門式橋塔上橫梁提升安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

俞沛然

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 工程概況

新建福州洪塘大橋主橋?yàn)楠?dú)塔雙索面自錨式懸索橋，跨徑組成為50 m+150 m+150 m+50 m，采用半漂浮結(jié)構(gòu)體系。上橫梁為鋼結(jié)構(gòu)，質(zhì)量約240 t，一次性安裝提升高度約42 m，結(jié)構(gòu)尺寸特殊，安裝技術(shù)難度高。大橋主塔高71.307 m，采用H形直立柱門式橋塔，主塔基礎(chǔ)及塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上橫梁為單箱矩形全鋼結(jié)構(gòu)，質(zhì)量244.2 t，高5.5 m、長(zhǎng)46 m、寬4 m，結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)比為11.5。

2 施工方案

大橋主塔上橫梁由鋼結(jié)構(gòu)廠家采用甲板貨船運(yùn)送至洪塘大橋附近水域，用浮吊將上橫梁節(jié)段從側(cè)面橫橋向吊裝放于滑軌上進(jìn)行定位、焊接，成整體后通過滑移系統(tǒng)將其滑移至主塔正下方處，再利用塔頂門架上設(shè)置的提升系統(tǒng)將上橫梁提升至標(biāo)高+72.757 m 的位置，最后與上橫梁預(yù)埋段進(jìn)行焊接成整體。

3 上橫梁提升安裝總體施工工藝

3.1 上橫梁預(yù)埋段施工

上橫梁預(yù)埋段長(zhǎng)1 m，為預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土結(jié)構(gòu)，采用C50鋼纖維混凝土（銑削型，45 kg/m3）且分2 次澆筑，第1 次澆筑錨下850 mm 厚混凝土，第2 次澆筑封錨150 mm 厚混凝土。上橫梁內(nèi)布置36 束15 孔φs15.2 mm 高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，混凝土要求達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后采用單端張拉，張拉控制應(yīng)力1 190.4 MPa。

3.2 塔頂提升門架和支撐體系的設(shè)計(jì)與施工

3.2.1 塔頂提升門架的設(shè)計(jì)與施工

在主塔第14 節(jié)施工時(shí)，對(duì)塔頂門機(jī)錨固系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)埋。錨固系統(tǒng)為保證其受力合理且明確，采用前支點(diǎn)鉸接支座，后支點(diǎn)精軋螺紋鋼反拉固定。預(yù)埋件安裝須精確定位，混凝土澆筑前后應(yīng)反復(fù)測(cè)量校對(duì)。精軋螺紋鋼預(yù)埋應(yīng)嚴(yán)格保證其垂直，防止偏心受剪而影響結(jié)構(gòu)整體安全。后錨施工時(shí)須保證支點(diǎn)處平整，采用鋼板墊平，確保與混凝土面完全接觸，后錨錨栓安裝時(shí)采用扭矩扳手?jǐn)Q緊到位，確保后錨與混凝土間無(wú)縫隙。

3.2.2 承載桁架安裝

承載桁架于后場(chǎng)分塊制作，采用250 型塔吊安裝。承載桁架由HM588×300 mm 型鋼組成，2 個(gè)菱形桁架間通過橫梁及斜撐連接。單個(gè)菱形桁架于后場(chǎng)加工成整體，質(zhì)量為7.3 t，由塔吊整體吊裝就位，采用坡口熔透焊焊接于預(yù)埋鋼板上。

3.2.3 支撐體系的設(shè)計(jì)與施工

支撐系統(tǒng)用于上橫梁整體提升到位后，臨時(shí)放置使用。采用斜牛腿支架，所有桿件為2HM588 mm×300 mm 型鋼，單個(gè)支架設(shè)置4 個(gè)牛腿，牛腿與支架間采用錐形螺母連接。斜牛腿在塔柱施工時(shí)埋設(shè)。

3.3 上橫梁分塊吊裝及焊接成整體

3.3.1 上橫梁分塊吊裝及拼接

上橫梁整體吊裝段長(zhǎng)44 m，因受現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件、通航等級(jí)和市政橋梁凈高等因素影響，大型浮吊船無(wú)法進(jìn)場(chǎng)，故將其分為3 段（13 m+18 m+13 m）在鋼結(jié)構(gòu)加工廠內(nèi)加工制作，用船運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，利用500 t 內(nèi)河浮吊船整體起吊后安裝拼接。

3.3.2 上橫梁的焊接

3 塊梁段吊裝拼接后開始焊接及相關(guān)作業(yè)。焊接順序?yàn)榱憾伍g頂板環(huán)縫焊接→底板環(huán)縫的焊接→嵌補(bǔ)段焊接→附屬件安裝定位焊接等。

現(xiàn)場(chǎng)焊縫焊接順序：底板縱向?qū)雍缚p→頂板縱向?qū)雍缚p→頂?shù)赘拱鍣M向?qū)雍缚p→梁段接口部位腹板與頂?shù)装褰呛缚p→底板、腹板縱向加勁肋嵌補(bǔ)段對(duì)接焊縫→縱肋與頂板、底板、腹板的角焊縫焊接。

3.4 上橫梁滑移

3.4.1 液壓同步滑移系統(tǒng)組成

滑移施工采用中央集控的計(jì)算機(jī)液壓控制同步滑移系統(tǒng)，該系統(tǒng)由固定裝置、中央集成泵站、力值和位移傳感檢測(cè)器、計(jì)算機(jī)控制等幾個(gè)部分組成。

1）滑移軌道。在已建橋面上鋪設(shè)2 條滑移軌道，軌道采用P43 鋼軌，布置于已架設(shè)的鋼梁斜腹板頂部，距離橋梁中心線8.85 m，布置范圍為主塔至大樁號(hào)方向60 m。軌道與鋼梁頂板通過支墊平整后，焊接固定，軌道壓板按照兩側(cè)交叉布置，間距50 cm 沿軌道長(zhǎng)度布設(shè)。

2）頂推油缸及夾軌器。頂推油缸是滑移系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)，提供動(dòng)力來克服滑移構(gòu)件的滑移摩擦力。根據(jù)滑移摩擦力的大小、單個(gè)頂推油缸的頂推力，配置頂推油缸數(shù)量。在每個(gè)滑床耳板處布置60 t 滑移液壓爬行器及相應(yīng)的夾軌器，兩邊各1 套，共計(jì)2 套。液壓爬行器為兩階段組合結(jié)構(gòu)，一端以楔形塊與軌道連接，另一端以銷接形式與滑移胎架或構(gòu)件連接，中間利用動(dòng)力油缸驅(qū)動(dòng)爬行。

3）驅(qū)動(dòng)部件。液壓泵站是滑移系統(tǒng)的動(dòng)力中樞，其安全性和同步性是整個(gè)滑移系統(tǒng)穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。液壓系統(tǒng)采用比例同步技術(shù)，可提高整個(gè)滑移系統(tǒng)的同步性。

4）傳感檢測(cè)。傳感檢測(cè)主要用來獲得液壓油缸的位移信息、力值信息和整個(gè)構(gòu)件的位置信息，并將這些信息實(shí)時(shí)傳輸給主控系統(tǒng)。

5）控制部件。液壓同步滑移施工技術(shù)核心設(shè)備采用計(jì)算機(jī)中央集成控制，通過數(shù)據(jù)收集和控制指令傳遞，可實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報(bào)警等多種功能。

3.4.2 滑移作業(yè)控制要點(diǎn)

橫梁滑移施工應(yīng)嚴(yán)格控制，應(yīng)注意以下4 個(gè)方面：（1）滑移前的檢查；（2）預(yù)滑移，系統(tǒng)各部位調(diào)試后，中央集成控制系統(tǒng)進(jìn)入“自動(dòng)”操作程序，上橫梁開始縱向滑移，滑移預(yù)過程中監(jiān)控各點(diǎn)的位置與負(fù)載等參數(shù)，觀察系統(tǒng)的同步控制狀況，根據(jù)同步情況對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行必要的修整；（3）正式滑移，根據(jù)設(shè)計(jì)滑移荷載預(yù)先設(shè)定好泵源壓力值，由此控制爬行器最大輸出推力，控制滑移速度；（4）過程觀測(cè)，通過位移傳感器和預(yù)先在2 條軌道上所標(biāo)出的刻度監(jiān)控同步情況，同時(shí)觀測(cè)爬行器夾緊裝置與軌道夾緊狀況[1]。

3.5 上橫梁整體提升安裝與就位

上橫梁滑移到位后，采用安裝在塔頂門架上的千斤頂整體同步提升。上橫梁整體提升段質(zhì)量212 t，總長(zhǎng)度44 m，總高度5.5 m，整體提升高度41.25 m。每個(gè)主塔柱頂布置1 個(gè)塔頂門機(jī)，塔頂門機(jī)系統(tǒng)由承載桁架、吊具系統(tǒng)與錨固系統(tǒng)組成。每個(gè)塔頂門機(jī)上布置2 臺(tái)200 t 穿芯式油缸，共4 臺(tái)；提升吊耳安裝在上橫梁上翼緣，與提升用的鋼絞線相連[2]。

3.5.1 提升安裝設(shè)備工作原理

中央集控計(jì)算機(jī)液壓同步提升系統(tǒng)由提升油缸集群、液壓泵站、傳感檢測(cè)及計(jì)算機(jī)控制等部分組成。

1）承重部件。鋼絞線及提升油缸是主要的承重系統(tǒng)，用來承受構(gòu)件質(zhì)量。鋼絞線采用正旋與反旋各1 根的鋼絞線系統(tǒng)，單根直徑15.24 mm，抗拉強(qiáng)度1 860 N/mm2，破斷拉力260.7 kN，伸長(zhǎng)率在1%時(shí)的最小載荷221.5 k N。提升油缸采用穿芯式，每臺(tái)提升油缸出廠前應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，保證滿足使用要求。

2）驅(qū)動(dòng)部件。液壓泵站是提升系統(tǒng)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分。液壓系統(tǒng)采用比例同步技術(shù)，可提高整個(gè)系統(tǒng)同步調(diào)節(jié)性能。

3）控制部件。液壓同步滑移技術(shù)核心設(shè)備采用計(jì)算機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作和故障報(bào)警等多種功能。

3.5.2 提升準(zhǔn)備與試提升

提升前對(duì)液壓泵站、提升油缸和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)做專項(xiàng)試運(yùn)行和檢查，檢查所有支架結(jié)構(gòu)。在正式提升之前需進(jìn)行分級(jí)加載試提升。

試提升前解除橫梁與支架之間的連接，按20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%比例進(jìn)行分級(jí)加載直至結(jié)構(gòu)全部離地。每次加載須嚴(yán)格按照程序進(jìn)行：（1）操作。按要求分級(jí)加載，使油缸受力均勻且均達(dá)到設(shè)計(jì)值。（2）觀察。各個(gè)觀察點(diǎn)應(yīng)及時(shí)反映結(jié)構(gòu)和構(gòu)件情況。（3）測(cè)量。各個(gè)測(cè)量點(diǎn)認(rèn)真做好量測(cè)工作，及時(shí)反映量測(cè)情況。（4）校核。將數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)施工控制組，比較實(shí)測(cè)與理論數(shù)據(jù)的差異。（5）分析。若有數(shù)據(jù)偏差，應(yīng)認(rèn)真分析，及時(shí)調(diào)整。（6）決策。工作狀態(tài)滿足控制要求，即可進(jìn)行下一步操作。

試提升加載的每一個(gè)階段應(yīng)檢查支架結(jié)構(gòu)與提升結(jié)構(gòu)。具體檢查結(jié)構(gòu)的焊縫情況、提升平臺(tái)和地錨支架等是否可靠連接、結(jié)構(gòu)的變形是否在允許的范圍內(nèi)。同時(shí)檢查提升設(shè)備的傳感器工作是否正常，檢查提升油缸、液壓泵站和中央集控計(jì)算機(jī)工作是否正常。

當(dāng)中央集控計(jì)算機(jī)進(jìn)入“自動(dòng)”操作程序，開始進(jìn)行橫梁整體提升。在提升過程中監(jiān)控各點(diǎn)的位置與力值等參數(shù)，觀察橫梁兩端的高差。根據(jù)同步情況，適時(shí)調(diào)整高差。提升高度≥30 cm 后在空中停滯一定時(shí)間，懸停期間加強(qiáng)觀測(cè)整個(gè)提升系統(tǒng)的狀態(tài)。試提升檢查無(wú)任何異常情況后，進(jìn)入正式鋼橫梁提升。

3.5.3 上橫梁就位與焊接

提升到位后利用塔吊安裝支撐體系的橫梁，上橫梁落至支架上，利用4 臺(tái)200 t 的三向千斤頂進(jìn)行精確定位，與預(yù)埋段焊接成整體[3]。

3.5.4 卸載與臨時(shí)結(jié)構(gòu)拆除

完成上橫梁安裝和焊接后，即可拆除塔頂提升門架和支撐體系。拆除時(shí)嚴(yán)格按照拆除順序進(jìn)行，拆除的主要起重設(shè)備為塔吊。設(shè)備拆除步驟：拆除控制系統(tǒng)→拆除并吊放液壓系統(tǒng)→拆除提升地錨→拆除并下放提升油缸→逐根拆除鋼絞線。

4 結(jié)語(yǔ)

城市道路拓寬改造已成為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一種新趨勢(shì)，特別是城市橋梁改造，受各方面條件制約，施工難度較常規(guī)橋梁更大。對(duì)城市橋梁大構(gòu)件高空吊裝難題，提出節(jié)段分塊方法，滿足運(yùn)輸及內(nèi)河浮吊吊裝要求。通過縱移和垂直提升系統(tǒng)，可滿足大構(gòu)件高空安裝需求，整體質(zhì)量得到可靠保障。