泰州大橋中塔安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

劉建波，張永濤，游新鵬，楊炎華

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430040；2.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430040）

1 工程概況

泰州大橋主橋?yàn)椋?90+1 080×2+390） m的三塔兩主跨連續(xù)鋼箱梁懸索橋，其中中間塔為縱向人字型鋼塔，主要結(jié)構(gòu)形式及斷面尺寸見圖1。

中塔除上下橫梁外，沿高度方向分為21個(gè)節(jié)段，依次為D0~D20，其中D0~D3節(jié)段數(shù)為4個(gè)，D4~D20節(jié)段數(shù)為2個(gè)。同時(shí)全塔沿高度方向設(shè)置有4道調(diào)節(jié)縫，分別為J1、J4、J6和J16，其它一般節(jié)段接縫均有金屬接觸率要求。通過對國內(nèi)外吊裝設(shè)備比選研究，鋼塔D0~D5和下橫梁節(jié)段采用大型浮吊吊裝，D6~D20和上橫梁節(jié)段采用MD3600塔吊吊裝。鋼塔一般節(jié)段吊裝需滿足金屬接觸率要求外，在永久連接完成后要對當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行評估，將評估數(shù)據(jù)返回加工制造廠家，對后續(xù)節(jié)段制作提供參考數(shù)據(jù)。非一般節(jié)段（調(diào)整節(jié)段）在吊裝前需設(shè)置合理的墊片方案，其吊裝施工流程如圖2。墊片方案的設(shè)置是通過鋼塔當(dāng)前線性誤差、后續(xù)節(jié)段預(yù)拼裝誤差和測量環(huán)境因素引起誤差綜合分析得出的。

中塔因其單個(gè)節(jié)段重量大、架設(shè)高度高、定位及測量難度大和施工環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，在施工過程中主要存在以下難點(diǎn)：

1） 鋼混結(jié)合段施工。鋼塔與混凝土塔座結(jié)合段是整個(gè)鋼塔受力的關(guān)鍵部位，其施工質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到鋼塔的使用壽命，需要確定合理的施工方案。

2） 合龍段（D4）安裝施工。鋼塔由下塔柱4個(gè)塔肢過渡至上塔柱2個(gè)塔柱形成人字型，合龍段是鋼塔人字型的過渡段，同時(shí)也是橫梁連接位置。合龍段安裝需同時(shí)與對應(yīng)的2個(gè)下塔柱D3節(jié)段頂口進(jìn)行匹配連接，同時(shí)需兼顧橫梁以及上塔柱D5節(jié)段連接，也即精確定位需同時(shí)兼顧4個(gè)匹配口，安裝難度非常大。

3） 上橫梁安裝施工。上橫梁沿其長度方向分為4段進(jìn)行逐次吊裝，先將節(jié)段吊裝至臨時(shí)支架上，然后精確調(diào)整節(jié)段高程和平面位置。由于支架結(jié)構(gòu)高，其結(jié)構(gòu)受力和變形對荷載敏感，且操作空間狹小，安裝施工困難。

2 鋼混結(jié)合段施工

2.1 鋼混結(jié)合段施工方法研究

鋼塔與混凝土塔座結(jié)合段是整個(gè)鋼塔受力的關(guān)鍵部位。通過查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，結(jié)合段的施工方法大致有3種：承壓板預(yù)埋法、混凝土底座預(yù)制打磨法和承壓板后注漿法。在施工現(xiàn)場，分別進(jìn)行了模型試驗(yàn)，塔座模型見圖3。

通過模型試驗(yàn)，對3種方法從施工難易程度、質(zhì)量及可操作性進(jìn)行了對比分析，其對比如表1所示。

表1 鋼混結(jié)合段3種施工方法綜合對比

從表1分析得出，鋼混結(jié)合段采用承壓板后注漿法更容易保證施工質(zhì)量，且滿足設(shè)計(jì)提出的70%支撐面的要求，故在工程實(shí)施中采用此方法。

2.2 鋼混結(jié)合段施工工藝研究

2.2.1 漿體材料研究

漿體材料的強(qiáng)度指標(biāo)是進(jìn)行漿體配合比設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，材料的性能指標(biāo)見表2。

表2 漿體材料的性能指標(biāo)

由表2，在進(jìn)行多種試驗(yàn)對比研究的基礎(chǔ)上，漿體的配合比最終確定為：水泥∶外加劑∶水=1 570∶44.75∶386，28 d后試件的抗壓強(qiáng)度達(dá)到108.6 MPa。

2.2.2 壓漿施工工藝研究

為保證D0節(jié)段鋼混結(jié)合面壓入的水泥漿飽滿，承壓板與塔座頂面四周間隙采用L100角鋼與預(yù)埋角鋼焊接，錨固螺桿與承壓板上的螺孔空隙用硅膠與環(huán)氧砂漿填塞。待封堵完成后進(jìn)行水密性試驗(yàn)，直至滿足要求為止。

漿體壓漿孔道是由主壓漿孔道、排水孔道和排氣孔道3部分組成，其平面布置如圖4。主壓漿孔道將漿體灌入鋼混結(jié)合部位，排水孔道排出艙內(nèi)空氣、觀察漿液質(zhì)量及測量漿液排漿量，而排水孔道是用來清洗管道、承壓板和塔座頂面，并將污水排盡。

2.2.3 鋼混結(jié)合段壓漿施工

鋼混結(jié)合段漿體壓漿的施工流程如圖5。

3 合龍段安裝施工

鋼塔合龍段底面、側(cè)面、頂面分別與D3節(jié)段頂面、下橫梁側(cè)面、D5節(jié)段底面相連，多平面相互匹配增加了該節(jié)段的安裝、定位難度。同時(shí)合龍段在吊裝過程中還受環(huán)境溫度、縱向水平分力、節(jié)段制造誤差、現(xiàn)場安裝誤差等因素的影響。

3.1 合龍時(shí)機(jī)的確定

合龍口的形態(tài)隨溫度的變化發(fā)生改變，為準(zhǔn)確掌握溫度變化對合龍口的影響，對合龍節(jié)段的溫度和形態(tài)進(jìn)行晝夜連續(xù)觀測。合龍口節(jié)段在順橋和橫橋兩個(gè)方向上的截面溫差監(jiān)測如圖6～圖7。

根據(jù)不同時(shí)段鋼塔的溫度場與節(jié)段頂面控制點(diǎn)幾何測量數(shù)據(jù)對合龍口的形態(tài)進(jìn)行分析，最終確定選在截面溫差較小的時(shí)刻進(jìn)行合龍口的永久連接。

3.2 頂推系統(tǒng)

鋼塔D0~D3節(jié)段在縱橫兩個(gè)方向上的傾斜度分別為1∶4和39∶1 920，在重力作用下會引起塔柱內(nèi)傾，再加上制造與架設(shè)誤差，需對合龍口的間距進(jìn)行調(diào)整，才可與D4節(jié)段底口順利進(jìn)行匹配。頂推系統(tǒng)由縱、橫向各兩道水平撐和安裝在水平撐端部的千斤頂組成，合龍口縱橫向頂推系統(tǒng)見圖8。

3.3 合龍段安裝調(diào)位

合龍段需要同時(shí)與4個(gè)面進(jìn)行匹配，調(diào)位內(nèi)容包括節(jié)段水平位置、高差和平面扭轉(zhuǎn)。因此在D3節(jié)段頂口和D4節(jié)段底口分別設(shè)置反力牛腿，其間布置三向千斤頂實(shí)現(xiàn)合龍節(jié)段的精確調(diào)位。圖9為合龍段的吊裝。

4 上橫梁安裝施工

由于上橫梁長26 m、高10 m，總重量為415 t，架設(shè)高度超過190 m，諸多因素均增大了結(jié)構(gòu)安全施工的風(fēng)險(xiǎn)。施工中考慮將上橫梁等分為4個(gè)節(jié)段，不僅降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)單個(gè)節(jié)段的重量也滿足MD3600塔吊的吊重要求。

上橫梁節(jié)段采用對稱逐段吊裝方法，先吊裝與上、下游塔肢相鄰的兩個(gè)節(jié)段，然后再吊裝中間節(jié)段，最后對上橫梁節(jié)段進(jìn)行調(diào)位、連接，具體操作流程如下：

1）上塔肢頂推。利用全站儀測量上下游D20節(jié)段相對距離，考慮溫度、其它臨時(shí)荷載因素后，確定最終頂推量。通過對上塔肢水平撐將D20節(jié)段相對距離頂至設(shè)計(jì)理論距離，然后將水平撐與上塔肢連接，確保D20節(jié)段相對距離不發(fā)生改變。

2）節(jié)段吊裝控制。在上橫梁節(jié)段和D20節(jié)段設(shè)置測量控制點(diǎn)，利用全站儀對控制點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)對齊和高程相等的方法，確保節(jié)段在長度和高度方向不會產(chǎn)生錯位、扭轉(zhuǎn)。

3）上橫梁調(diào)位、連接。在4個(gè)節(jié)段全部吊裝完成后，利用安置于臨時(shí)支架上的三向千斤頂對上橫梁進(jìn)行整體調(diào)位。待精確調(diào)位完成后，采取“先中間、后兩邊”的原則將上橫梁與上塔肢連接。

5 結(jié)論

泰州大橋中塔于2010年3月31日完成上橫梁吊裝，經(jīng)竣工測量檢測，鋼塔的架設(shè)精度達(dá)到了1/19 591，遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)規(guī)定1/4 000的精度要求。通過總結(jié)鋼塔安裝技術(shù)，得出如下研究結(jié)論：

1）鋼塔鋼混結(jié)合段具有雙向傾斜度，采用承壓板后注漿的施工方法。該方法操作簡易，人為因素少，且質(zhì)量容易保證，在實(shí)踐中取得良好效果。

2）鋼塔合龍段與多個(gè)節(jié)段進(jìn)行匹配，施工復(fù)雜。通過掌握溫度與合龍口相態(tài)的相互關(guān)系，確定合理的吊裝時(shí)機(jī)，在對合龍口形態(tài)精確調(diào)位的基礎(chǔ)上，順利實(shí)現(xiàn)合龍段的安裝。

3）針對上橫梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取分塊對稱吊裝的方法和合理的控制措施，保證了鋼塔的整體線性。

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