斜拉橋鋼箱拱形塔安裝施工

黃健東

1 工程概況

本工程為山西大同市御河大橋，橋梁結(jié)構(gòu)為2×(3×35m)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁+(30m+60m+70m+80m+40m)無(wú)背索斜拉預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+2×(3×35m)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，橋梁全長(zhǎng)700m。主橋?yàn)檎鶚?，主橋橋面?42.5m。引橋?yàn)殡p幅橋，單幅橋面寬19m。

主橋(30m+60m+70m+80m+40m)為無(wú)背索斜拉預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主梁采用變截面預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁，雙箱六室結(jié)構(gòu)。全橋共設(shè)有三座拱形結(jié)構(gòu)橋塔，塔梁固結(jié)，自西向東分為低拱形塔(自橋面以上高34.801m)、中拱形塔(自橋面以上高44.631m)、高拱形塔(自橋面以上高 54.461m)，拱形塔均采用橢圓形，均向東傾斜35°角(見圖1)。

拱形塔為鋼箱結(jié)構(gòu)，內(nèi)填充C 40混凝土(塔頂無(wú)索區(qū)為空心鋼箱不填充混凝土)，每個(gè)拱形塔分為2×(A，B，C，D)四個(gè)節(jié)段，最大重量112.317 t(高塔C段)(見表1)。塔根部采用埋入式柱腳結(jié)構(gòu)將塔柱錨固于鋼筋混凝土主梁的腹板和橫梁內(nèi)，在塔梁固結(jié)段的鋼塔柱四周設(shè)置了預(yù)應(yīng)力鋼束。

全橋共設(shè)有 22對(duì)斜拉索(其中矮拱形塔6對(duì)、中拱形塔 7對(duì)、高拱形塔9對(duì))，梁上索距6m，塔上理論索距4.5m，采用鍍鋅平行鋼絲斜拉索，塔端采用錨管結(jié)構(gòu)，梁端采用錨塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行錨固，斜拉索張拉端設(shè)在梁上。

表1 主橋拱形塔簡(jiǎn)況表

2 施工方案比選

斜拉橋鋼箱拱形塔安裝在原設(shè)計(jì)施工方案中采用支架法原位逐節(jié)段吊裝，由履帶吊機(jī)配合分段吊裝;在主橋箱梁混凝土施工完成后，支架法施工流程:在混凝土箱梁橋面安裝支架→拱形塔鋼箱 B節(jié)段運(yùn)輸?shù)跹b→接縫施焊→采用同樣方法吊裝 C，D節(jié)段→最后吊裝拱形塔合龍段→掛索及灌注拱形塔內(nèi)混凝土→拆除橋面上安裝支架。

此方案的最大缺點(diǎn)是節(jié)段吊裝高度比較大，高塔從地面至塔頂達(dá)7+56=63m高，全為高空作業(yè)，對(duì)吊裝機(jī)械的要求比較高，必須采用大型起吊設(shè)備才能滿足此施工需求。

在本工程實(shí)施過(guò)程中，經(jīng)研究工作和論證后斜拉橋鋼箱拱形塔安裝采用橋面水平組拼成型，通過(guò)豎轉(zhuǎn)就位的方法成塔。豎轉(zhuǎn)法施工流程:在混凝土箱梁橋面安裝水平胎架→拱形塔鋼箱B節(jié)段運(yùn)輸?shù)跹b→接縫施焊→采用同樣方法吊裝C，D節(jié)段→拱形塔合龍段安裝→安裝轉(zhuǎn)體三角架→拱形塔豎向轉(zhuǎn)體施工→掛索及灌注拱形塔內(nèi)混凝土(見圖2)。

此方案的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)段吊裝高度大大地降低，在已澆筑完成的混凝土箱梁面上組拼鋼箱拱形塔，變高空作業(yè)為低空作業(yè)，能有效地保證拱形塔鋼箱的拼裝精度，加快施工速度，且無(wú)須采用大型起吊設(shè)備即可滿足鋼箱拱形塔安裝的施工需求。

3 鋼箱拱形塔現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工

3.1 拱形塔施工總體方案

拱形塔鋼箱在工廠制作加工后，先進(jìn)行節(jié)段預(yù)拼，預(yù)拼合格后分節(jié)段運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。拼裝 80 t龍門吊，施工梁體預(yù)埋拱腳A段。在主橋箱梁施工完成后，在橋面上搭設(shè)安裝臥拼支架，采用80 t龍門吊將其余分段吊裝拱形塔鋼箱節(jié)段在主橋橋面上進(jìn)行拼裝。主塔拼裝好后，利用轉(zhuǎn)體三角支架進(jìn)行豎向轉(zhuǎn)體將拱形塔安裝就位。

3.2 拱形塔施工工藝流程

1)施工梁體，預(yù)埋后拉錨點(diǎn)預(yù)埋件，預(yù)留拱腳 A安裝空間。2)吊裝預(yù)埋A段、精確定位。3)澆筑A段塔內(nèi)混凝土。4)梁體施工完成后，在箱梁橋面上安裝拱形塔拼裝的胎模。5)橋面上分節(jié)段拼裝拱形塔。6)安裝轉(zhuǎn)體三角架和后拉索。7)按照高、中、矮的順序先后豎向轉(zhuǎn)體三個(gè)拱形塔到位。8)按照設(shè)計(jì)要求安裝、張拉斜拉索和澆筑塔內(nèi)混凝土。9)拱形塔最終涂裝。

在施工工序 2)～工序 5)的同時(shí)進(jìn)行拱形塔鋼箱節(jié)段工廠制造，確保施工的順利進(jìn)行;在施工工序8)前，主橋斜拉索工廠制造應(yīng)該完成并運(yùn)達(dá)工地現(xiàn)場(chǎng)。

3.3 拱腳A段預(yù)埋

塔梁固結(jié)處的埋入式拱腳A段與支點(diǎn)處主梁空間布置十分復(fù)雜，拱腳定位準(zhǔn)確是保證拱形塔施工質(zhì)量的基礎(chǔ)，因此精確定位是拱形塔施工的關(guān)鍵因素。拱形塔A段與 B段預(yù)拼后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，焊接轉(zhuǎn)鉸?，F(xiàn)擬定為拱腳 A段后澆方案，即先澆筑梁體混凝土，在需安裝拱腳處預(yù)埋鋼板，留出供拱腳A段的安裝空間，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再吊裝拱形塔A段，利用千斤頂和調(diào)節(jié)絲桿精確定位，與預(yù)埋鋼板焊接固定，然后澆筑混凝土使得拱形塔和梁體成為一個(gè)整體。

3.4 拱形塔鋼箱節(jié)段橋面拼裝

拱形塔鋼箱節(jié)段由平板車運(yùn)輸至墩位處，采用龍門吊機(jī)起吊安裝。拱形塔鋼箱節(jié)段接觸面之間保證磨光頂緊，吊裝前應(yīng)對(duì)接觸面的平面光潔度進(jìn)行檢查，吊裝時(shí)小心輕放，防止產(chǎn)生撞擊而破壞接觸面。

在安裝拱形塔鋼箱節(jié)段前，采用打磨工藝確保四個(gè)角點(diǎn)的鋼板位于同一平面內(nèi)。打磨后在鋼板面畫出定位點(diǎn)，便于拱形塔鋼箱節(jié)段的精確定位。

利用預(yù)埋在橋面的鋼板，焊接胎模支架，支架高度控制在同一個(gè)水平面上。臺(tái)架采用φ500mm鋼管，底口與預(yù)埋件焊接。各鋼管標(biāo)高在同一個(gè)水平位置，與拱腳 A段轉(zhuǎn)鉸拼接后，各個(gè)節(jié)段地面在同一個(gè)標(biāo)高。

拱形塔鋼箱節(jié)段吊至安裝支架后，利用支架上的千斤頂進(jìn)行精確調(diào)位，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后將按設(shè)計(jì)和規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行段間接縫施焊。按照施工進(jìn)度安排，拱形塔的拼裝在 1月份左右，此時(shí)天氣寒冷，因此在焊接接頭位置搭設(shè)暖棚，保證周圍環(huán)境的溫度在 10℃左右，并注意合龍溫度與結(jié)構(gòu)尺寸的匹配和控制塔的拱軸線坐標(biāo)精度。

拱形塔拼裝完畢后，安裝三角支架及斜拉索。因本工程的龍門吊跨度大、凈空高、吊重大，高度每增加1m，給結(jié)構(gòu)的安全帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)，所以龍門吊只考慮拱形塔本身的拼裝高度，三角架部分采用汽車吊直接吊裝，現(xiàn)場(chǎng)散拼。這樣可以大大降低龍門吊的高度，也在很大程度上保證了龍門吊的結(jié)構(gòu)安全性。安裝轉(zhuǎn)體拉索和后拉油頂，在塔身上焊接簡(jiǎn)易爬梯和操作平臺(tái)。

3.5 拱形塔的轉(zhuǎn)體施工

拱形塔和三角架拼裝完成后，開始進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工。全橋三個(gè)拱形塔轉(zhuǎn)體設(shè)置兩個(gè)后拉點(diǎn)，矮塔后拉點(diǎn)設(shè)在 P7墩橫梁處，中塔、高塔后拉點(diǎn)設(shè)在 P8墩橫梁處。利用鋼絞線連接三角架和后拉點(diǎn)的活動(dòng)鉸，以連續(xù)千斤頂做動(dòng)力，將拱形塔豎向轉(zhuǎn)體到位，固結(jié)。轉(zhuǎn)體施工先轉(zhuǎn)體高塔，再轉(zhuǎn)體中塔，最后轉(zhuǎn)體矮塔。

轉(zhuǎn)體步驟如下:

步驟一:轉(zhuǎn)體前的準(zhǔn)備工作。安裝轉(zhuǎn)體拉索和后拉點(diǎn)，檢查油頂、油表和各連接部位。對(duì)于焊縫連接處采用無(wú)損探傷，其檢測(cè)等級(jí)和質(zhì)量達(dá)到要求后方可進(jìn)行轉(zhuǎn)體。各銷軸連接部位重點(diǎn)檢查銷軸保險(xiǎn)裝置的安裝和銷軸的靈活性。做好轉(zhuǎn)體前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

步驟二:轉(zhuǎn)體過(guò)程。利用連續(xù)千斤頂做動(dòng)力，通過(guò)轉(zhuǎn)體拉索連接三角支架，將拱形塔轉(zhuǎn)體就位。轉(zhuǎn)體過(guò)程注意油表數(shù)值變化，如有異?，F(xiàn)象應(yīng)立即停止，待查明原因后方可繼續(xù)。如遇到大風(fēng)等惡劣天氣，需要暫停施工，采取相應(yīng)措施。

步驟三:轉(zhuǎn)體就位、固結(jié)。拱形塔轉(zhuǎn)體到設(shè)計(jì)位置后，及時(shí)與拱腳預(yù)埋段固結(jié)。

步驟四:拆除轉(zhuǎn)體三角架和拼裝胎模。

步驟五:設(shè)計(jì)要求安裝兩對(duì)斜拉索，并進(jìn)行初張拉。

3.6 箱內(nèi)混凝土澆筑施工

按設(shè)計(jì)要求分段澆筑鋼箱內(nèi)混凝土，并掛設(shè)其余斜拉索，在混凝土澆筑時(shí)隨時(shí)監(jiān)測(cè)支架的使用狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

大同御河橋鋼箱拱形塔采用水平拼裝成整體、豎向轉(zhuǎn)體架設(shè)就位的技術(shù)進(jìn)行施工，能有效地減少高空作業(yè)對(duì)鋼箱拱形塔拼裝精度和難度的施工影響，保證鋼箱拱形塔的拼裝施工質(zhì)量。采用豎轉(zhuǎn)法進(jìn)行拱形塔鋼箱施工，不但可減少拼裝高度和難度，同時(shí)也能加快施工進(jìn)度，為今后同類橋梁工程的施工提供寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

[1] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB/T 14370-2000，預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和聯(lián)結(jié)器[S].

[3] 吳小鋒，姚 波.忠縣長(zhǎng)江大橋斜拉索施工工藝[J].山西建筑，2009，35(18):307-308.