用于斜拉桥主梁安装的三跨缆索吊机及其施工方法

技术领域

本申请涉及桥梁施工技术领域，尤其涉及一种用于斜拉桥主梁安装的三跨缆索吊机及其施工方法。

背景技术

斜拉桥具有良好的抗震性能和经济性能，在我国桥梁建设领域具有举足轻重的地位。但是斜拉桥的施工却存在许多技术难点。随着斜拉桥跨度的增大以及主塔高度增高，斜拉桥施工阶段结构稳定性逐渐降低，钢桁梁架设难度也随之加大。因此大跨径的斜拉桥在合拢之前存在因失稳而易遭受破坏的风险。由此，在斜拉桥施工阶段，加快钢桁梁和钢箱梁吊装的施工进度非常关键。

传统的施工方法往往工期很长，施工难度较大，增加了桥梁建设的经济成本和时间成本。缆索吊机以柔性钢索作为大跨距架空承载构件，供悬吊重物的载重小车在承重索上往返运行，水平或垂直地运输货物。目前，虽然有将缆索吊机运用到桥梁施工中，但是目前仅针对桥梁中跨进行施工，次边跨仍需要采用桥面吊机，而桥梁边跨侧通航空间小，往往需要采用浮吊从中侧跨进行起吊，通过搭设大型滑梁、存梁支架安装就位。

发明内容

本申请的主要目的旨在提供一种结构简单、施工便捷的用于斜拉桥主梁安装的三跨缆索吊机。

本申请的另一目的旨在提供一种上述用于斜拉桥主梁安装的三跨缆索吊机的施工方法。

为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：

作为第一方面，本申请涉及一种用于斜拉桥主梁安装的三跨缆索吊机，包括设于桥梁顺桥向中心线上的缆索、塔架及地锚，所述塔架及地锚分别在桥梁两侧各设一组，所述塔架的顶部设有索鞍，所述缆索的两端通过两个所述塔架顶部的索鞍并连接至所述地锚处，且所述缆索中部通过设于桥梁两个索塔上的索鞍进行支托，所述缆索位于每个索塔的两侧设有用作吊装或平衡索塔水平受力的运转机构。

进一步设置：所述塔架位于边跨现浇梁和引桥的相交处，所述塔架为钢管桁架结构，所述钢管桁架结构包括立柱、平联及斜撑，所述立柱采用钢管桩，所述平联沿水平方向延伸并连接同一排或同一列的多根钢管桩，所述斜撑倾斜地设于临近的两根所述平联之间。

进一步设置：所述塔架底部设有埋设在地锚上的预埋钢管。

进一步设置：所述地锚为重力式砼锚碇结构，其包括锚碇及管桩基础，所述管桩基础埋设在锚碇中，且所述锚碇为可回填砂土的框架结构。

进一步设置：所述锚碇的框架结构内设有用于浇砼及砂土配重的中间箱室。

进一步设置：所述管桩基础包括多根倾斜设置的承重钢管。

进一步设置：所述运转机构包括吊装小车、起吊系统及牵引系统，所述起吊系统设于所述吊装小车上并用于吊装梁段，所述牵引系统与所述吊装小车连接以拉动所述吊装小车沿所述缆索移动，所述吊装小车上还设有配重框。

进一步设置：所述索鞍包括索鞍座及索鞍轮，所述索鞍轮沿横桥向设有多个，且所述索鞍座内设有沿横桥向延伸并连接多个所述索鞍轮的销轴。

作为第二方面，本申请涉及一种如上所述的用于斜拉桥主梁吊装的三跨缆索吊机的施工方法，包括以下步骤：

施工桥梁两侧的地锚，在两侧地锚位于边跨现浇梁和引桥的相交处架设塔架，并利用两个所述索塔的中横梁安装所述三跨缆索吊机；

利用所述三跨缆索吊机依次在两个索塔之间交替轮次来进行梁段的吊装，且每个索塔的两侧同步负重；

待当前吊装的梁段调节就位后，安装劲性骨架并临时栓焊，以及安装斜拉索之后进行张拉；

松开所述三跨缆索吊机对当前梁段的限制，并根据上述梁段的拼装步骤依次拼装主梁的剩余结构，直至主梁梁段拼装完成。

进一步设置：所述三跨缆索吊机的安装方法包括以下步骤：

当索塔施工至中横梁处时，依次安装所述三跨缆索吊机的塔架、索鞍、缆索及运转结构，所述塔架设于所述地锚上并位于边跨现浇梁与引桥之间，所述索鞍分别设于所述塔架的顶部及索塔的中横梁处，所述缆索的两端经两侧所述塔架的索鞍后连接到所述地锚处，且所述缆索对应以两个索塔为划分点的三跨桥梁施工段各设一组所述运转机构。

相比现有技术，本申请的方案具有以下优点：

1.在本申请的三跨缆索吊机中，创新地在斜拉桥上采用三跨缆索吊机，其利用缆索吊跨度大、不受气候与地形条件限制的优势，实现所有梁段的垂直吊装，无需浮吊、大型滑梁、存梁支架配合，有利于控制工期，并且无需在桥面搭设大型提吊设备，可有效地减少梁段匹配横向变形不一致造成的拼缝错台的问题，减少焊缝附加应力的危害，同时减少桥面其他临时荷载，有利于斜拉索索力、主梁线型控制。

2.在本申请的三跨缆索吊机中，通过分别在对应在三跨桥段的缆索上设置三组吊装小车，可实现单塔梁段的同时施工，加快了施工进度，缩短施工时间，提高了施工进度。同时，在无需进行梁段吊装施工的索塔两侧，吊装小车的配重框内可施以适配重量的配重块以平衡另一端索塔两侧安装梁段产生的水平拉力，继而确保索塔在施工过程中的稳定性，减少索塔发生偏斜的情况。

3.在本申请的三跨缆索吊机中，采用缆索吊机来实现梁段的垂直吊装，无需在桥面上设立大型提吊设备，可有效减少梁段匹配横向变形不一致造成的拼缝错台的问题，减少焊缝附加应力的危害，并且由于桥面荷载的减少，可有利于斜拉索索力、主梁线线型的控制。

4.在本申请三跨缆索吊机的施工方法中，实现了所有梁段的垂直吊装，解决了现有边跨侧通航空间小，必须采用浮吊从中跨侧安装、滑移就位的问题，同时也无需设置存梁支架，避免支架荷载致使局部荷载过大导致梁段受力不均的问题，并且由于次边跨位于河道浅滩区以及跨大堤及堤内区域，运梁船无法直达梁段的正下方，而采用本申请的三跨缆索吊机无需搭设大型支架滑梁存梁，解决了支架搭设困难的问题，施工方便快捷、施工速度快，缩短了施工时间，节约了施工成本。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请三跨缆索吊机的一个实施例的示意图；

图2为本申请三跨缆索吊机中塔架的结构示意图；

图3为本申请三跨缆索吊机中索鞍的结构示意图；

图4为本申请三跨缆索吊机中地锚的结构示意图。

图中，1、缆索；2、塔架；21、立柱；22、平联；23、斜撑；24、预埋钢管；25、滑移轨道；3、地锚；31、锚碇；32、管桩基础；33、中间箱室；4、运转机构；41、吊装小车；42、起重索；5、索鞍；51、索鞍座；52、销轴；53、索鞍轮；54、导向轮。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

请结合图1至图4，针对现有桥梁的梁段安装施工过程中，桥下方通航净空较小导致运梁船无法正常运输梁段施工的问题，本申请提供了一种三跨缆索吊机，实现所有梁段的垂直吊装，无需浮吊、大型滑梁、存梁支架的配合，施工方便，同时能保证施工过程中，索塔的偏斜在预警范围内，安全性高。

需要说明的是，本申请所施工的桥梁为双塔双索面混合梁斜拉桥，其中，主桥中跨及次边跨梁采用UHPC桥面板的钢混组合梁，边跨采用混凝土梁。具体地，本实施例中的双塔双索面混合梁斜拉桥先设立桥墩并架设索塔，随后进行所述三跨缆索吊机的安装，以吊装梁段继而完成桥梁的施工。另外本申请所说的“三跨”即为以两个索塔为划分点所划分的三跨桥梁施工段。

所述三跨缆索吊机包括设于桥梁沿顺桥向中心线上的缆索1、塔架2及地锚3，所述塔架2及地锚3分别在桥梁两侧各设一组，所述塔架2的顶部设有索鞍5，同时在桥梁的两个索塔的中横梁处亦设有索鞍5，所述缆索1的两端通过两侧塔架顶部的索鞍5并连接到所述地锚3处，所述缆索1中部则可通过设于索塔中横梁的索鞍5进行支托，所述缆索1位于每个索塔的两侧还设有用作吊装梁段或平衡索塔水平受力的运转机构4，通过所述运转机构4来实现梁段的垂直吊装，又由于所述缆索1经过两个索塔的索鞍5被划分为三跨桥梁施工段，即分别在所述缆索1的三个施工段位置处设置运转机构4来同步运输吊装梁段，以提高施工效率，当其中的所述运转机构4无需吊装梁段时，可对该运转机构4进行配重以平衡索塔两侧的水平受力。

具体地，所述运转机构4包括吊装小车41、起重系统及牵引系统(图中未示意)，所述起重系统包括起重索42及设于所述吊装小车41上并与起重索42连接的卷扬机(图中未示意)，以通过所述卷扬机收放起重索42以实现梁段沿所述起重索42提升或降落。所述牵引系统包括一对分别与吊装小车41的两端连接的牵引绳及与牵引绳连接的牵引卷扬机，从而通过牵引卷扬机收放所述牵引绳以牵动所述吊装小车41沿所述缆索1移动，则可将梁段垂直起吊并运输至相应的施工位置处，无需增设其他大型临时支架，优化了施工步骤。

此外，所述吊装小车41上还设有配重框(图中未示意)，由于本申请三跨桥梁施工段是以两个索塔作为划分点进行划分，则三跨施工段的施工长度不同，在部分施工段施工完成后，仍有施工段未完成施工，则此时可在无需吊装梁段的吊装小车41的配重框内配以不同重量的配重块来平衡索塔两侧缆索1的水平拉力，即本申请利用对称安装法可实现桥梁三跨的同步吊梁施工，从而提高施工效率，且本申请采用三跨同步吊梁施工或配重主要是保证索塔的偏斜在预警范围内，使得桥梁三跨上的吊装小车41在同时吊装时，独立吊装无需受到吊梁的距离控制。

请结合图，索塔设置的索鞍5用于支托缆索1并对缆索1起到导向的作用，所述索鞍5安装在塔架的顶部及索塔的中横梁上，所述索鞍5包括索鞍座51、销轴52及索鞍轮53，所述销轴52沿横桥向延伸，所述索鞍轮53沿所述销轴52的长度方向并排设有若干个，且若干个所述索鞍轮53可转动地安装在所述销轴52上，同时，所述销轴52的两端固定所述索鞍座51上，以防止所述销轴52随所述索鞍轮53的转动而转动。此外，所述索鞍轮53沿顺桥向设有两组，以提高所述索鞍5对所述缆索1的支托及导向能力。所述索鞍座51的顶部还设有导向轮54，用于牵引所述吊装小车41的牵引绳经过所述导向轮54以提高吊装小车41行走的稳定性。

优选地，本申请的位于边跨现浇梁和引桥的相交处，且本实施例的塔架2优选采用钢管桁架结构，所述钢管桁架结构主要采用钢管桩构成。具体地，所述塔架2包括立柱21、平联22及斜撑23，所述立柱21采用钢管桩，所述平联22优选采用

另外，所述缆索1的两端经过所述塔架顶部的索鞍5后连接到地锚3处，通过地锚3来抵抗来自于缆索1的拉力，并传递给地基基础，能够为塔架2供良好的抗拉能力，以为所述缆索1提供良好的支撑能力。具体地，所述地锚3设于桥梁引桥的路线中心，且本实施例中的地锚3采用重力式砼锚碇31结构，其包括锚碇31及管桩基础32，所述管桩基础32埋设在锚碇31内，以对锚碇31进行承重防止其下沉，且所述锚碇31为可回填砂土的框架结构。所述锚碇31的框架结构内还设有用于浇砼的中间箱室33，并且将所述中间箱室33设于所述框架结构的对称中心，可有效地消除土体侧向压缩，防止所述锚碇31水平位移，从而提供被动土压力。所述管桩基础32包括多根直径为820mm承重钢管，以起到防止锚碇31沉降的作用。进一步的，本实施例中的承重钢管倾斜设置，所述承重钢管倾斜设置可提高所述锚碇31的防沉降能力。

另外在本实施例中，所述地锚3可为缆索提供420T的抗拉能力，同时，当所述吊装小车41所起吊的梁段重量大致为340T时，索塔其中一侧的吊装小车41及其起吊的梁段对索塔施加大致为1379T的水平力，同时施加大致为237T的竖向力，该竖向力可由索塔进行承担。由于索塔两侧同时施工或通过所述吊装小车41的配重框进行配重以平衡索塔两侧的水平拉力，继而确保索塔的结构稳定性，避免在施工梁端的过程中对索塔造成偏移的影响。

本申请创新地在斜拉桥上采用三跨缆索吊机，其利用缆索1吊跨度大、不受气候与地形条件限制的优势，实现所有梁段的垂直吊装，无需浮吊、大型滑梁、存梁支架配合，有利于控制工期，并且无需在桥面搭设大型提吊设备荷载，可有效地减少梁段匹配横向变形不一致造成的拼缝错台的问题，减少焊缝附加应力的危害，同时减少桥面其他临时荷载，有利于斜拉索索力、主梁线型控制。此外，本申请的三跨缆索吊机通过分别在对应在三跨桥段的缆索1上设置三组吊装小车41，可实现三跨桥段的同时施工，加快了施工进度，缩短施工时间，提高了施工进度。同时，在无需进行梁端的吊装施工时，吊装小车41的配重框内可施以适配重量的配重块以平衡索塔两侧的水平拉力，继而确保索塔在施工过程中的稳定性，减少索塔发生偏斜的情况。

本申请还涉及一种三块缆索1吊机的施工方法，所述三跨缆索吊机为前文中所提及的三跨缆索吊机，具体包括以下步骤：

首先，施工桥梁两侧的地锚3，在两侧地锚3位于边跨现浇梁和引桥的相交处架设塔架2，并利用两个索塔的中横梁安装所述三跨缆索吊机。具体地，在索塔施工至中横梁时，沿桥梁的顺桥向中心线依次安装所述三跨缆索吊机的塔架2、索鞍5、缆索1及运转机构4，所述塔架设于所述地锚3上并位于边跨现浇梁与引桥之间。

所述塔架2为临时塔架，其搭设在所述地锚3上并位于边跨现浇梁与引桥之间，安装前，可先在地锚处埋设预埋钢管24，随后在所述预埋钢管的基础上搭设塔架。所述索鞍5通过螺栓或贝雷销安装固定在所述塔架2的顶部及索塔的中横梁上，随后安装缆索1，所述缆索1的两端经两侧所述塔架的索鞍后连接到所述地锚处，且所述缆索1对应以两个索塔为划分点的三跨桥梁施工段各设一组所述运转机构4。

接着，在索塔施工完成后，每个索塔两侧的吊装小车41进行同步负重中以进行梁段的吊装，具体利用运转机构4吊装相应梁段在缆索1上滑移以安装就位，后进行拼装。

在本实施例中，全桥组合梁划分为A～H的10种类型，共91个节段，并且将本实施例中的两个索塔分别定义为1#索塔和2#索塔。三跨桥梁施工段的吊装采用流水作业法，即先安装1#索塔两侧的两个悬臂梁段，同时2#索塔的边跨处的运转机构4进行配重，接着再进行2#索塔两侧的两个悬臂梁段的施工，同时1#索塔的边跨处的运转机构4配重，每轮次吊装两个索塔两侧的各一梁段，共计四个梁段。

在1#索塔的梁段提吊安装就位、调整定位以确定当前梁段的位置后，安装劲性骨架并临时栓焊，同时安装斜拉索之后进行张拉，张拉完成后可松开所述运转机构4的起重系统对当前梁段的限制。随后进行2#索塔的梁段的吊装时，可同步进行1#索塔梁段的环焊、湿接缝以及二次张拉的施工。以此交替并根据上述梁段的拼装步骤对其他梁段进行拼装，当施工至中跨合龙段处时，需对桥梁两边跨处的运转机构4同时配重，直至将主梁全部梁段拼装完成。

另外，本申请的湿接缝可多道一起后浇，以优化施工工序，有利于工期的控制，同时桥面无其他荷载作用于新浇湿接缝，可有效降低其开裂的风险，提高桥梁的结构稳定性。

本申请的双塔双索面混合梁斜拉桥采用所述三跨缆索吊机进行施工，实现了所有梁段的垂直吊装，解决了现有边跨侧通航空间小，必须采用浮吊从中跨侧安装、滑移就位的问题，同时也无需设置存梁支架，避免支架荷载致使局部荷载过大导致梁段受力不均的问题，并且由于次边跨位于河道浅滩区以及跨大堤及堤内区域，运梁船无法直达梁段的正下方，而采用本申请的三跨缆索吊机无需搭设大型支架滑梁存梁，解决了支架搭设困难的问题，并且采用缆索1吊机来实现梁段的垂直吊装，无需在桥面上设立大型提吊设备荷载，可有效减少梁段匹配横向变形不一致造成的拼缝错台的问题，减少焊缝附加应力的危害，并且由于桥面荷载的减少，可有利于斜拉索索力、主梁线线型的控制。本申请的总体结构简单、施工方便快捷、施工速度快，缩短了施工时间，节约了施工成本。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。