本桥缆索总体布置为三跨一组承重天线,长寿端边跨115m,涪陵端边跨145m,中跨度655m,设计吊重为70t,两旁架设两付吊重为5t的工作索道。主索道承重绳选用6∮55日本产密封式钢丝绳,工作索道承重绳选用国产∮47.5钢丝绳。主索道用于吊装主拱箱、墩上立柱及盖梁以及预制车道板等。工作索道用以解决部分混凝土浇注和材料、机具、人员等运输。两端塔架利用万能杆件组拼,长寿端高56m,涪陵端高66m,两端各布设轻型桩板式地垅一个。
4.5主拱箱施工
4.5.1主拱箱预制
拱箱预制场设在5#~6#墩并紧靠6#墩,场内设15个拱胎,3个用于预制中段,6个用于预制次边段,6个用于预制边段。利用万能杆件组拼龙门吊桁车用以运输移存拱箱;为减少场地的租用和大量挖填方,拱箱两层堆码储存。为确保5#~6#墩跨拱箱顶段正起吊、正合拢,在该跨跨中位置另设一组与中轴线垂直的储存场。
按布置规划的场地,夯实拱胎。施工中准确按标高布设,夯填坚实、牢固,并预留出穿拱箱吊点处吊具、脱模打顶的槽沟位置。
主拱箱分五段预制组装,先平卧预制腹板与横隔板,再在拱胎上按常规组装将腹板、横隔板立放在拱胎上焊接成若干格,现浇底板混凝土,再现浇腹板、横隔板间的接缝混凝土使之形成开口箱,最后现浇顶板混凝土,形成封闭箱。组装施工过程严格控制接头倾角、连接角钢位置准确,成型后的弦长误差不超过6mm。
养护顶板混凝土强度达设计的100%后用千斤顶顶升脱落,用龙门吊桁车移至储存场。
4.5.2主拱箱吊装
先吊装左右线相邻最近拱片,合拢后用型钢连锁,形成一个稳定的“桁架拱”结构,辅以横向缆风绳再松开吊扣索,待全桥“桁架拱”形成后,其它辅助箱遵守相邻孔合拢片数相差不大于1的要求依次往外,左、右对称吊装合拢。
4.5.2.1横向临时连接结构设计
横向临时连接结构是将紧靠桥轴线的两肋拱片固接,并辅以缆风绳,以便形成稳定的“桁架拱”结构后拆除吊扣索,因此设计应有足够的刚度,将两片合拢后的拱肋连接在一起以增强横向刚度,控制两拱箱平面尺寸不变形,及其在风力作用下共同受力达到稳定。据此,上、下均横梁采用2[22组成“Ⅰ”字构造,上横梁焊在拱肋顶板预埋钢板上,中部采用万能杆件组拼与上横梁形成桁架结构,将两肋拱箱牢固连接。安装在每跨边段顶端与次边段顶端第一个横隔板及中段中央共5处。
4.5.2.2扣索系统及扣塔设计
该桥主拱箱分五节段吊装,扣索分上扣索、下扣索,扣索索力据绳索整体布置计算结果分别是上扣索为103.5t,下扣索为42t,拟定上下扣索分别采用4∮43和2∮34钢丝绳。
拱箱预制场选择在5#~6#墩间,墩柱盖梁顶离地高达94m,拱箱起吊过扣索高度较大,无法采用歪拉迈过扣索,只能选择穿扣方案,所以上、下扣索均应设置有一定宽度(2.5m)扩张装置,以利拱箱能从扣索中间提起。
长寿岸有小工作索道牵引、起重绳影响,扣索在平面位置上应有能躲过工作索道起重、牵引绳的宽度,且两岸路基上有众多的预制件(拱上立柱及其盖梁),扣索不能直接从地面引出,故扣索对称布置在主索两侧8m处,挂托索轮从塔架上引出。
由于索道跨度大,次边段扣索的水平夹角过小(约为10°),故主墩立柱盖梁上需设扣塔增加扣索角度以减小扣力。据此,在4#~8#墩设万能杆件组拼的移动式扣塔,高度8m,以便拱箱能通过扣塔,塔顶设水平撑梁,用以支承及扩张上扣索,墩柱盖梁上设置下扣索支承及扩张装置,上下扣索扩张宽度2.5m,扣塔下部锚固在墩柱盖梁上,顶部四周设∮15.5缆风绳,拉在相邻墩帽上,扣塔采用工作索道吊运移动。
因拱箱吊装时,箱就位后的平面空隙只有4cm,无法采用传统的捆扎式吊装与扣挂拱箱,拱箱预制时埋设吊孔,开发设计吊扣直接转换的吊带式扣挂系统。
本桥上下扣索均采用从主地垅引出的通扣布置,扣索均用2×1000m绳,采用双头滑车连接。
扣索在拱箱吊装时,因穿塔架的次数较多,且扣索较长,工作量极大,布置时宜尽量减小退绳长度。
4.5.2.3缆风系统设计
该桥设计风速27.9m/s,拱箱吊装采用双单基肋合拢,横同风力达44t,稳定性较差。因此设计安全能提供拱箱横向稳定的浪风系统是必不可少的。
缆风设计原则上应尽量少,且对称布置,缆风绳要短,能提供足够的拉力且变形量小,要与桥轴线夹角尽量大与地面的夹角尽量小,且两边长度、角度尽量对称。但该桥桥址地形地貌极差,均无法满足上面关于风缆布置的一般基本要求。
据现场实际情况,布设的左右浪风长度,角度相差较大,且设置于拱箱下,拱箱易扭转,同时长度过长(约250m),受力差,竖角度大(约30°),为此,分别计算各绳索受力情况,施工中采用传感器测设初张力,使每根缆风绳达到设计的初张力,确保拱箱吊装施工系统有较好的稳定作用。单片拱合拢时共设置4对浪风,每对浪风拉力按11t水平力设计,采用2∮19.5钢丝绳。
地垅设计是按每个地垅上设4组浪风,共计拉力76.8t,分4个3∮16预埋环设计预埋。浪风地垅一律采用桩垅,桩径为2~2.5m,深度为3~5m。
该桥缆风设计具有如下特点:①风速达27.9m/s,风力达44t;②地形地貌条件差,左右浪风长度、角度相差太大;③浪风设置于拱箱下缘,拱箱易扭转;④浪风长度过长(达200多米),受力条件差,竖直角大(达30多度),扣力增加较大。
4.5.2.4吊装工艺原则
主拱箱吊装原则:不歪拉,不斜吊,正穿扣,正合拢。
拱箱吊装程序:边段拱肋吊装及扣挂,次边段拱肋吊装及扣挂,中段拱肋吊装及合拢。
拱箱扣索布设原则:边段拱肋扣索通过墩上立柱采用通扣,次边段拱肋扣索通过墩柱上移动式扣塔进行通扣。
拱箱吊装跨序:涪陵岸跨(8#~7#墩跨)→6#~7#墩跨→长寿岸跨(4#~5#墩跨)→5#~6#墩跨拱箱。
拱箱吊装片序:先吊装左右线相邻最近的两肋拱片,而后依次往外,遵守相邻孔合拢片数相差不大于1的原则左、右对称吊装。
拱箱吊装段序:边段→次边段→顶段并左右对称。
拱箱合拢原则:严格采用边碰中合拢顺序。
浪风绳布置原则:浪风绳与桥轴线水平投影的夹角大于50°,与地面夹角小于20°。
拱箱吊装准备:①高架索道试吊,按设计吊重的70%、100%、130%进行,对塔架、地垅等缆索吊装系统验收合格后进行主拱箱吊装;②预制拱箱从长、宽、高、中线及预埋件进行质量检查;③拱座混凝土平整凿毛,标出拱肋安装位置台口线及中线;④测量计算拱肋长度与拱座间净跨的施工误差,确定钢垫板厚度;⑤对吊装拱箱在其端头及拱肋顶部作中线观测标记,拱段前端头设高程观测标尺,对合拢段拱箱的纵向中部设水平标尺,以便按三角网布设的设计跨中控制点进行跨中观测。
拱箱吊装观测:①采用测主缆索跨中垂度以计算主索拉力;②应用位移值观测地垅的安全;③用经纬仪观测塔架位移;④用水平仪观测拱肋高程,一般观测接头和拱顶标高,用以控制合拢过程中拱箱抬高量扣松和合拢;⑤用经纬仪观测拱箱吊装合拢过程中的墩顶水平位移,必须满足设计要求的情况下进行拱箱吊装。
主拱箱吊装合拢是施工中的重点、难点。经过工程实践,只要在施工中制定切实可行的安全措施,加强拱肋的横向稳定,稳妥地制定施工工艺和拱箱合拢方案,是可以完成单箱合拢的。
4.6拱箱接头与纵缝、垫梁混凝土
单线拱箱合拢后,即可浇注浇注拱箱间纵缝混凝土、拱箱顶板现浇层混凝土(为减轻吊装重量,拱箱顶板减薄10cm)及垫梁混凝土。浇注前应对拱圈的接头、跨中及1/8跨径处的高程全面复核,以对拱箱沉落成拱情况有进一步的了解,并做详细记录。混凝土集中在两端引桥上拌合,用工作索道吊运混凝土浇注。浇注顺序为由两拱脚至拱顶,横向先中间后两边,左右对称,四孔同步,均匀加载,严防拱箱纵向失稳。