【摘要】以青蘭溝斜拉橋索塔安裝為例， 對無背索斜拉橋的鋼結(jié)構(gòu)索塔從索塔節(jié)段劃分、臨時支撐方案選定、吊裝機(jī)械選型、吊裝施工作業(yè)等施工準(zhǔn)備及關(guān)鍵施工工序進(jìn)行概述及分析。

【關(guān)鍵詞】斜拉橋； 鋼結(jié)構(gòu)； 拱形索塔； 施工技術(shù)

【中圖分類號】U448.27【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2023-02-07

［作者簡介］田煥祥（1985—），男，本科，高級工程師，一級建造師，一級注冊造價(jià)工程師、監(jiān)理工程師，主要從事公路、市政工程施工管理工作。

0 引言

怡心湖CD市政道路項(xiàng)目青蘭溝斜拉橋索塔采用雙索面無背索拱形鋼結(jié)構(gòu)，在滿足基本使用功能的同時造型獨(dú)特、新穎，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。因索塔為雙索面無背索拱形鋼結(jié)構(gòu)，其施工方法有別于常規(guī)施工方法，具有一定的代表性和指導(dǎo)性。文章以青蘭溝斜拉橋索塔安裝為例，對無背索斜拉橋的鋼結(jié)構(gòu)索塔從索塔節(jié)段劃分、臨時支撐方案選定、吊裝機(jī)械選型、吊裝施工作業(yè)等施工準(zhǔn)備及關(guān)鍵施工工序進(jìn)行概述及分析。

1 工程概況

怡心湖CD市政道路項(xiàng)目K3+937.117青蘭溝大橋?yàn)榭缭揭?guī)劃青蘭溝而設(shè)，為雙索面無背索斜拉橋（拱形索塔），橋梁全長108.16 m，全寬38.5 m。橋梁主梁采用全鋼、全焊接、正交異性橋面板的縱橫梁格體系，全橋設(shè)置三根縱梁，縱梁間距12.875 m，順橋向每隔4 m 設(shè)置一道中橫梁（縱梁之間）與外挑懸臂橫梁（縱梁之外）。索塔附近因塔梁固結(jié)需要將縱梁下翼緣聯(lián)成整體，形成閉合箱梁，提高其整體抗彎、抗扭能力。拱形索塔采用鋼箱結(jié)構(gòu)形式，由長軸為52.498 5 m、短軸為12.875 m的橢圓順時針繞橋梁徑向旋轉(zhuǎn)31°形成，垂直高度54.5 m，其中主梁頂板以上部分為45 m，頂板以下部分為9.5 m；索塔順橋向?qū)挾?～12 m，橫橋向主梁頂板以上部分2.25 m，頂板以下部分2.25～4.5 m；索塔鋼板厚度10～30 mm。索塔鋼箱內(nèi)填充C30 微膨脹混凝土配重，同時通過焊釘與鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合成一體，部分參與結(jié)構(gòu)整體受力。斜拉索采用雙索面豎琴形布置，全橋共計(jì)6對拉索，水平夾角25°。斜拉索采用整束預(yù)制、現(xiàn)場安裝的7 mm 平行鍍鋅高強(qiáng)鋼絲（1860 MPa）。斜拉索設(shè)計(jì)使用年限為30年（圖1、圖2）。

2 索塔施工方案

綜合考慮橋梁現(xiàn)場施工條件、項(xiàng)目所在地周邊鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)分包單位綜合能力及運(yùn)輸條件、施工工期、施工綜合成本等因素，確定索塔采用分節(jié)段在鋼結(jié)構(gòu)加工廠制造、運(yùn)至現(xiàn)場焊接成型、重型履帶吊吊裝就位的方案。

2.1 節(jié)段劃分

索塔呈拱形結(jié)構(gòu)，與鋼箱梁橋面斜交59°，單側(cè)4個節(jié)段，共8個節(jié)段，分別為左側(cè)1#～4#節(jié)段和右側(cè)1#～4#節(jié)段，其中1#節(jié)段在鋼箱梁橋面的以下，2#～4#節(jié)段在鋼箱梁橋面以上。作為鋼箱梁和索塔的主要承載構(gòu)件，在主梁安裝前就預(yù)先安裝在1#承臺并與索塔預(yù)埋件進(jìn)行焊接定位。2#節(jié)段接口在1#節(jié)段穿過鋼梁的橋面延長線上，2#～4#節(jié)段共設(shè)置6對拉索與鋼箱梁進(jìn)行拉接。索塔節(jié)段劃分如圖3、圖4所示，各節(jié)段參數(shù)見表1。

2.2 現(xiàn)場安裝

索塔1#節(jié)段（橋面以下）：索塔1#節(jié)段梁段長8.979 m，組合重量約43 t，整體布置在鋼橋面以下，與承臺頂埋件連接。由廠內(nèi)加工完成運(yùn)至現(xiàn)場，利用單臺履帶吊吊裝就位。

索塔2#～4#節(jié)段（橋面以上）：在橋面及2#橋臺區(qū)域搭設(shè)索塔組裝胎架或支架，索塔節(jié)段依順序運(yùn)輸至現(xiàn)場后逐節(jié)段進(jìn)行組裝焊接，在胎（支）架上合攏為半橢圓拱；2#～4#節(jié)段整體拼裝為半橢圓拱垂直高度45 m，組合后總重約297.6" t，四臺吊車分布在兩側(cè)施工道路上對索塔進(jìn)行整體吊裝；索塔就位安裝塔背支撐斜桿，待斜拉索安裝就位后并進(jìn)行初張拉后拆除塔背支撐及梁下支撐。

2.3 機(jī)械選型

綜合考慮現(xiàn)場吊裝條件、索塔拼裝成型后總重量、最大吊裝高度、吊裝半徑、吊裝機(jī)械額定起重量及輔助設(shè)備重量，吊裝機(jī)械選型如下。

索塔1#節(jié)段：選用1臺XGC300t-Ⅰ進(jìn)行吊裝作業(yè)。XGC300t-Ⅰ工作半徑16 m，臂長37 m，額定起重量96 t。

索塔2#～4#節(jié)段：整體吊裝選用兩臺XGC400t-Ⅰ履帶吊和兩臺汽車吊QY130t進(jìn)行吊裝作業(yè)。XGC400t-Ⅰ履帶吊工作回轉(zhuǎn)半徑9 m，臂長48 m，額定起重量240.4 t；QY130t輔助吊車工作回轉(zhuǎn)半徑8 m，臂長25.42 m，額定起重量56.5 t。XGC400t-Ⅰ履帶吊為主吊車，承擔(dān)構(gòu)件的絕大部分載荷；QY130 t汽車吊為輔助吊車起水平喂梁和調(diào)整索塔姿態(tài)作用。鋼絲繩選擇GB/T20067 - 2017《粗直徑鋼絲繩》規(guī)定的6×61類112 mm的鋼絲繩， 卸扣選用額定起重量為120 t的D形卸扣GBT25854-2010《一般起重用D形和弓形鍛造卸扣》作鋼絲繩與吊重之間的連接。

3 吊裝前準(zhǔn)備

3.1 梁下臨時支撐

索塔2#～4#節(jié)段吊裝就位后需在塔背設(shè)置一對臨時斜撐，為避免鋼箱梁集中受荷對鋼箱梁產(chǎn)生不利影響以及為鋼箱梁吊裝、焊接提供拼裝平臺，需在鋼箱梁下部設(shè)置臨時支撐。梁下臨時支撐采用“鋼筋混凝土樁+鋼柱+橫梁+短柱”結(jié)構(gòu)。由于橋梁現(xiàn)場河道尚未形成、場地地質(zhì)條件較好，鋼箱梁臨時支撐結(jié)構(gòu)采用在河道斷面開挖后設(shè)置臨時支架和拼裝平臺架設(shè)的方案。臨時支撐平臺在索塔安裝就位、拉索安裝并一次張拉完成、塔內(nèi)C30微膨脹混凝土灌注完成后拆除。

鋼箱梁主跨70 m，邊跨26 m，縱向分為4個節(jié)段（A、B、C、D節(jié)段）、橫向分為7塊，在梁段的前部、中部、尾部分別設(shè)置1200 mm鋼筋混凝土+ D609×16 mm鋼管樁作為支撐，樁基標(biāo)號C30。因索塔正下方支架設(shè)置鋼管樁需加密，全橋共設(shè)置9榀支架（54根樁塊）。其中70 m跨設(shè)置6榀樁，每榀6根；邊跨設(shè)置3榀，每排6根樁；樁采用旋挖鉆孔施工，樁長12 m。鋼管樁通過在混凝土裝訂預(yù)埋鋼筋的方式連接。預(yù)埋鋼筋為22 mm圓鋼，預(yù)埋鋼筋長度0.6 m，每處8根；預(yù)埋板厚度25 mm，直徑70 cm；鋼管柱材質(zhì)Q235B，規(guī)格為D609×16 mm，柱頂用2 cm厚鋼板封頭；鋼管柱頂控制高程465.590 m；每排鋼管柱上設(shè)置雙拼工40B橫梁，橫梁與柱頂封頭板焊接固定（柱頂橫梁上下翼板、腹板間焊接加勁肋改善橫梁支點(diǎn)受力）。雙拼工字鋼上拼接不同長度的短柱以滿足主梁縱坡變化需要；寬度較大的相鄰兩排鋼管柱間設(shè)16B槽鋼斜撐。樁布置及支撐示意如圖5～圖7所示。

3.2 吊耳設(shè)置

利用三維建模確定構(gòu)件的重心，確定吊耳具體位置（圖8、圖9）。共設(shè)置2組4個吊耳。第一組吊耳設(shè)在距塔底8.95 m處，第二組吊耳設(shè)在距塔頂21.82 m處，同組吊耳居中對稱布置。吊耳與索塔蓋板熔透焊接，內(nèi)部焊接筋板加強(qiáng)處理，在廠內(nèi)相應(yīng)節(jié)段索塔加工時同步焊接成型。

3.3 胎（支）架搭設(shè)

按照索塔分段方案及吊裝方案布置索塔胎架及支架。胎架布置在橋面區(qū)域，高出橋面50 cm，便于索塔下方焊接作業(yè)。橋面共設(shè)置12道HW300×300×10×15型鋼橫梁，單根橫梁長4 m，橫梁上用短接工40B型鋼補(bǔ)償橋面橫坡1.5%影響。支架設(shè)置在2#橋臺搭板位置。因2#橋臺區(qū)域高差較大，需根據(jù)地面高程預(yù)先制作鋼筋混凝土基礎(chǔ)（C30混凝土，尺寸4 m×3 m×0.5 m），在基礎(chǔ)上立兩組支架，支架上方設(shè)置HW300×300×10×15型鋼橫梁，橫梁上方短接工40B型鋼，長度70～100 cm，具體長度依據(jù)測量數(shù)據(jù)確定。胎架及支架安裝頂面標(biāo)高調(diào)整綜合考慮橋面縱坡、橫坡及塔背尺寸變化等數(shù)據(jù)，確保索塔拼接時索塔底部（即安裝就位后的背部）水平，經(jīng)測定無誤后按順序利用汽車吊輔助將各節(jié)段索塔焊接拼裝成型。索塔胎（支）架布置圖及結(jié)構(gòu)圖如圖10～圖12所示。

3.4 拱腳限位裝置

考慮到索塔吊裝就位后，拱腳的精確對中需要，在鋼橋面上焊接“U”形限位裝置對拱腳進(jìn)行限位。限位成功后用液壓千斤頂精確調(diào)整拱腳的位置。一側(cè)布置一組限位裝置，限位塊分別布置與拱腳小里程側(cè)和拱腳外側(cè)，共制作兩組。限位裝置布置如圖13所示。

3.5 塔背撐桿設(shè)置

索塔用吊車安裝就位后，經(jīng)檢測達(dá)到索塔預(yù)偏角要求后，在拱兩側(cè)設(shè)置一對撐桿對索塔進(jìn)行臨時支撐。撐管直徑630×16 mm，材質(zhì)Q235b，長度約20.43 m，自重約50 t，預(yù)先焊接吊裝耳板。撐管上部通過耳座著力于索塔隔板與腹板的交點(diǎn)，耳座與撐管采用鉸接連接；撐管下部著力于設(shè)置在鋼梁橫隔板上的分配橫梁。分配橫梁由四根H300×300×10×15型鋼并排拼裝而成，型鋼下翼板與橋面板焊接固定，上翼板分段焊接形成整體，一側(cè)布置一組分配橫梁，分配梁上設(shè)置與撐桿相連的底座。撐桿布置如圖14所示。

4 索塔吊裝

4.1 1#節(jié)段安裝

索塔1#節(jié)段梁段長8.979 m，正面由4.5 m漸變到2.682 m，側(cè)面由12 m漸變?yōu)?.951 m，組合后重量約43 t，整體布置在鋼橋面以下，與承臺頂埋件連接。吊裝選用1臺XGC300 t-Ⅰ進(jìn)行吊裝。XGC300 t-Ⅰ工作半徑16 m，臂長37 m，額定起重量96 t，吊裝作業(yè)前在橋梁上下游修筑臨時便道，吊車站位位置作加強(qiáng)處理并進(jìn)行承載力測試。節(jié)段吊裝就位后進(jìn)行平面位置、標(biāo)高和垂直度精細(xì)校核，滿足要求后將底口與承臺預(yù)埋錨件焊接牢固，經(jīng)檢查合格后在節(jié)段內(nèi)填充混凝土施工。1#節(jié)段吊裝如圖15所示。

4.2 2～4#節(jié)段整體安裝

4.2.1 吊裝方法

吊裝前先在橋面設(shè)置拱腳限位塊。吊裝作業(yè)時，兩臺XGC400 t-Ⅰ履帶吊主吊車位置不動，進(jìn)行垂直起升。隨著索塔重心不斷升高，索塔相對水平面夾角不斷增大，直至將索塔重心緩慢提升至距橋面21 m時，夾角約為59°。同時，塔腳在兩臺QY130 t輔助吊車的配合下緩慢作水平運(yùn)動，移動過程中塔腳與橋面保持20～50 cm的間隙。水平位置到位后，緩慢落鉤使塔腳在橋面精準(zhǔn)對位，繼而精確調(diào)整索塔傾角，然后安裝臨時撐桿、焊接塔腳根部焊縫、拆除吊鉤。

4.2.2 吊車站位

兩臺主吊車XGC400 t-Ⅰ對稱布置在2#橋臺前兩側(cè)，工作回轉(zhuǎn)半徑9 m；兩臺QY130 t輔助吊車對稱布置在1#墩兩側(cè)，工作回轉(zhuǎn)半徑8 m。吊車站位如圖16所示。

4.2.3 整體吊裝

吊裝前再次檢查吊車站位處地基、吊車工況、配重有無異常，核查吊裝鋼絲繩與索塔扣掛是否牢固，確保無問題后進(jìn)行整體吊裝作業(yè)（圖17～圖19）。

第一節(jié)段： 4臺吊車先同步將索塔水平緩慢抬離胎（支）架后暫停作業(yè)，再次檢查地基、吊車工況、配重、鋼絲繩與索塔扣掛及索塔有無異常，確保無問題后繼續(xù)進(jìn)行吊裝作業(yè)。

第二節(jié)段：4臺吊車同步將索塔抬高，確保塔腳與橋面保持20～50 cm的間隙。兩臺XGC400 t-Ⅰ履帶吊同步緩慢升鉤，使索塔相對水平面的夾角不斷增大，直至將索塔相對水平夾角約為62°時（索塔設(shè)計(jì)傾角為59°，考慮到索塔后期填芯混凝土施工，有3°的預(yù)偏角，吊裝時按62°控制），停止回收鋼絲繩。

第三節(jié)段： 4臺吊車同步配合將索塔整體水平移動，待平移至預(yù)安裝位置后4臺吊車同步落鉤使塔腳在橋面就位，就位后通過預(yù)先安裝的限位裝置及液壓千斤頂精確調(diào)整拱腳平面位置，繼而精確調(diào)整索塔傾角，然后臨時焊接固定、安裝臨時撐桿、焊接塔腳根部焊縫、吊車卸載。

4.3 塔背撐桿安裝

索塔吊裝就位，并經(jīng)檢查無誤后安裝塔背撐桿。撐桿規(guī)格630×16 mm，長度20.43 m，自重約50 t，預(yù)先焊接吊裝耳板。安裝時利用1臺QY100 t汽車吊站位在橋面板上吊裝，撐桿上部與索塔耳板鉸接，下部與分配梁上的底座焊接固結(jié)。撐桿吊裝就位后利用登高車托舉鉚工安裝銷軸及保險(xiǎn)裝置，采用焊接將撐管固定在底座上。

4.4 吊車卸載

索塔安裝就位后、索背撐桿安裝完成，經(jīng)檢查1#節(jié)段與2#節(jié)段連接部位焊接質(zhì)量滿足要求后分三步間歇式卸載。卸載分75%、50%、0三次進(jìn)行，相鄰兩次卸載停留10 min，確認(rèn)無問題后進(jìn)行下次卸載。卸載完成后卸載過程中同步對索塔傾角的變化情況進(jìn)行監(jiān)測，如傾角變化量超過允許值立即停止卸載，上報(bào)建設(shè)單位作進(jìn)一步分析處理。

5 臨時支撐拆除

索塔安裝就位達(dá)到預(yù)定的傾斜角、6對斜拉索安裝就位并進(jìn)行初張拉后，拆除塔背撐桿，此時索塔重力由斜拉索的側(cè)向分力來平衡。鋼箱梁支架在索塔撐桿拆除后進(jìn)行拆除，拆除時僅拆除鋼管柱、工字鋼等鋼構(gòu)件，混凝土樁基僅對露出河道部分進(jìn)行破除。

6 結(jié)束語

本文主要針對怡心湖CD市政道路項(xiàng)目青蘭溝雙索面無背索斜拉橋拱形鋼結(jié)構(gòu)索塔從索塔節(jié)段劃分、臨時支撐方案選定、吊裝機(jī)械選型、吊裝施工作業(yè)等施工準(zhǔn)備及關(guān)鍵施工工序進(jìn)行概述及分析。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，市政基礎(chǔ)配套設(shè)施，尤其時市政橋梁，在滿足基本使用功能的同時造型上朝著新、異的方向發(fā)展，橋梁造型的變化能積極地促進(jìn)橋梁施工方法的改進(jìn)與革新，進(jìn)而整體提升建筑行業(yè)橋梁施工技術(shù)水平。

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