楊 雷， 趙 志 強(qiáng)

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

金堂某新建大橋連接趙鎮(zhèn)和三星鎮(zhèn)。該橋位于金堂縣城沱江上游600 m處，工程全長(zhǎng)1 641 m，主橋?yàn)殚L(zhǎng)860 m的雙塔雙索面斜拉橋，主跨跨越江心島，跨度430 m，橋面寬38 m。全橋共設(shè)兩個(gè)索塔，四個(gè)塔柱，每個(gè)塔柱布置17對(duì)斜拉索，上部15對(duì)斜拉索采用鋼錨梁錨固形式，布置在塔壁的混凝土牛腿上，下部2對(duì)斜拉索水平力相對(duì)較小，采用混凝土齒塊直接錨固形式。斜拉索塔共設(shè)置了60道鋼錨梁，120個(gè)混凝土牛腿以及8個(gè)混凝土齒塊。

2 鋼錨梁的設(shè)計(jì)

在該工程中，鋼錨梁根據(jù)構(gòu)造的不同分為M1、M2、M3、M4四類，每套鋼錨梁錨固2對(duì)斜拉索，設(shè)置于上塔柱斜拉索錨固區(qū)段。同一高程位置的鋼錨梁板件構(gòu)造因斜拉索角度的不同而帶來(lái)相應(yīng)板件的差異。拉索的豎向分力通過(guò)錨梁上錨固構(gòu)件完全傳遞至牛腿；拉索的橫橋向水平分力由錨梁橫向聯(lián)系承受；拉索的順橋向水平分力分為兩部分：恒載索力由錨梁承擔(dān)，后期使用的荷載索力由錨梁與塔壁共同承擔(dān)。組成鋼錨梁的主要構(gòu)件有：頂板、翼板、錨墊板、腹板、底板、承壓板、加勁肋、支座加勁板、縱向限位板等，其中錨墊板和承壓板為主要承壓構(gòu)件，頂板、腹板為順橋向的主要承拉構(gòu)件。鋼錨梁的設(shè)計(jì)布置情況見(jiàn)圖1。

3 鋼錨梁安裝施工質(zhì)量控制

3.1 鋼錨梁安裝前的檢查

在鋼錨梁吊裝之前，采用鑒定鋼尺、精密水準(zhǔn)儀和全站儀對(duì)鋼錨梁的幾何尺寸、高程測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)軸線測(cè)量控制點(diǎn)、標(biāo)記等進(jìn)行檢查，如果有誤差或誤差超過(guò)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，應(yīng)立即找出原因并進(jìn)行糾正，重新確定其平面位置與尺寸。對(duì)于與鋼錨梁連接的索導(dǎo)管要重點(diǎn)檢查其每根的長(zhǎng)度、坡口長(zhǎng)度、壁厚等。鋼錨梁在安裝前需對(duì)其位置以及方向進(jìn)行標(biāo)號(hào)，防止安裝過(guò)程中出現(xiàn)誤差。鋼錨梁預(yù)拼及安裝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

圖1 鋼錨梁設(shè)計(jì)布置圖

表1 鋼錨梁預(yù)拼及安裝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)表

3.2 鋼錨梁預(yù)拼和吊裝

為了保證鋼錨梁的安裝精度，對(duì)預(yù)埋件與鋼錨梁進(jìn)行了整體吊裝。吊裝前，對(duì)鋼錨梁進(jìn)行預(yù)拼，預(yù)拼內(nèi)容包括：鋼錨梁、預(yù)埋板、縱橫限位裝置等。預(yù)拼前，先進(jìn)行胎架制作，胎架采用10#槽鋼制作，然后根據(jù)下預(yù)埋板的相對(duì)位置布置胎架；隨后對(duì)下預(yù)埋板、四氟板以及鋼錨箱進(jìn)行定位，然后安裝橫向限位裝置；最后再對(duì)縱向預(yù)埋件進(jìn)行定位并用碼板固定鎖死，使鋼錨梁形成整體。最重的單個(gè)鋼錨梁約為7.8 t(含預(yù)埋件)，吊裝根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用塔吊進(jìn)行，在單個(gè)鋼錨梁上設(shè)置了四個(gè)吊環(huán)。在該工程中，鋼錨梁的吊裝于塔柱上一模混凝土澆筑完成后進(jìn)行，吊裝過(guò)程中應(yīng)盡可能地排除塔柱上多余障礙物的干擾(圖2)。

圖2 鋼錨梁預(yù)拼安裝圖

3.3 鋼錨梁安裝

鋼錨梁安裝可分為首節(jié)段鋼錨梁安裝和其他節(jié)段鋼錨梁安裝。首節(jié)段鋼錨梁安裝在型鋼支架上，型鋼支架的設(shè)計(jì)尤為重要，若支架剛度不足、待鋼錨梁安裝上去后支架變形量較大將直接影響到安裝精度，若支架設(shè)計(jì)過(guò)于強(qiáng)大，支架型鋼等將對(duì)索塔設(shè)計(jì)鋼筋、預(yù)應(yīng)力等產(chǎn)生較大的干擾，因此，必須對(duì)鋼錨梁支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]。該工程中首節(jié)段鋼錨梁支架由I56b工字鋼及[10槽鋼焊接組成，工字鋼通過(guò)預(yù)埋鋼板焊接固定。支架須保證四個(gè)立柱高程統(tǒng)一，首節(jié)鋼錨梁安裝支架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 首節(jié)段鋼錨梁安裝支架結(jié)構(gòu)圖

對(duì)首節(jié)段鋼錨梁(基準(zhǔn)節(jié)段)進(jìn)行精確調(diào)位并固定、澆筑完成該節(jié)段混凝土后，陸續(xù)吊裝后續(xù)其他節(jié)段的鋼錨梁，其他節(jié)段的鋼錨梁通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)支架作為支撐安裝在上一節(jié)段鋼錨梁上。標(biāo)準(zhǔn)支架高度為2.6 m，上下兩層鋼錨梁之間共設(shè)置四根標(biāo)準(zhǔn)支架，支架間通過(guò)法蘭盤進(jìn)行連接以避免焊接造成支架變形；同時(shí)，為確保鋼錨梁的安裝精度，標(biāo)準(zhǔn)支架均在制作廠家進(jìn)行機(jī)加工。鋼錨梁每次吊裝時(shí)四根標(biāo)準(zhǔn)支架均須保證在同一軸線上。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用碼板、楔形塊、千斤頂?shù)裙ぞ哌M(jìn)行微調(diào)[2]。鋼錨梁安裝完成后再進(jìn)行牛腿鋼筋的安裝。每一段鋼錨梁吊裝完成后，進(jìn)行與之對(duì)應(yīng)節(jié)段塔柱混凝土的澆筑，依次循環(huán)施工直至全部完成。多層鋼錨梁安裝情況見(jiàn)圖4。

圖4 多層鋼錨梁安裝圖

3.4 鋼錨梁安裝及輔助操作平臺(tái)的精調(diào)

因該工程中索塔塔柱上的操作空間狹小，且塔柱內(nèi)腔施工安全系數(shù)低，進(jìn)行精調(diào)施工時(shí)較為困難，難以保證鋼錨梁安裝完成后的精度。為提高鋼錨梁的安裝精度，需要增加鋼錨梁安裝及精調(diào)輔助操作平臺(tái)為鋼錨梁施工提供一個(gè)有效的施工環(huán)境，在操作平臺(tái)上完成鋼錨梁的安裝及精調(diào)施工。項(xiàng)目部在該工程針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況研制出一種實(shí)用的新型鋼錨梁安裝及精調(diào)操作平臺(tái)。該操作平臺(tái)由雙拼槽鋼豎向支架作為骨架，通過(guò)焊接雙拼槽鋼橫向支架及平臺(tái)斜撐，上鋪花紋鋼板設(shè)置三層平臺(tái)(平臺(tái)數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工需求為準(zhǔn))。在鋼錨梁左右側(cè)各設(shè)置了一個(gè)多層平臺(tái)，通過(guò)橫向固定方鋼卡在雙拼槽鋼豎向支架中間連接左右側(cè)平臺(tái)，上方使用精軋螺紋鋼對(duì)拉桿進(jìn)行固定。拆除時(shí)只需先松開(kāi)精軋螺紋鋼對(duì)拉桿，再拔出橫向連接方鋼即可通過(guò)起重設(shè)備提升該裝置循環(huán)使用。該平臺(tái)有效解決了索塔塔柱上因操作空間狹小、安全系數(shù)低造成的安裝和精調(diào)施工難以操作的問(wèn)題，還可作為索塔塔柱內(nèi)腔施工作業(yè)平臺(tái)，具有較好的適用性和實(shí)用性，其具體構(gòu)造見(jiàn)圖5。

4 鋼錨梁安裝的精準(zhǔn)定位控制

4.1 鋼錨梁安裝精度分析

鋼錨梁安裝誤差主要來(lái)源于廠內(nèi)制造精度、首榀/底座安裝精度兩部分，從理想狀態(tài)(未考慮由于氣象參數(shù)修正、施工測(cè)量帶來(lái)的不確定因素造成的影響)來(lái)看，在未考慮施工誤差的情況下，B2/Z2#-B17/Z17#鋼錨梁安裝完成時(shí)，總體豎向傾斜度累計(jì)誤差已經(jīng)超出設(shè)計(jì)要求。

圖5 鋼錨梁安裝及精調(diào)輔助操作平臺(tái)構(gòu)造圖

4.2 鋼錨梁的總體控制

(1)鋼錨梁安裝前需對(duì)全橋控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，對(duì)復(fù)測(cè)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，依據(jù)精密控制測(cè)量要求取平面控制和高程控制的相鄰點(diǎn)相對(duì)點(diǎn)位中誤差Mij小于±3 mm，滿足規(guī)范要求，出具成果報(bào)告[3]。

(2)錨固點(diǎn)及鋼錨梁梁體坐標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算。建立空間直角坐標(biāo)系，以跨中(1 075)為平面坐標(biāo)原點(diǎn)，以85高程系統(tǒng)為高程基準(zhǔn)，計(jì)算成果并生成三維模型(已進(jìn)行三方復(fù)核)(圖6)。

(3)施測(cè)前需對(duì)測(cè)區(qū)的各項(xiàng)氣象參數(shù)進(jìn)行采集、分析和修正。對(duì)于大跨度斜拉橋而言，大氣折光影響比較嚴(yán)重，在鋼錨梁校核時(shí)，對(duì)埋設(shè)的高程點(diǎn)進(jìn)行檢校，實(shí)時(shí)計(jì)算大氣折光系數(shù)K的測(cè)區(qū)變化值Δk：

圖6 鋼錨梁數(shù)據(jù)生成點(diǎn)位圖

然后用Δk對(duì)全站儀K值進(jìn)行修正。測(cè)前需對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱，并將采集到的氣象元素輸入儀器后進(jìn)行測(cè)距，利用相鄰點(diǎn)位復(fù)核校正，再利用三維極坐標(biāo)法對(duì)鋼錨梁進(jìn)行觀測(cè)。由于鋼錨梁待測(cè)點(diǎn)與測(cè)站之間的高差較大，故在鋼錨梁精準(zhǔn)定位時(shí)必須考慮高程投影面的改正。

距離投影改正公式：

式中H為測(cè)線平均高程；H0為投影面高程；S為平距；R為地球曲率半徑。

4.3 鋼錨梁的安裝控制

鋼錨梁的位置決定了斜拉索錨固點(diǎn)位置，因此需要對(duì)每榀鋼錨梁安裝位置進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，其安裝步驟為：

(1)預(yù)埋鋼錨梁支架腿鋼板，按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)位置精確測(cè)量定位，澆筑混凝土后，再次對(duì)預(yù)埋底座平面位置、高程以及平整度等進(jìn)行測(cè)量確定，支架腿鋼板用高精度水準(zhǔn)儀找平并進(jìn)行首榀鋼錨梁軸線和邊線的放樣。

(2)調(diào)校鋼錨梁時(shí)，由于胎架和塔上支架均為固定尺寸的鋼支架結(jié)構(gòu)，因此，必須將每榀鋼錨梁調(diào)校至規(guī)范允許的誤差內(nèi)，不能留有殘差。

4.4 預(yù)抬值的設(shè)定

由于塔柱混凝土結(jié)構(gòu)自身的收縮徐變，以及在承受斜拉索軸壓力下的壓縮變形，在塔柱施工鋼錨箱與混凝土結(jié)合處時(shí)， 需對(duì)首榀鋼錨梁高程進(jìn)行調(diào)整，設(shè)置適當(dāng)?shù)念A(yù)抬值[5]。首節(jié)鋼錨梁安裝前，對(duì)索塔進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)控制分析，確定首節(jié)鋼錨梁安裝的準(zhǔn)確平面位置，同時(shí)計(jì)算并確定首節(jié)鋼錨梁安裝的預(yù)抬高值。鋼錨梁的理想目標(biāo)幾何線形由鋼錨梁截面中心點(diǎn)給出。理想目標(biāo)值的高程值為設(shè)計(jì)高程疊加以下的修正值(預(yù)抬高值由監(jiān)控單位提供)：補(bǔ)償中下塔柱成橋時(shí)產(chǎn)生的壓縮量；在首節(jié)鋼錨梁安裝時(shí)已采用的預(yù)抬值；補(bǔ)償鋼錨梁到成橋時(shí)的超長(zhǎng)值；基礎(chǔ)沉降量以及施工階段的鋼錨梁壓縮量。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著大跨度斜拉橋突飛猛進(jìn)的發(fā)展，鋼錨梁的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，筆者結(jié)合金堂某大橋施工實(shí)踐，對(duì)鋼錨梁的安裝方法及質(zhì)量控制措施進(jìn)行了總結(jié)，實(shí)踐表明：所采取的施工技術(shù)措施可以有效地確保大跨度斜拉橋鋼錨梁的施工質(zhì)量。