陳泳璋

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

在眾多鋼管拱橋施工中，絕大多數(shù)采用無支架纜索吊裝的施工方法進行施工。鋼管拱橋的無支架纜索吊裝施工時，為了適應(yīng)地形變化，并保證主索吊有足夠的工作高度，以便安裝拱橋合攏階段的拱肋段。而決定主索吊高度的高低，往往是由塔架的高度來控制的。

塔架的設(shè)計高度，往往受到橋梁地理位置、地形因素、橋梁跨度等諸多因素的影響。塔架的高度越高，塔架的受力就越不利，對塔架的穩(wěn)定性要求就越高。不同拱橋的纜索吊裝中，塔架的設(shè)計和施工都不盡相同。針對不同的鋼管拱橋，設(shè)計專門的塔架是鋼管拱橋纜索吊裝的一項重要工作。

1 工程概況

馬灘紅水河特大橋纜索吊裝系統(tǒng)塔架采用大型鋼管搭設(shè)，豎向主承重管采用φ610×14 mm和φ610×16 mm鋼管，立面斜桿采用φ203×6 mm鋼管，水平橫桿和斜桿采用φ159×5 mm鋼管，塔頂主承重管間采用萬能桿件連接、柱頭采用鋼管。立柱主管的橫向間距均為4.9 m，縱向間距為4 m，豎向每個節(jié)間的高度為4 m。拱肋兩肋中心間距23.9 m，考慮塔頂上一組索道(包括工作索)的索鞍平車在塔頂兩側(cè)占用約3 m，主索塔架頂寬采用69 m。

總體尺寸為：南(寧)岸塔架總高130.6 m，柳州(北)岸塔架總高138.6 m，兩岸塔架橫橋向總寬67.1 m，順橋向塔底總寬4 m，塔頂總寬69 m。南(岸)塔架構(gòu)造圖如圖1所示。

圖1 塔架總體布置圖

立柱主管每節(jié)長8 m，采用法蘭盤連接。水平桿、水平斜桿及立面斜桿與豎向主管間用節(jié)點板連接。綜合考慮實際地形地貌、現(xiàn)場布置情況及系統(tǒng)受力，本方案采用主扣合一的體系，扣索與承重主索共用塔架。

2 總體施工方案

塔架安裝使用機械配合人工進行安裝。首先在兩岸塔架一側(cè)分別安裝1臺C7036型塔吊和1臺QTZ6015型塔吊，然后用塔吊進行豎桿鋼管及橫聯(lián)等部件的安裝。隨著塔架高度的升高，塔吊也隨之爬升，直至整個塔架安裝結(jié)束。C7036型塔吊在臂端70 m處可起吊3.6 t，而塔架最重的桿件為立柱主管標(biāo)準(zhǔn)段2.067 t，塔吊起重能力滿足要求。QTZ6015型塔吊在臂端30 m處可起吊2.1 t，起重能力滿足要求。塔架的安裝應(yīng)認真進行，安裝前應(yīng)認真對各種桿件、節(jié)點板、填板、螺栓進行檢查，防止有損傷或不合格的構(gòu)件被用到塔架上。安裝應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計進行，螺栓要按數(shù)量上足上緊，在吊裝過程中，還需要定期檢查。

采用C7036型塔吊，將塔架按8 m一段拼裝好再起吊，最大吊重16 t，起吊距離10 m。在安裝塔架中立柱時，起吊距離33 m，最大吊重10 t。

采用QTZ6015型塔吊安裝塔架另一側(cè)主立柱，將塔架按單根管組拼，最大吊重2.1 t，最大起吊距離33 m。

主橋施工順序：基礎(chǔ)施工→承臺施工→塔吊安裝與調(diào)試→標(biāo)準(zhǔn)段8 m鋼管立柱安裝→橫桿與斜桿安裝→邊柱與中柱連接橫撐安裝→扣索段8 m鋼管立柱安裝→萬能桿件安裝→結(jié)束。塔架施工工藝流程如圖2所示。

圖2 塔架施工工藝流程圖

3 塔架構(gòu)造設(shè)計

馬灘紅水河特大橋纜索吊裝系統(tǒng)塔架采用大型鋼管搭設(shè)，兩側(cè)立柱從基礎(chǔ)向上56 m高度區(qū)段豎向主承重管采用φ610×16 mm鋼管，其余位置及扣索錨固段采用φ610×14 mm鋼管，立面斜桿采用φ219×6 mm鋼管，水平橫桿和斜桿采用φ168×5 mm鋼管，鋼管材質(zhì)為Q345B。立柱主管的橫向間距為4.9 m，縱向間距為4 m，豎向每個節(jié)間的高度也為4 m。拱肋兩肋中心間距23.9 m，主索塔架頂寬69 m，柳州(北)岸高度136.4 m(不計索鞍)，南(寧)岸高度128.4 m(不計索鞍)，采用3個立柱。立柱主管標(biāo)準(zhǔn)節(jié)每節(jié)長8 m，重2.067 t，采用法蘭盤連接。水平桿、水平斜桿及立面斜桿與豎向主管間用節(jié)點板連接。塔架三維構(gòu)造圖如圖3所示。

圖3 塔架三維構(gòu)造圖

綜合考慮實際地形地貌、現(xiàn)場布置情況及系統(tǒng)受力，本方案采用主扣合一的體系，扣索與承重主索共用塔架。柳州(北)岸主塔設(shè)置樁號為K1335+415.6，南(寧)岸主塔設(shè)置樁號為K1335+875.7。

塔架基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，樁基直徑1.3 m，樁頂設(shè)承臺。樁基進入中風(fēng)化巖層，其配筋參照兩岸橋臺的樁基進行。承臺上預(yù)埋塔架的地腳螺栓。

4 塔架纜風(fēng)構(gòu)造

塔架拼裝階段，需要適當(dāng)?shù)卦谒苌显O(shè)置塔架風(fēng)纜，完成塔架架設(shè)之后，也應(yīng)根據(jù)塔架高度和受力情況設(shè)置腰風(fēng)纜和塔架頂風(fēng)纜，以便于在架設(shè)過程和吊裝階段通過這些風(fēng)纜調(diào)整塔架垂直度并增加塔架穩(wěn)定性。本橋主塔架較高，因此兩岸主塔架順、橫橋向兩側(cè)均需設(shè)頂風(fēng)纜、腰風(fēng)纜。架設(shè)工作索和主索之前，必須測量塔架垂直度并通過塔架風(fēng)纜索調(diào)整塔架至最佳狀態(tài)后方能進行纜索架設(shè)施工。塔架纜風(fēng)繩縱橋向布置如圖4所示。

圖4 塔架纜風(fēng)繩縱橋向布置圖

吊塔沿縱橋向和橫橋向分別設(shè)置纜風(fēng)繩，縱橋向纜風(fēng)繩用于平衡主索對塔架的不平衡水平力。由于主索前索與尾索夾角不一致，前索夾角小于尾索夾角，通常水平力是向前的。橫橋向纜風(fēng)繩用于平衡塔架橫向偏載和索鞍橫移而造成的水平力，由于主索地錨位置固定，而索鞍在塔頂橫向移動，造成尾索與前索存在夾角，這樣對塔架會產(chǎn)生橫向力，如圖5所示。

圖5 塔架纜風(fēng)繩橫橋向布置圖

纜風(fēng)采用鋼絞線，在塔架主管上焊接纜風(fēng)錨固點連接板，纜風(fēng)地錨上用型鋼設(shè)置張拉錨固點，在地錨上張拉。塔架后纜風(fēng)錨固到兩岸扣地錨上，前纜風(fēng)則錨固在拱座兩側(cè)預(yù)埋的連接板上。纜風(fēng)及纜風(fēng)地錨實體構(gòu)造圖如圖6所示。

圖6 纜風(fēng)及纜風(fēng)地錨實體構(gòu)造圖

5 塔架安裝

塔架安裝使用機械配合人工進行安裝。首先在兩岸塔架一側(cè)分別安裝1臺C7036型塔吊和1臺QTZ6015型塔吊，然后用塔吊進行豎桿鋼管及橫聯(lián)等部件的安裝。隨著塔架高度的升高，塔吊也隨之爬升，直至整個塔架安裝結(jié)束。塔吊設(shè)兩道附著，在塔吊55.06 m處設(shè)一道非緊固附著，在塔吊101.3 m處設(shè)一道緊固附著。C7036型塔吊在臂端50 m處可起吊5.9 t，而塔架最重的標(biāo)準(zhǔn)段吊裝單元重量為5.749 6 t，塔吊起重能力滿足要求；QTZ6015型塔吊在23.555 m處可起吊5.813 5 t，而塔架最重的標(biāo)準(zhǔn)段吊裝單元重量為5.749 6 t，起重能力滿足要求。塔架的安裝應(yīng)認真進行，安裝前應(yīng)認真對各種桿件、節(jié)點板、填板、螺栓進行檢查，防止有損傷或不合格的構(gòu)件被使用到塔架上。安裝應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計進行，螺栓要按數(shù)量上足上緊，在吊裝過程中，還需要定期檢查。塔架施工步驟如下：

(1)在做好的基礎(chǔ)承臺上，安裝第一個8 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼管立柱。

(2)安裝第一個8 m節(jié)段鋼管立柱之間的水平桿、水平斜桿及立面斜桿。

(3)為確保塔架的偏位和穩(wěn)定性，在第一個8 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段安裝完成后，在邊立柱和中立柱之間安裝臨時橫撐，增加塔架的剛度，待塔架穩(wěn)定后再拆除。

(4)待塔架穩(wěn)定后，拆除邊立柱和中立柱之間的橫撐，完成塔架第一個8 m節(jié)段的標(biāo)準(zhǔn)安裝。

(5)重復(fù)前面的安裝步驟，安裝第二個8 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼管立柱。

(6)依次安裝鋼管立柱，水平桿、水平斜桿及立面斜桿，直到安裝完第6個8 m節(jié)段標(biāo)準(zhǔn)鋼管立柱。

(7)為增加塔架的穩(wěn)定性，在安裝完第6個8 m節(jié)段標(biāo)準(zhǔn)鋼管立柱后，在邊立柱和中立柱之間安裝永久橫撐。

(8)接著安裝第七個、八個、九個8 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼管立柱以及立柱之間的水平桿、水平斜桿及立面斜桿，直到安裝完塔架所有的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段。

(9)安裝扣索段8 m節(jié)段鋼管立柱以及水平桿、水平斜桿及立面斜桿，在安裝完第一個扣索段8 m節(jié)段鋼管立柱以及水平桿、水平斜桿及立面斜桿后，在扣索段邊立柱和中立柱之間安裝永久橫撐。

(10)在安裝完第四個扣索段8 m節(jié)段鋼管立柱以及水平桿、水平斜桿及立面斜桿后，在扣索段邊立柱和中立柱之間再安裝永久橫撐。

(11)接著安裝后面第五個、六個8 m扣索段鋼管立柱以及立柱之間的水平桿、水平斜桿及立面斜桿，直到扣索段塔架安裝完成。

(12)安裝塔頂萬能桿件和塔頂軌道梁，完成鋼塔架的所有安裝。

6 纜風(fēng)安裝

6.1 臨時纜風(fēng)安裝

在塔架搭設(shè)到50 m高度時，應(yīng)拉設(shè)臨時纜風(fēng)，確保塔架的縱向穩(wěn)定性。纜風(fēng)采用φ28 mm鋼絲繩，捆綁在主立管的節(jié)點處，用卡環(huán)固定。地面上設(shè)臨時纜風(fēng)地錨，挖坑用混凝土澆筑，≥5 m3。

6.2 永久纜風(fēng)安裝

當(dāng)塔架安裝至永久纜風(fēng)位置時，應(yīng)安裝永久纜風(fēng)。纜風(fēng)每束為16根鋼絞線，塔端為固定端，用圓P型錨具；張拉端在地錨上，用低應(yīng)力防松脫錨具。塔頂兩側(cè)纜風(fēng)為3層，塔頂中間立柱纜風(fēng)為2層，塔腰纜風(fēng)為1層，其余位置為預(yù)留的纜風(fēng)固定端。

纜風(fēng)索的初張力按每根鋼絞線≥40 kN計，塔后為河岸方向，塔前為靠河方向，具體張力如表1所示：

表1 纜風(fēng)索初張力控制表

7 塔架受力分析

塔架安裝過程中，隨著塔架的升高，塔機附著會對塔架產(chǎn)生作用力，通過計算機有限元計算法，將塔身和附著桿件建模，按8種工況進行計算，分別得到1道附著、2道附著、3道附著時，附著桿件對塔架的作用力。塔架受力分析計算模型如圖7所示。

塔架安裝過程中，塔架所受荷載作用有塔架自重、塔架所受風(fēng)荷載、附著桿件對塔架的作用力，通過MIDAS軟件對塔架建模，分析附著桿件對塔架的8種工況作用力下的塔架穩(wěn)定性，荷載組合工況如表2所示：

表2 塔架分析荷載工況組合表

8種荷載組合作用下，經(jīng)MIDAS進行屈曲分析后，相應(yīng)的彈性穩(wěn)定系數(shù)均大于工程中彈性穩(wěn)定系數(shù)最小值4.0的要求。

圖7 塔架受力分析計算模型圖

8 結(jié)語

本工程對大橋南、北兩岸的塔架設(shè)計與施工是成功的。通過各種有效的計算與分析，確保了橋梁纜索吊裝系統(tǒng)塔架在使用期間的安全與穩(wěn)定。塔架建造完成后，順利實施了鋼管拱橋各節(jié)段拱肋的安裝，并保證有足夠的精度和穩(wěn)定性。在保證作業(yè)高度滿足要求的前提下，還為各節(jié)段拱肋安裝提供了一個安全臨時錨固體系，使主橋拱肋安裝得以順利實施?，F(xiàn)今主橋鋼管拱全部節(jié)段已順利安裝。實踐證明，大橋南、北兩個塔架的施工方案切實可行，并在本工程拱肋安裝中取得了良好實施效果，可為同類型工程提供參考借鑒。