悬索吊桥设计与施工
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摘要：本文介绍了在山区高速公路桥梁施工中用到的施工吊桥的理论设计计算，吊桥材料的选用，吊桥的施工、安装工艺。
关键词：山区高速公路吊桥施工
1、引言
在山区高速公路施工中会遇到一些在山谷中的桥梁，桥梁上部结构采用现浇挂篮施工且墩柱比较高，按照一般施工方法在，为了减少泵送混凝土的高差压力和人员上下结构物的方便，减少人员从驻地到墩底的时间，往往利用地形修建吊桥到墩顶。因此悬索吊桥在以后的山区施工中会经常应用到，在此将我项目施工的吊桥施工设计方法及应用进行叙述，为今后类似的工程提供参考。
2、吊桥应用背景
在浇筑唐家湾T构混凝土时因地泵处在主墩底部高差有70多米高，在浇筑混凝土过程中经常出现堵管、爆管等现场，人员上下班的时间也长，为了确保唐家湾特大桥T构施工顺利进行及加快施工进度，因墩顶与3#便道处高程接近，拟将在左幅0#块与3#便道之间修建一座悬索吊桥。
3、便桥的用途及便桥布置图
唐家湾悬索吊桥主要用作铺设浇筑T构块件的地泵管道及施工人员的上下通道。地泵管直径为12.5cm、壁厚5.5mm，施工人员按每米一个人布置，木板满铺，侧面采用铁丝网进行防护。
索道桥布置图如下：
侧面图
截面图
4、便桥设计计算
4.1荷载计算
钢丝索重量，根据材料手册有9根ф28mm钢丝索单位重：0.31kN/m；
根据厂家数据泵管每米重17kg，
泵管及管内砼重：0.17+3.14*0.125*0.125/4*26=0.49kN/m；
施工人员重，人自重取80kg，人员载重取50kg，单位重：1.3 kN/m；
索道上方木厚5cm，宽2m，方木根据《路桥施工计算手册》P172页取6kN/m3，铁丝网取每米重量为0.2kN/m。
木板及铁丝网单位长度重：2*0.05*1*6+0.2=0.8kN/m；
总线荷载q=0.31+0.49+1.3+0.8=2.9kN/m。
4.2索道应力计算
根据索道设计图有两支点高差C为17m，矢高f为4m，索长方向的集度q为2.9kN/m，跨径l为95m。根据《路桥施工计算手册》P620页公式有：
由以上数值可知最大应力发生在索道的高点处，值为879.7kN。
钢丝绳采用ф28mm的钢芯钢丝绳，最小破断拉力为435KN。吊桥共采用9根钢丝绳承重。9根钢丝绳的总破断拉力F=435*9=3915KN，安全系数3915/879.7=4.45>3.5满足要求。
4.3锚固墩计算
锚墩采用承台接桩基础形式，设计图如下：
纵剖面图
立面图桩基受力模型图
桩基础采用C30混凝土，HRB335钢筋，钢筋间距15cm，直径为28mm，桩长16m。根据《混凝土结构设计规范》C30混凝土的轴心抗压强度，轴心抗拉强度，地上承台与桩基接触面积A1=2.4m2。
锚墩抗剪应力计算：
桩基的抗弯应力计算：桩顶受到的水平力为索道的低点拉力即F=831kN，不考虑顶上承台的水平摩擦阻力，在水平方向的力全部通过桩基侧面的土压力平衡，弯矩考虑承台桩基自重对桩基产生的弯矩，由图可知混凝土方量为54m3，土压力为线荷载p=831/16*2=103.9kN/m，以桩基弯矩的支点为O点建立弯矩方程如下：
，x为A点到计算截面的桩长，G为混凝土重量，对该方程求导可得，令M’=0，可得x=8m，即在桩基中间处弯矩最大，最大值=893.2kN.m，桩基配筋如下：
桩基钢筋的受拉作用力臂取170/4=42.5cm，受拉区钢筋总面积A=Mmax/0.425/235*10=89.5cm2,一根28mm的钢筋的截面积为6.16cm2，需要钢筋根数n=89.5/6.16=15根，根据配筋布置图可知满足要求。
4.4、水平风荷载按下式计算：
作用于吊桥上的水平风荷载，按下式计算
Wk=0.7µzµsW0
式中 Wk――风荷载标准值（KN/m2）；
µz――风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GBJ9）规定采用，按规范表7.2.1取，µz＝1.67；
µs――风荷载体形系数，按《建筑结构荷载规范》取值；µs本计算中取1.3；
W0――基本风压（KN/m2），按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GBJ9）规定采用；本计算中按西昌市50年一遇，取W0＝0.3。
Wk=0.7µzµsW0
=0.7×1.67×1.3×0.3
=0.46KN/m2
最大水平风力为: 按吊桥长取95m长，1.5m高。
隔30m安装一道风缆，风缆成对称布置，风缆绳采用ф16mm的钢丝绳，钢丝绳最小破断拉力为133kN，风缆绳与索道截面成30度角布置。根据桥长可知共设置2道缆风绳，缆风绳受到的拉力F=65.6/cos(30°)=75.7kN
5、便桥施工
5.1施工用材料
根据便桥设计要求ф28mm的钢丝索的最小破断拉力不小于435kN，钢丝索要符合国标《GBT 20118-2006 一般用途钢丝绳》的标准，每根钢索通长；端头锚固连接U型绳夹采用型号为ф28mm，质量应符合《GBT5976-2006钢丝绳夹》的标准，木板采用5cm厚松木板，木板要求采用新木板，不能用断裂的和腐烂的木板进行底板铺设。
5.2吊桥安装
索道安装工艺如下：
桩基础施工锚固墩承台施工索道安装索道锚固铺设木板(槽钢)安装侧面防护铁丝网安装风缆绳安装从吊桥到0#块的人行步梯步梯防护安装钢管柱安装
桩基础及承台施工安装规范要求进行施工，在这里主要介绍索道的安装，索道采用卷扬机进行安装。
根据索道应力计算公式可知，拉拽钢索的力大小为9t，因此采用10t卷扬机进行钢索安装。钢索通过塔吊吊到0#块上，钢索从0#块内腹板上的预留孔穿出后通过卷扬机的钢丝绳把端头拉到锚固墩的位置，由人工辅助钢索穿入锚固墩，锚固墩利用钢丝绳夹（U型扣件）按照下图进行布置和拧固，在锚固端利用两根40工字钢焊成锚箱，通过直径为7cm的销子进行锚固，然后再用C30砼浇筑封锚。
索道安装完成并将底面5根钢丝索调整到水平后铺设底板，在木板上钻孔通过铁丝与钢索固定，每铺设5m用10cm槽钢通过U型扣与钢索固定，使钢索形成整体，在铺设底板时侧面的防护铁丝网同步跟进，铁丝网必须与底板的木板、槽钢连接牢固。
6、便桥使用安全措施
为了保证钢索吊桥的施工安全，制定如下措施：
6.1、严格按照设计图纸进行吊桥的安装，吊桥的矢高不能小于3.5m；
6.2、钢索锚固采用U型扣件进行锁定，每根钢索的端头U型扣件不得少于5个，严格按照《钢丝绳夹》国标要求进行安装；
6.3、铺设木板必须通过U型扣件或铁丝固定在每根接触的钢索上，所有木板通过马蹄钉连接成整体；
6.4、每隔5m用10cm的槽钢通过U型扣与钢索固定，以保证底下5根钢索形成整体；
6.5、侧面的钢丝网必须与底板上铺设的木板和槽钢连接牢固；
6.6、及时清理在便桥上的其他杂物，减轻便桥的负荷；
6.7、每天在工人上下班的过程中对钢丝索、锚固端进行检查，发现异常及时通知项目工程技术人员；
6.8、对铺设的木板、防护网每天进行检查，对破损的、不符合要求的及时进行更换；
6.9、人行步梯必须与0#块顶的锚固型钢连接牢固，随时进行检查，步梯四周用钢管或钢筋进行封闭，并用安全网进行围挡；
6.10、为了减少吊桥的晃动，增大吊桥的安全系数在离锚固墩30m处增加一钢管柱，墩柱使用直径为30cm壁厚为1cm的无缝钢管，基础采用C30混凝土基础；
7、结束语
通过采用悬索吊桥，节约了地泵管输送距离、降低地泵浇筑混凝土的高程，减少了人员从驻地到墩底的上下班时间，节约了工程的施工成本、加快了工程的施工进度。
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