張向群，王 琳，游新鵬

(1.江蘇省長(zhǎng)江公路大橋建設(shè)指揮部，江蘇泰州 225321;2.中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢 430040;3.長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430040)

1 前言

泰州大橋?yàn)槭澜缡讋?chuàng)的三塔兩主跨懸索橋，橋跨布置為(390+1 080+1 080+390)m，南北橋塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中塔為縱向“人”字形、橫向門式框架型鋼塔，塔高191.5 m?！叭恕弊中谓稽c(diǎn)以上塔柱高122 m，交點(diǎn)以下塔柱高69.5 m。兩條斜腿在塔底的叉開量為34.75 m，斜腿段縱向坡度為4∶1，兩塔柱間的橫向中心距塔頂處為34.8 m，塔底處為42.579 6 m，塔柱橫向呈1 920∶39的坡度。采用節(jié)段預(yù)制－現(xiàn)場(chǎng)安裝的方法安裝，中間鋼塔結(jié)構(gòu)布置及節(jié)段劃分如圖1所示，節(jié)段間通過高強(qiáng)螺栓連接，節(jié)段連接需滿足設(shè)計(jì)對(duì)金屬接觸率的要求［1］。

鋼中塔具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、節(jié)段重量大、架設(shè)難度高及定位難、測(cè)量難度大、環(huán)境因素影響大等特點(diǎn)［2］。同時(shí)，由于鋼塔節(jié)段數(shù)量多易導(dǎo)致累積誤差，施工控制難度大，特別是鋼塔的線形控制，如何保證線形調(diào)整的準(zhǔn)確性，保證鋼塔安裝精度，是大橋鋼中塔建設(shè)的主要難點(diǎn)之一［3］。

2 泰州大橋線形控制總體方法

采用全過程的控制理念同時(shí)對(duì)節(jié)段制造階段和鋼塔柱安裝階段進(jìn)行控制。針對(duì)安裝節(jié)段多，安裝誤差容易累積的特點(diǎn)，為避免安裝過程中出現(xiàn)較大的誤差，在塔柱的不同高度處設(shè)置了4條調(diào)節(jié)縫(如圖2所示)，用于在安裝階段進(jìn)行誤差修正。在調(diào)節(jié)縫位置，相鄰鋼塔節(jié)段不需滿足金屬接觸率要求，只通過摩擦型高強(qiáng)螺栓連接傳力，因此可以通過改變接縫狀態(tài)進(jìn)行塔柱線形調(diào)整。

圖1 鋼塔總體布置圖及節(jié)段劃分方案(單位:m)Fig.1 General arragement and segment division of steel pylon(unit:m)

相對(duì)于混凝土索塔，鋼塔線形對(duì)溫度、風(fēng)等環(huán)境荷載影響更為敏感。此外，鋼塔節(jié)段采用MD3600塔吊吊裝，塔吊對(duì)鋼塔線形也會(huì)產(chǎn)生一定影響。因此，需針對(duì)鋼塔架設(shè)施工期的環(huán)境因素，如溫度、風(fēng)速、施工臨時(shí)荷載等進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)控制。

圖2 調(diào)節(jié)縫布置圖Fig.2 Arragement of the adjusting gap

3 控制精度管理系統(tǒng)

為了對(duì)鋼塔從制造階段到安裝階段的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，建立了專門用于鋼塔制造安裝的施工控制系統(tǒng)。施工控制系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 施工控制系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of construction control system

其中，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)包括預(yù)拼裝數(shù)據(jù)和安裝階段測(cè)量數(shù)據(jù)，理論數(shù)據(jù)為采用施工階段分析模型計(jì)算數(shù)據(jù)，在考慮對(duì)應(yīng)階段施工荷載以及環(huán)境因素之后分析得到。理論線形與實(shí)測(cè)線形之差即線形誤差。將已發(fā)生的線形誤差計(jì)入理論分析模型，可以計(jì)算得到安裝完成后的線形，由此對(duì)當(dāng)前階段的索塔線形誤差進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)一步確定誤差處理方案。

4 調(diào)節(jié)段調(diào)整量計(jì)算方法

依據(jù)已安裝鋼塔節(jié)段溫度及風(fēng)環(huán)境測(cè)試數(shù)據(jù)以及臨時(shí)荷載的信息，通過施工階段有限元模型計(jì)算得到理論線形，結(jié)合已安裝鋼塔節(jié)段的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可以得到已安裝節(jié)段的實(shí)際安裝誤差。對(duì)比考慮預(yù)拼裝線形數(shù)據(jù)，確定墊片修正方案，盡量將鋼塔無應(yīng)力線形在下一調(diào)節(jié)縫位置修正至理論位置。

預(yù)拼裝線形可通過相鄰節(jié)段橫橋向和縱橋向兩個(gè)方向偏位、夾角和節(jié)段長(zhǎng)度表達(dá)，預(yù)拼裝測(cè)量采用全站儀和精密水準(zhǔn)儀對(duì)處于水平預(yù)拼裝狀態(tài)的鋼塔相鄰節(jié)段外壁控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得到橫橋向和順橋向的夾角。節(jié)段長(zhǎng)度采用鋼尺測(cè)得。

兩條調(diào)節(jié)縫之間的鋼塔上下相鄰節(jié)段滾動(dòng)進(jìn)行預(yù)拼裝，即第i－1節(jié)段與第i節(jié)段進(jìn)行預(yù)拼裝，第i節(jié)段再與第i+1節(jié)段進(jìn)行預(yù)拼裝，如此反復(fù)進(jìn)行。

以調(diào)節(jié)縫為界，可以將鋼塔分成數(shù)個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間的鋼塔制造節(jié)段均可通過預(yù)拼裝得到一條折線，即區(qū)間的制造線形，如圖4所示。

圖4 預(yù)拼裝線形示意圖Fig.4 Pre-assembly alignment diagrammatic sketch

在不考慮施工誤差的情況下，以下一調(diào)節(jié)節(jié)段處平面偏位為0作為修正目標(biāo)，則調(diào)節(jié)縫處墊片厚度Δx、Δy(縱橋向高差修正量，橫橋向高差修正量)可以由式(1)求得。

式(1)中，wx為調(diào)節(jié)縫處鋼塔節(jié)段縱橋向?qū)挾?wy為調(diào)節(jié)縫處鋼塔節(jié)段橫橋向?qū)挾?li為第i節(jié)段長(zhǎng)度;αxi為第i+1節(jié)段相對(duì)于第i節(jié)段縱橋向偏角;αyi為第i+1節(jié)段相對(duì)于第i節(jié)段橫橋向偏角;n為兩個(gè)調(diào)節(jié)縫之間節(jié)段數(shù)量。

根據(jù)縱橋向高差修正量與橫橋向高差修正量即可確定調(diào)整節(jié)段各個(gè)位置的墊片厚度。

5 工程實(shí)施

現(xiàn)以泰州大橋J1縫為例說明線形控制誤差調(diào)整方法，根據(jù)D0節(jié)段定位誤差和D1～D3節(jié)段預(yù)拼裝測(cè)量數(shù)據(jù)，在J1接縫不調(diào)整的情況下，預(yù)測(cè)至D3節(jié)段合龍口偏位如表1所示。其中平面偏位以偏北和偏下游為正。

表1 D3節(jié)段合龍口平動(dòng)誤差預(yù)測(cè)Table 1 Translation error prediction of D3 segement closure gapmm

綜合考慮預(yù)測(cè)誤差情況和測(cè)量數(shù)據(jù)自身的誤差，確定墊片位置和層數(shù)(見表2)，墊片采用標(biāo)準(zhǔn)厚度鋼片，厚度為0.4 mm。

表2 接縫調(diào)整布置方案Table 2 Layout scheme of the adjusting gap mm

其余接縫均采用相同計(jì)算方法，進(jìn)行調(diào)節(jié)縫的調(diào)整量計(jì)算?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施表明，調(diào)節(jié)縫設(shè)置可以有效地實(shí)現(xiàn)誤差調(diào)整，分階段修正誤差的方法可以有效地保證鋼塔安裝線形。

6 結(jié)語(yǔ)

泰州大橋鋼塔的施工控制說明設(shè)置調(diào)節(jié)縫可以有效修正鋼塔柱安裝累積誤差，最終將泰州大橋鋼塔的整塔垂直度控制在1/19 000以內(nèi)，確保了鋼塔安裝滿足設(shè)計(jì)精度要求。

［1］劉建波，張永濤，游新鵬，等.泰州大橋中塔安裝施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國(guó)港灣建設(shè)，2011，4:56－59.

［2］李宗平，唐 啟，張六一.南京長(zhǎng)江第三大橋鋼塔柱安裝施工［J］.施工技術(shù)，2008，37(5):105 －110.

［3］章登精.南京長(zhǎng)江第三大橋鋼塔工程控制技術(shù)［J］.中國(guó)鐵道科學(xué)，2007，28(4):133－140.