虎跳峽金沙江大橋索塔上橫梁支架施工方案比選

0 引言

目前在索塔橫梁支架法施工工藝中，較為常見(jiàn)的支架搭設(shè)型式為托架式貝雷梁支架和鋼管柱貝雷片梁柱式支架。國(guó)內(nèi)部分大跨度懸索橋索塔上橫梁支架施工方案統(tǒng)計(jì)如表1。

表1 國(guó)內(nèi)部分懸索橋索塔橫梁支架施工方案統(tǒng)計(jì)

結(jié)合云南香麗高速公路虎跳峽金沙江大橋索塔橫梁施工，主要從支架設(shè)計(jì)、支架施工工藝、施工周期、安全質(zhì)量、適應(yīng)性等方面對(duì)這兩種支架型式進(jìn)行對(duì)比分析，用于指導(dǎo)實(shí)際施工。

1 工程概況

虎跳峽金沙江特大橋全長(zhǎng)1017m，橋跨布置為766m懸索橋+6×41m鋼混疊合梁梁+5m橋臺(tái)，橋面為雙向四車道?；⑻鴯{金沙江大橋主橋?yàn)閱嗡慰玟撹炝簯宜鳂颍摌騽?chuàng)新性地采用了獨(dú)塔單跨地錨式懸索橋結(jié)構(gòu)，是世界上最大跨度的獨(dú)塔懸索橋，滾軸式復(fù)合索鞍在國(guó)內(nèi)大跨懸索橋里面也是首次采用。

索塔為鋼筋混凝土門型塔，上下游塔柱采用不等高的形式，左右塔柱基礎(chǔ)相互獨(dú)立，兩塔柱下設(shè)正方形承臺(tái)加群樁基礎(chǔ)。高塔柱塔高（含塔座）161.6m，矮塔柱塔高145.6m（含塔座），其中左右塔柱上塔柱高均為89.5m，左肢下塔柱高64.5m，右肢塔柱下塔柱高48.5m。

橫梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土等高度箱形梁，索塔設(shè)置下橫梁及上橫梁。橫梁也采用C55混凝土，防滲指標(biāo)為P8級(jí)。下橫梁尺寸為6m（高度）×7m（寬度），壁厚1m；上橫梁尺寸為6m（高度）×6m（寬度），壁厚1m。上橫梁內(nèi)布置48束17Φ15.2鋼絞線，下橫梁內(nèi)布置48束22Φ15.2鋼絞線。所有預(yù)應(yīng)力錨固點(diǎn)均設(shè)在塔柱外側(cè)，采用深埋錨工藝。

2 上橫梁支架施工方案簡(jiǎn)介

2.1 托架式貝雷梁支架（方案一）

2.1.1 托架式貝雷梁支架設(shè)計(jì)

上橫梁支架結(jié)構(gòu)主要由鋼靴、牛腿、型鋼支撐托架、沙箱及大分配梁、貝雷架及小分配梁組成。鋼靴為鋼結(jié)構(gòu)組焊構(gòu)件，采用在塔柱上預(yù)留槽口及精軋螺紋鋼預(yù)拉錨固在塔柱內(nèi)壁；牛腿由塔柱預(yù)埋件及型鋼組焊件構(gòu)成，對(duì)應(yīng)塔柱施工時(shí)先安裝預(yù)埋件，待橫梁施工時(shí)焊接外側(cè)型鋼牛腿；支撐托架順橋向?yàn)閮砷蒆N700×300型鋼、HW300×300型鋼及鋼板組焊而成的桁片，桁片之間采用I32b型鋼連接系聯(lián)接；沙箱設(shè)置在桁架頂，然后在沙箱上安裝大型分配梁；貝雷架采用單層多排結(jié)構(gòu)，分配梁采用工鋼I14作橫向分配梁。上橫梁托架式貝雷梁支架總體結(jié)構(gòu)圖詳見(jiàn)圖1。

圖1 托架式貝雷梁支架總體布置圖

該方案主要結(jié)構(gòu)用鋼量：型鋼支撐架52665kg、貝雷片及其支撐架35742kg、大分配梁12944kg（F1、F2）、小分配梁3774kg、鋼靴8420kg、牛腿及其預(yù)埋件3332kg、沙箱1562kg，合計(jì)118439kg。

2.1.2 托架式貝雷梁支架安拆

2.1.2 .1 安裝順序及要點(diǎn)

充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)地形、施工空間及干擾、塔吊起重能力等因素，托架式貝雷梁支架安裝流程主要如下：鋼靴安裝及牛腿焊接→型鋼支撐架成榀安裝→沙箱→分配梁F1、F2→貝雷片及其連接系→小分配梁→底模系統(tǒng)。

型鋼支撐架需在地面成榀焊接好，單榀重量約22t，需在塔柱上先安裝提升吊架，采用2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊，待其吊裝至鋼靴頂標(biāo)高后，慢慢整體平移至鋼靴上，然后采用手拉葫蘆調(diào)整固定，然后吊裝另一榀支撐架。待兩榀桁架安裝到位后，再采用塔吊吊裝焊接桁架之間的連接系。單榀支撐桁架在起吊前，兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)應(yīng)動(dòng)作協(xié)調(diào)進(jìn)行試吊，確認(rèn)結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電氣等沒(méi)有任何問(wèn)題后，才能進(jìn)行正式吊運(yùn)。司機(jī)應(yīng)嚴(yán)格按指揮信號(hào)操作，保證起動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)同步。型鋼支撐架安裝完畢后，再用塔吊吊裝后續(xù)橫梁支架構(gòu)件。

2.1.2 .2 拆除順序及要點(diǎn)

待上橫梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并張拉預(yù)應(yīng)力后，方可從上至下依次拆除上橫梁支架。上橫梁施工時(shí)注意在橫梁上設(shè)置預(yù)留孔，以方便后期支架拆除。

貝雷片拆除時(shí)先用手拉葫蘆將部分貝雷片拉出橫梁底至塔吊能吊裝的位置，然后用塔吊成榀吊裝拆除。支撐桁架及其連接系采用4臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)整體下放至橋面。

2.2 鋼管柱貝雷片梁柱式支架（方案二）

2.2.1 鋼管柱貝雷片梁柱式支架設(shè)計(jì)

上橫梁支架結(jié)構(gòu)主要由鋼管柱、牛腿、沙箱及分配梁、貝雷架及小分配梁組成。牛腿由塔柱預(yù)埋件及型鋼組焊件構(gòu)成，對(duì)應(yīng)塔柱施工時(shí)先安裝預(yù)埋件，待橫梁施工時(shí)焊接外側(cè)型鋼牛腿；支撐結(jié)構(gòu)4根鋼管柱直徑為Φ1020mm、壁厚10mm，鋼管柱下端支撐在下橫梁預(yù)埋件上并焊接牢靠，鋼管柱每隔12.4m采用Φ630mm×8mm粗鋼管作為連接系連接起來(lái)，每隔24.8m采用Φ630mm×8mm粗鋼管作為主動(dòng)頂撐與主塔連接；沙箱設(shè)置在鋼管柱頂，然后在沙箱上安裝大型分配梁；貝雷架采用單層多排結(jié)構(gòu)，分配梁采用工鋼I14作橫向分配梁（同方案一）。上橫梁鋼管柱貝雷片梁柱式支架總體結(jié)構(gòu)圖詳見(jiàn)圖2。

圖2 鋼管柱貝雷片梁柱式支架總體布置圖

該方案主要結(jié)構(gòu)用鋼量：鋼管柱及其連接系133580kg、貝雷片及其支撐架35742kg、大分配梁12944kg（F1、F2）、小分配梁3774kg、牛腿及其預(yù)埋件3332kg、沙箱1562kg，合計(jì)190934kg。

2.2.2 鋼管柱貝雷片梁柱式支架安拆

2.2.2 .1 安裝順序及要點(diǎn)

充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)地形、施工空間及干擾、塔吊起重能力等因素，鋼管柱貝雷片梁柱式支架安裝流程主要如下：鋼管立柱底調(diào)整節(jié)吊裝、牛腿與預(yù)埋件連接→鋼管柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段吊裝及其連接系安裝→沙箱→柱頂分配梁F1、F2安裝→貝雷梁成榀吊裝及其支撐架安裝。

鋼管柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段單長(zhǎng)6m，重量約1.6t/節(jié)；貝雷架單排約1.9t，吊裝時(shí)至少2排貝雷架同時(shí)吊裝；大分配單重也控制在2.5t以內(nèi)；上橫梁支架構(gòu)件均可采用索塔散件吊裝。鋼管柱垂直度偏差控制在柱高的1/500以內(nèi)，且不大于5cm。

2.2.2 .2 拆除順序及要點(diǎn)

待上橫梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并張拉預(yù)應(yīng)力后，方可從上至下依次拆除上橫梁支架。上橫梁施工時(shí)注意在橫梁上設(shè)置預(yù)留孔，以方便后期支架拆除。

貝雷片拆除時(shí)先用手拉葫蘆將部分貝雷片拉出橫梁底至塔吊能吊裝的位置，然后用塔吊成榀吊裝拆除，其余構(gòu)件采用卷?yè)P(yáng)機(jī)配合塔吊散拆。

3 支架方案對(duì)比分析

對(duì)于同一種上橫梁結(jié)構(gòu)，支架方案設(shè)計(jì)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形條件、設(shè)備起重能力、支架鋼結(jié)構(gòu)、施工周期要求、施工安全質(zhì)量等條件進(jìn)行考慮。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)地形要求對(duì)比

方案一中型鋼支撐托架單榀桁架需在塔柱下方地面提前焊接拼裝成整體，以減少高空作業(yè)焊接拼裝的工程量，場(chǎng)地需較大較平整。

方案二中各構(gòu)件基本為標(biāo)準(zhǔn)散件，場(chǎng)地要求小。

金沙江特大橋穿越金沙江深切峽谷，屬構(gòu)造剝蝕高中山峽谷地貌。河流和山脈的伸展方向與構(gòu)造線方向基本一致，河谷深切，切面呈“V”字形，階地一般不發(fā)育，自然橫坡30°～60°，局部陡峭。尤其是索塔江側(cè)正前方為斜坡，不好利用，若利用需另外搭設(shè)鋼平臺(tái)；岸側(cè)正前方雖然較平整，但其作為索塔、引橋施工時(shí)混凝土、鋼筋等運(yùn)輸通道、施工場(chǎng)地，無(wú)法作為支架地面焊接拼裝的場(chǎng)地。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形條件，方案二優(yōu)于方案一。

3.2 設(shè)備起重能力需求比較

方案一中最大單吊重量為型鋼支撐架單榀最重約22t，方案二中最大單吊重量為2排貝雷架重量約4t。在塔柱施工過(guò)程中，上下游肢塔柱各采用一臺(tái)160t.m塔吊配合施工，其在17m回轉(zhuǎn)半徑范圍內(nèi)，最大吊裝重量為10t。

若采用方案一，則需要另外安裝提升吊架利用卷?yè)P(yáng)機(jī)來(lái)提升型單榀鋼支撐架；或在前期施工組織設(shè)計(jì)中，上下游塔柱各采用一臺(tái)250t.m塔吊來(lái)配合施工（其在24m回轉(zhuǎn)半徑范圍內(nèi)，最大吊裝重量為13t），且設(shè)備租賃費(fèi)用高。若采用方案二，則既有塔吊完全滿足吊裝重量的需求。結(jié)合既有設(shè)備起重能力及設(shè)備租賃費(fèi)用考慮，方案二優(yōu)于方案一。

3.3 支架結(jié)構(gòu)及比較

根據(jù)前述所知，方案一所需鋼結(jié)構(gòu)約118439kg，方案二所需鋼結(jié)構(gòu)約190934kg，且其材料用量的主要差異在型鋼支撐托架及粗鋼管柱支撐體系，貝雷架及大、小分配梁用量基本無(wú)差異。

對(duì)比可知，方案一明顯比方案二節(jié)約材料用量。但結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，由于虎跳峽金沙江大橋下橫梁支架也采用鋼管柱貝雷片梁柱式支架，在施工上橫梁過(guò)程中，完全可以考慮倒用下橫梁支架材料，這樣可以大大地節(jié)約周轉(zhuǎn)材料用量。若不考慮倒用下橫梁支架材料，因方案一中型鋼支撐托架為非標(biāo)準(zhǔn)件，且其在施工前需在鋼結(jié)構(gòu)加工廠提前新制、散件制作成型，然后在現(xiàn)場(chǎng)焊接組拼成榀；而方案二中鋼管柱支撐體系基本為標(biāo)準(zhǔn)件，且在以往施工中加工較多，倒用以往材料即可，完全不用另外新制或新制也可后期作為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件周轉(zhuǎn)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及考慮材料倒用、后期周轉(zhuǎn)情況，方案二優(yōu)于方案一。

3.4 施工周期

根據(jù)總體施工組織設(shè)計(jì)要求，上橫梁需與對(duì)應(yīng)塔柱混凝土同步澆筑。

若采用方案一，需在塔柱混凝土澆筑至橫梁底后，先拆除塔柱內(nèi)側(cè)液壓爬模系統(tǒng)，安裝提升吊架及卷?yè)P(yáng)機(jī)，然后安裝鋼靴、焊接牛腿，之后再單榀吊裝型鋼支撐托架等構(gòu)件；若采用方案二，在塔柱施工過(guò)程中，可同步將鋼管柱立柱、沙箱、大分配梁、中間部分貝雷架等構(gòu)件安裝到位，拆塔柱內(nèi)側(cè)液壓爬模后，僅焊接鋼牛腿、安裝最外側(cè)的貝雷架即可。經(jīng)分析可知，方案二較方案一明顯可節(jié)約工期。

3.5 施工安全質(zhì)量

方案一與方案二高空焊接工作量均較少，高空作業(yè)工作量主要為螺栓連接、銷軸連接，在安全方面優(yōu)勢(shì)均差不多；在質(zhì)量控制方面，方案一現(xiàn)場(chǎng)地面焊接工作量較大，與加工場(chǎng)焊接相比，存在一定的劣勢(shì)。

3.6 綜合比較

綜合以上分析，將其列表如表2所示。

表2 支架方案綜合對(duì)比

結(jié)合以上分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際，采用方案二進(jìn)行上橫梁施工是完全可行的，且優(yōu)于方案一。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述方案的比較分析，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)地形要求、設(shè)備起重能力、支架結(jié)構(gòu)、施工周期、安全質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性等方面，在虎跳峽金沙江大橋上橫梁施工中，鋼管樁貝雷片梁柱式支架優(yōu)于托架式貝雷梁支架，最終采用鋼管樁貝雷片梁柱式支架方案，并可作為同類型索塔上橫梁支架施工方案的參考。