李兆祥， 崔 海

(1.中交二公局 第一工程有限公司， 湖北 武漢 430056; 2.中鐵大橋(南京)橋隧診治有限公司, 江蘇 南京 210062)

港珠澳大橋青州航道橋索塔結(jié)形剪刀撐安裝關(guān)鍵技術(shù)

李兆祥1， 崔 海2

(1.中交二公局 第一工程有限公司， 湖北 武漢 430056; 2.中鐵大橋(南京)橋隧診治有限公司, 江蘇 南京 210062)

青州航道橋是港珠澳大橋項(xiàng)目中跨徑最大的通航孔橋，其橋型壯美，尤其“中國(guó)結(jié)”造型剪刀撐在國(guó)內(nèi)外首次采用，更是具有民族特色。但是其安裝精度要求高、受力復(fù)雜，總體重量非常大，成為了塔柱施工的一大難點(diǎn)。項(xiàng)目中采用D1100塔吊配合安裝于橫梁上的支撐支架、定位支架順利實(shí)現(xiàn)預(yù)埋構(gòu)件的安裝；采用塔頂安裝大噸位走形吊機(jī)的方式完成了約250 t構(gòu)件的吊裝。吊裝重量、安裝精度均達(dá)到領(lǐng)先水平，可為類似工程提供參考。

斜拉橋； 橋塔； 中國(guó)結(jié)； 剪刀撐； 施工技術(shù)

1 橋梁概述

港珠澳大橋是跨越珠江口伶仃洋海域，連接香港、廣東、澳門的具有國(guó)家戰(zhàn)略意義的跨海通道。項(xiàng)目是“橋、隧、島”一體化多專業(yè)綜合集群工程。主體工程橋梁長(zhǎng)度達(dá)22.9 km,主要包括3座通航孔橋和其它非通航口橋。

青州航道橋?yàn)楦壑榘拇髽蛑黧w工程3個(gè)通航孔橋之一，全長(zhǎng)1150 m。該橋?yàn)殡p塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，橋跨布置為110 m+236 m+458 m+236 m+110 m，橋型布置如圖1所示。斜拉索采用雙索面扇形布置，橋塔采用H型框架結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土構(gòu)件。下部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆承臺(tái)及墩身，大直徑鋼管復(fù)合群樁基礎(chǔ)。

圖1 青州航道橋橋型布置圖(單位： m)

2 橋塔設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

索塔塔身采用C50混凝土，為H形框架塔。索塔總高163 m，其中上塔柱高56.35 m，中塔柱高66.65 m，下塔柱高40 m。

塔柱采用空心單箱單室斷面。下塔柱為變截面，截面尺寸由10.0 m(順橋向)×7.0 m(橫橋向)線性變化至7.0 m(順橋向)×4.8 m(橫橋向)，順橋向壁厚1.3 m，橫橋向壁厚1.1 m。中、上塔柱為等截面，截面尺寸為7.0 m(順橋向)×4.8 m(橫橋向)。剪刀撐位置塔柱壁厚加厚，中塔柱由1.0 m增加至1.2 m；上塔柱由0.8 m增加至1.1 m。

2.2 “中國(guó)結(jié)”剪刀撐造型

青州航道橋是港珠澳大橋景觀效果控制性結(jié)構(gòu)。經(jīng)過多重方案比選，采用“中國(guó)結(jié)”造型剪刀撐。該造型在國(guó)內(nèi)外首次采用，曲線柔和，與全線景觀融為一體。

“中國(guó)結(jié)”剪刀撐總高度為50 m，頂部標(biāo)高為164.6 m，距離承臺(tái)頂面約159 m。由于桿件傾角大，構(gòu)造異形并且連接部位曲化，所以采用了鋼結(jié)構(gòu)。截面為箱型，由上至下共分為T1、J1、J2、J3、T2這5種節(jié)段。其中T1、T2段與塔柱連接，與混凝土塔柱為剪力鍵連接，伸出塔柱外部1 m。J1、J2、J3節(jié)段之間采用高強(qiáng)度螺栓連接。T1與J1、T2與J3間采用現(xiàn)場(chǎng)焊接連接。見圖2。

圖2 “中國(guó)結(jié)”剪刀撐構(gòu)造

3 施工難點(diǎn)

該剪刀撐施工難度較大，具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

1) 重量大，結(jié)構(gòu)尺寸大，對(duì)吊機(jī)吊裝能力要求很高。該剪刀撐總重量達(dá)到了780 t，分5塊制作安裝，單個(gè)塊件最重達(dá)250 t，如表1所示。構(gòu)件總高度約50 m，結(jié)構(gòu)尺寸大，對(duì)吊機(jī)吊裝能力要求很高。同時(shí)，吊裝過程中構(gòu)件的精準(zhǔn)對(duì)位、穩(wěn)定控制等均難度很大。

表1 剪刀撐各部分重量表部位重量/t部位重量/tT1-122J162T1-220J2247T2-125J380T2-225

2) 制作及安裝精度較高。T1、T2節(jié)段預(yù)埋精度要求高，對(duì)預(yù)埋的位置、傾角等都要求很高的精度；J1、J2、J3節(jié)段間采用高強(qiáng)螺栓連接，工廠制造精度高，現(xiàn)場(chǎng)匹配安裝難度大。

3) 剪刀撐頂部距離承臺(tái)高約159 m，吊裝高度大，施工風(fēng)險(xiǎn)高。吊裝過程中不能出現(xiàn)任何錯(cuò)誤，否則后果嚴(yán)重。

4) 剪刀撐與混凝土組合結(jié)構(gòu)的溫度變形存在差異、施工累積變形及精度控制難。

4 “中國(guó)結(jié)”形剪刀撐安裝關(guān)鍵技術(shù)

4.1 T2節(jié)段安裝

斜拉橋塔柱受力受斜拉索影響較大，同時(shí)受橫向大風(fēng)、塔柱扭曲等影響，連接節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜。因此，剪刀撐與混凝土塔柱采用“承壓 — 傳剪”的復(fù)合傳力模式。剪刀撐預(yù)埋節(jié)點(diǎn)處采用連接箱包裹塔柱。在連接箱的腹板、面板均開設(shè)圓孔，塔柱的豎向及橫向鋼筋均穿過圓孔，形成PBL剪力鍵。在豎向開設(shè)混凝土澆主孔以便于混凝土的澆注、振搗和形成整體。

“中國(guó)結(jié)”的T1、T2節(jié)段為預(yù)埋構(gòu)件，其安裝的精確性非常重要，也是剪刀撐安裝的一個(gè)重點(diǎn)。由于安裝及定位工藝相似，現(xiàn)對(duì)T2進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

T2總長(zhǎng)度達(dá)12.6 m，傾斜角度為5.1°。為了減輕吊裝重量，保證安裝精度和穩(wěn)定性，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，T2分兩段加工制作、吊裝，節(jié)段間焊接連接。安裝步驟如圖3所示。

4.2 定位及調(diào)位

4.2.1 豎直方向及縱向位置調(diào)整

豎向及縱向定位的主要思路為豎直方向定位準(zhǔn)確，水平縱橫方向可以調(diào)整并控制。因此在上一節(jié)段預(yù)埋的定位支撐型鋼位置應(yīng)精準(zhǔn)，平面允許偏差為15 mm，而頂部調(diào)平鋼板(20 mm厚)豎向安裝精度允許偏差僅3 mm；傾斜角度與塔柱嚴(yán)格一致。

順橋向調(diào)整時(shí)定位支撐作為反力支架使用，利用32 t千斤頂實(shí)現(xiàn)縱橋向位置調(diào)整，允許偏差為3 mm。位置調(diào)整結(jié)束后，T2底部節(jié)段與定位支撐型鋼焊接牢固。

4.2.2 橫橋向位置調(diào)整

橫向水平支撐應(yīng)保證調(diào)整階段的整體穩(wěn)定性、抵抗水平分離。橫向定位支撐設(shè)置在鋼管立柱頂端、焊接。鋼管立柱則支撐在塔柱下橫梁上?？紤]加工和安裝的精度偏差和順橫橋向位置調(diào)整的需要，支架兩端比設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度各減少20 mm，支架定位布置如圖4所示。

步驟1： ① 爬模施工至上一節(jié)段時(shí)，預(yù)埋定位支撐型鋼；

② 從支撐橫梁上搭設(shè)支撐支架，作為橫向定位支架的基礎(chǔ)

步驟2： ① 利用D1100塔吊吊裝T2底節(jié)段；

② 精確調(diào)整T2底節(jié)段至設(shè)計(jì)位置，與定位支撐及橫向定位 支架固結(jié)；

③ 安裝勁性骨架及鋼筋，模板爬升至第19節(jié)段，澆筑混凝土

步驟3： ① D1100塔吊吊裝T2頂節(jié)段，精確調(diào)位后與底節(jié)段焊接;

② 安裝鋼筋、爬升模板至第20節(jié)段，澆筑混凝土

步驟4： 安裝第21節(jié)骨架、鋼筋、內(nèi)側(cè)模板系統(tǒng)，澆筑第21節(jié)混凝土， 完成T2相關(guān)節(jié)段混凝土施工

圖3 T2安裝步驟圖

圖4 T2橫向定位支架布置圖(單位： mm)

4.3 其它節(jié)段吊裝

J1～J3節(jié)段的安裝對(duì)塔頂?shù)跹b系統(tǒng)要求較高，不僅需要極大的起重能力(總吊裝能力不小于320 t)，穩(wěn)定能力，還需要橫橋向移動(dòng)能力，塔頂?shù)鯔C(jī)布置如圖5所示。

4.3.1 J3節(jié)段吊裝

J1～J3節(jié)段總體上按照J(rèn)3、J2、J1的安裝順序。J3節(jié)段整體長(zhǎng)23 m，高15.5 m，采用臥式運(yùn)輸。為了保證栓接精度，吊裝前J1～J3節(jié)段應(yīng)進(jìn)行試拼。試拼完成后應(yīng)將J1、J3節(jié)段用型鋼臨時(shí)螺栓固定，J2節(jié)段安裝完成后方可拆除。

塔頂4臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)同步起吊，通過80 t吊鉤組、φ50 mm鋼絲繩及150 t卸扣與J3臨時(shí)吊點(diǎn)連接。J3節(jié)段首先垂直起吊，距離射擊高度約50 cm時(shí)，順橋向移動(dòng)至塔柱中心，然后繼續(xù)向上提升至設(shè)計(jì)位置。

4.3.2 J3調(diào)位、定位

J3節(jié)段的豎向調(diào)整通過塔頂?shù)鯔C(jī)實(shí)現(xiàn)。調(diào)整到位后，在臨時(shí)支墩與支撐支架之間填塞薄鋼片及聚四氟乙烯滑板。

J3的定位和調(diào)整通過固定支架與支撐支架之間設(shè)置調(diào)位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。在臨時(shí)固定支架上設(shè)置臨時(shí)支墩，與支撐支架間設(shè)置滑板層；在支撐支架上設(shè)置反力架并放置千斤頂。通過千斤頂進(jìn)行橫橋向及縱橋向調(diào)整。如圖6。

4.3.3 順橋向臨時(shí)約束

J3、J2安裝完成后，結(jié)形撐豎向的懸臂高度達(dá)到了38 m。為了保證其穩(wěn)定性、減小其在高空風(fēng)荷載作用下的擺動(dòng)，在J2的中部偏上位置(標(biāo)高+142.65 m)設(shè)置1根限位鋼管。鋼管外徑820 mm，壁厚10 mm。在J2與限位鋼管之間設(shè)置支撐型鋼(HN400)并通過鏈條葫蘆將J2與限位鋼管固定。保證施工過程中已經(jīng)安裝的J3、J2構(gòu)件穩(wěn)定，順橋向穩(wěn)定約束布置如圖7所示。

圖5 塔頂?shù)鯔C(jī)總體布置圖(單位: mm)

圖6 J3定位示意圖

圖7 順橋向約束布置圖

5 小結(jié)

港珠澳大橋青州航道橋通過塔頂?shù)鯔C(jī)、塔吊以及支撐支架、限位鋼管等相互結(jié)合的方式順利地實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)結(jié)”剪刀撐的安裝，其安裝精度高、吊裝重量大，具有較高的施工水準(zhǔn)。

總體上采用“化整為零、集零為整”的分節(jié)段施工方案降低了施工難度、縮短了工期。吊裝過程中通過在橫梁頂部安裝支撐支架、限位支架、限位鋼管等措施保證了吊裝過程中受力安全及穩(wěn)定。其成功的吊裝施工經(jīng)驗(yàn)為大型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝提供了參考和借鑒。

[1] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社, 2012.

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2016-08-11

李兆祥( 1972-) ，男，工程師，研究方向: 道路與橋梁工程。

1008-844X(2017)01-0122-04

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