大蒸港彎曲紡錘形鋼主塔施工技術(shù)

向 科

(中鐵二十四局集團有限公司，上海 200070)

大蒸港彎曲紡錘形鋼主塔施工技術(shù)

向 科

(中鐵二十四局集團有限公司，上海 200070)

以大蒸港曲線、紡錘形鋼主塔為研究對象，通過優(yōu)化鋼主塔廠內(nèi)制作、現(xiàn)場吊裝方案并結(jié)合現(xiàn)場鋼主塔的線性和內(nèi)力監(jiān)控等措施，保證了鋼主塔的施工精度，也為同類鋼塔的施工提供了一些有益的參考。

矮塔斜拉橋 鋼主塔 施工精度

1 工程概況

大蒸港矮塔斜拉橋是上海市A15高速公路工程中的三座大橋之一，是整個工程的重要控制節(jié)點。主塔設(shè)計成紡錘形鋼結(jié)構(gòu)，主塔塔高24 m，順橋向塔頂與塔底均寬6 m，中間收至4.5 m;橫橋向塔寬2 m。塔柱界面為八邊形，內(nèi)設(shè)井字形加勁，順橋向兩側(cè)設(shè)鋼錨箱，分離固定式布置，斜拉索錨固于塔內(nèi)兩側(cè)的鋼錨箱上，中間預(yù)留檢修通道，周圍澆筑微膨脹混凝土。由于該橋平面上處于半徑R=3 000 m的緩和曲線上，斜拉索對于主梁有徑向分力，為了消除恒載下斜拉索徑向分力產(chǎn)生的主塔橫橋向彎矩，主塔在橫向傾斜布置，向外側(cè)傾斜4°，塔頂向平面凸向偏971 mm。鋼主塔處橋梁橫斷面如圖1所示。

圖1 鋼主塔橫斷面(單位：mm)

斜拉索采用單索面斜拉索，扇形索面布置形式，每個塔兩側(cè)各6對索，全橋共24根。梁上的標(biāo)準(zhǔn)索距為8 m，塔上標(biāo)準(zhǔn)索距為 1.5 m，傾角為 18.3°～31.3°。每根斜拉索受力達(dá)11 000 kN，采用349-φ7 mm高強平行鋼絲，兩端采用冷鑄錨。索外包擠彩色PE防護(hù)套，并采用雙螺旋線，兩端設(shè)內(nèi)置式減震器。

斜拉索在鋼主塔內(nèi)直接錨固在鋼錨箱上，索力通過錨墊板傳至錨箱腹板，再傳至主塔內(nèi)兩道縱向加勁腹板，傳至塔壁。主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)預(yù)埋鋼套筒于錨固端，斜拉索錨固于混凝土錨固端，直接傳力至主梁。

2 弧形紡錘鋼塔施工精度控制技術(shù)

主塔具有八角形截面、向曲線外側(cè)彎曲和縱向弧形的特點，此種獨體組合結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外均非常罕見，加工和安裝難度很大。另外，鋼塔的焊接工藝和定位測量技術(shù)也是施工中的重點。

為了滿足工程加工和拼裝精度的要求，主塔采用專業(yè)加工廠分段加工、預(yù)拼、調(diào)整、涂裝，再拆散分段運至現(xiàn)場，分段吊裝到位，專業(yè)焊接連接，分段澆筑混凝土，最后進(jìn)行除銹和防腐涂裝的方法。

施工中，為了保證主塔安裝精度的要求，采用三維空間定位技術(shù)，對在鋼結(jié)構(gòu)工廠拼裝完成的主塔進(jìn)行拼裝觀測，保證主塔施工精度在允許偏差范圍之內(nèi)。鋼主塔施工流程見圖2所示。

2.1 鋼主塔廠內(nèi)制作

考慮到主塔廠內(nèi)制作、堆放、運輸以及現(xiàn)場吊裝的需要，將多個節(jié)段在工廠內(nèi)焊接成單個吊裝單元，減少現(xiàn)場焊接施工，從而提高精度。主塔共分5個節(jié)段，為了滿足施工精度的要求，各段的基本尺寸允許偏差如表1所示。

另外，為了精確組裝臨時定位匹配件，保證定位后達(dá)到精確定位的目的，在鋼箱節(jié)段接口處四角內(nèi)壁安裝有定位插銷，在鋼箱節(jié)段吊裝到位后，將插銷插入定位件。

圖2 鋼主塔施工流程

表1 分段基本尺寸允許偏差

2.2 鋼混組合段施工

為了提高鋼主塔施工的精度，在鋼主塔與混凝土箱梁之間設(shè)鋼—混凝土結(jié)合段，鋼混結(jié)合段中的鋼結(jié)構(gòu)部分由錨固箱、鋼支架和定位預(yù)埋件3部分組成。鋼支架通過M20高強螺栓與定位預(yù)埋件連接，定位預(yù)埋件定位于混凝土箱梁勁性骨架上。定位預(yù)埋件、鋼支架和一部分錨固箱埋在混凝土中，錨固箱伸出混凝土箱梁頂面0.211 m，與鋼主塔節(jié)段連接，以提高施工精度。

2.3 鋼主塔施工

考慮到每段鋼塔都具有四個方向彎曲的特點，且最大節(jié)段質(zhì)量近50 t。為避免因鋼塔吊裝而中斷箱梁懸臂施工，并能夠在預(yù)定期限內(nèi)完成鋼塔的安裝任務(wù)，確定采用275 t履帶吊和在大橋鋼主塔所在位置的橫向軸線上安置龍門吊的組合吊裝方案。該方案可以在不影響其它節(jié)段箱梁懸臂施工的情況下，完成整座剛箱主塔的施工。

鋼主塔分兩步吊裝：第一步采用履帶吊將鋼箱吊至橋面上的臺車上，臺車運送鋼箱至龍門架位置;第二步采用龍門架吊裝鋼箱就位，如圖3所示。

圖3 主塔現(xiàn)場吊裝

2.4 施工監(jiān)控

由于不可能在加工廠對鋼主塔進(jìn)行全塔試拼裝以及考慮到橋位現(xiàn)場外部荷載復(fù)雜等因素，在鋼主塔架設(shè)過程中必須進(jìn)行精密監(jiān)控，獲得鋼主塔的精確三維姿態(tài)以及受力情況，并以此進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。監(jiān)控內(nèi)容主要包括鋼塔的線性測量(平面坐標(biāo)和高程)以及內(nèi)力監(jiān)測。

1)鋼塔線性監(jiān)控

為了保證主塔安裝的精度，當(dāng)主塔在鋼結(jié)構(gòu)工廠試拼裝完成以后，在塔的外表面做上觀測點，并在觀測點上貼上徠卡反射貼片，測點布置如圖4所示。

圖4 鋼主塔測點布置示意

由現(xiàn)場測量結(jié)果可知，鋼主塔誤差可以控制在2 mm以內(nèi)，滿足了精度要求。

2)應(yīng)力監(jiān)測

主塔向主梁平曲線外側(cè)傾斜，在空間索面作用下屬于空間受力體系。根據(jù)施工現(xiàn)場情況，在距塔根部1.5 m和14.5 m截面布置應(yīng)力測點，以觀察在施工過程中這些截面的應(yīng)力變化與應(yīng)力分布情況，測點剖面布置如圖5所示。由監(jiān)控結(jié)果可知，主塔應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果與理論值比較吻合，最大誤差都＜5%，說明主塔施工能夠滿足要求。

圖5 主塔應(yīng)力測點布置

3 主要結(jié)論

1)通過嚴(yán)格控制鋼塔各部分制作精度，每節(jié)段安裝插銷以及廠內(nèi)精確預(yù)拼裝等手段來提高鋼塔廠內(nèi)的制作精度。

2)考慮到現(xiàn)場條件，鋼主塔吊裝采用履帶吊和龍門吊相結(jié)合的方法，即利用履帶吊將每節(jié)段吊裝至橋面，再利用龍門吊將每節(jié)段吊裝到位進(jìn)行現(xiàn)場焊接。

3)為了提高鋼主塔現(xiàn)場施工的精度，現(xiàn)場施工過程中對鋼塔線性以及應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)控。在施工過程中根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行實時調(diào)整，從現(xiàn)場實施效果來看，鋼主塔的施工精度滿足要求。

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U448.217

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2013.05.10

1003-1995(2013)05-0032-03

2012-07-15;

2013-01-05

向科(1978— )，男，重慶人，高級工程師，博士。

(責(zé)任審編 趙其文)