道采用 750m倘封式钢丝 绳，索体结构由

10、 19+z19 +z25高强钢丝组 成，强度1470MPa ,每条钢丝绳破断拉力总 和为2640kN。设计吊装重量 65t,设计垂度 1/16 。主索用事先架设好的工作索来安装。架设主索时在杭州岸单根展开并由卷扬机的 导索牵引过塔架顶，然后工作索牵引过杭州 岸主塔顶、中塔顶、萧山岸主塔顶，再由卷 扬机的导索牵引进人主地锚锚梁后转向。此时，两岸主索的尾索同时收紧，工作索在河 中提升主索，主缆索的尾索从前端槽口穿 出，与人口主索形成环扣，调整好主索空索 垂度后使用夹具夹紧尾索（见图2）。主索安全系数3.0。主索架设过程中需要进行封 航。主索跨组合（250+700+650+250）m,两跨 连续，3

11、个主塔两跨跨径不同，分别为 700m （杭州岸）和650m（萧山岸），因此按杭州确保两岸均满足钢拱架的吊装顺利进行。由于将190m跨拱肋的每肋分为 15段吊运安 装，从而使每一段钢拱架的吊重在60t左右。全桥共设2套起重索，其中每套设计吊重为 65t ,每一套由 750mm密封钢丝绳组成， 确保两岸拱肋的安装，从而加快施工进度， 钢丝绳基本参数如表 2所示。表？钢坦绳基址畚数塔世纯主索加典（:起重索下单位式”啕崂瓯783,蜘4.71C抗拽强度加1幻01 5301 530破断技力”N17 196.4535.4203 056.521.4 起重体系起重索采用26mmfW丝绳，拱肋钢骨架 采用双吊点起

12、吊，每一吊点使用一条 24 （6 X 37+1）钢丝绳，两条起重绳均分别经过塔 顶索鞍，通过主地锚转向滑车进人两岸8t慢速卷扬机，在起重时两岸卷扬机同时工 作，每条起重绳在跑车间走12线穿绕。1.5 牵引体系牵引索采用 26mmfW丝绳，牵引索分别 与两个跑车相连组成单侧一组吊装体系，两条牵引绳均分别经过塔顶索鞍， 通过主地锚 转向滑车进入两岸 10t快速卷扬机，在起重 时两岸卷扬机同时工作。1.6 工作索工作索是指吊装能力较低，但比主索更为方便、灵活、快捷的一组缆索系统。由工 作索主索、起重索、牵引索、工作索跑车、 吊点及工作索鞍组成。本桥每跨主缆索的 上、下游各设一组工作索道，用于安装主缆

13、 索系统以及主缆索吊装的施工辅助，吊运重量小于5t以下的施工机具和材料。每组工 作索采用1根47mmfW丝绳为主索，设计吊 重5to在塔架安装完成后进行工作索安装， 安装工作索之前，需要设置导索牵引工作 索。导索为21.5mm钢丝绳，其安装利用钢 栈桥及运输船运载展开，在主塔顶用卷扬机 提升架设。导索的一端与工作索系紧，另一 端进人卷扬机。工作索安装时，在地锚前利用放线架松 展，一端进人地锚，在锚梁后转向，再用夹 具夹紧尾索（与主索尾索处理相同）；另一端与导索系紧，由导索牵引过塔架顶，在塔 架前安装好工作索跑车和吊具（工作索收紧 时，可由另外一台卷扬机提升到塔架顶），最后到达另一岸的地锚锚固。

14、工作索的牵引索、起重索在塔架后利用 放线架松展，从岸边主塔脚经转向滑轮，随 着导索的收紧穿过塔顶转向滑轮，在塔架前将其与工作索跑车联结，尾索则进人卷扬 机。1.7 主索、扣索锚固系统设计1）结构形式选择根据钱塘江四桥两岸地质情况和主桥各墩台能够承受水平推 力情况，190m跨缆索吊装地锚采用重力式主 地锚2个、扣地锚4个，均为混凝土和浆砌 片石砌筑而成。85m跨缆索吊装重量不大， 考虑到吊装锚固尽量避免对其它施工的干 扰，85m跨扣索分散锚固于各墩台上，并合 理利用190m跨扣索地锚。2）主地锚、扣索地锚施工根据无支架缆索吊装总体布置图的设计桩号定出地 锚位置，按照地锚设计图纸放出大样。采用 挖

15、掘机进行基坑开挖，开挖放坡1: 0.5 ,基坑4个边、角采用人工修整，开挖或修整过 程中若土质松软，必须采取基坑支护措施， 如：型钢支撑、砂浆护壁等。基坑开挖完成 后立即采用C15混凝土进行基底处理， 四周 全部用M7.5砂浆护壁，必要时在地锚后面的工作空间砌筑挡土墙形成密封凹坑，以防地下水渗出软化基坑土。2结语杭州市钱塘江四桥上部结构安装可以 采用较多的方法，结合现场的实际情况确定 了 3个基本方案：采用浮吊少支架法安装； 采用小跨径独立两个缆索吊方法安装； 采用大跨径两跨缆索系统方法安装。 名个方 案均有优缺点，经过详细对比研究，确定采 用第种方法，该缆索吊系统最大跨径 700m, 单侧最大吊重 65t ,双侧130t ,缆索吊系 统采用三塔两跨式结构，中塔位于钱塘江中心，由于受钱塘江潮水自然情况的重响，中 间塔架无法设置抗风缆，采用压塔索方式保 持；抗风及受力稳定。本文重点研究大跨径缆索吊