異形拱塔斜拉橋塔梁異步協(xié)同拼裝施工關(guān)鍵技術(shù)

彭波 吳校全

[摘? 要]：南京花山大橋主橋?yàn)椋?00+50+100） m異形拱塔雙索面斜拉橋，拱塔沿橋縱向布置，由左、右兩榀橫向內(nèi)傾靠合而成，縱立面呈向一側(cè)傾斜的心形，整體結(jié)構(gòu)似湖上楊帆啟航的郵輪。針對(duì)縱向布置異形拱塔斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究“先梁后塔、塔索同步”的塔梁異步協(xié)同拼裝施工技術(shù)，充分利用塔索梁自平衡，輔以適量主梁支架及超高拱塔支架，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，提高施工安裝精度和效率、節(jié)約施工成本。南京花山大橋主橋的順利施工，驗(yàn)證了相關(guān)施工技術(shù)的可行性。

[關(guān)鍵詞]：斜拉橋; 拱塔; 塔梁拼裝; 鋼結(jié)構(gòu)安裝; 橋梁施工

U448.27;U445.4A

1 工程概況

南京花山大橋位于南京市高淳區(qū)南部，跨越固城湖，連接湖區(qū)兩側(cè)的磚墻鎮(zhèn)和固城鎮(zhèn)，是高淳區(qū)環(huán)湖線的重要節(jié)點(diǎn)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)公路兼城市主干路功能，橋面寬34.3 m，機(jī)動(dòng)車道為雙向4車道，兩側(cè)設(shè)置非機(jī)動(dòng)車道及人行道。該橋主橋?yàn)椋?00+50+100） m的縱置拱塔雙索面斜拉橋（圖1）[1-2]，橋塔為縱向向橋梁一端傾斜的心形拱塔，整體結(jié)構(gòu)似湖上楊帆啟航的郵輪。

橋塔采用鋼結(jié)構(gòu)，自承臺(tái)臺(tái)座以上塔高82.31 m，由左、右兩榀橫向內(nèi)傾靠合而成，每榀橋塔由上拱塔和下拱圈組成，在塔頂設(shè)置1道橫梁（拱塔上橫梁）連接，在主梁下方設(shè)置3道橫梁（2道拱塔下橫梁、1道下拱圈橫梁）連接，塔內(nèi)主梁由拱塔下橫梁和下拱圈橫梁支撐，塔外主梁由斜拉索支撐。上拱塔和下拱圈均為八邊形截面鋼箱結(jié)構(gòu)，拱軸線為空間樣條曲線。下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在橋塔根部設(shè)置鋼—混結(jié)合段與上拱塔和下拱圈連接。

主梁采用分離式雙箱PK斷面鋼箱梁，寬34.3 m，高2.8 m。單個(gè)鋼箱縱梁頂板寬9.9 m，底板寬7.4 m。兩縱梁之間采用橫梁連接，橫梁為倒T形斷面，標(biāo)準(zhǔn)間距3 m。鋼箱梁橋面板采用正交異性鋼橋面板。

斜拉索采用平行鋼絲索，按空間雙索面布置，分為塔外斜拉索、塔內(nèi)斜拉索。每榀拱塔共設(shè)24根斜拉索，兩側(cè)各布置8根塔外斜拉索，中間布置8根塔內(nèi)斜拉索。塔外斜拉索連接上拱塔和主梁，采用單端張拉，張拉端設(shè)于主梁上，固定端采用錨箱與上拱塔相連。塔內(nèi)斜拉索兩端連接上拱塔，采用索內(nèi)張拉，各根索空間上相互錯(cuò)開，為避免索體碰撞，在相鄰索之間布置拉索連接器。

2 總體施工方案

對(duì)于常規(guī)斜拉橋，塔梁同步懸臂拼裝是經(jīng)常采用的施工方法[3]。但是，對(duì)于異形拱塔斜拉橋，由于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，塔梁同步懸臂拼裝的施工方法受到制約。根據(jù)縱置傾斜心形拱塔斜拉橋的拱塔與主梁走向一致的特點(diǎn)，采用“先梁后塔、塔索同步”的施工工序，充分利用結(jié)構(gòu)自相平衡，盡量減少臨時(shí)支架及其它輔助措施，進(jìn)行塔梁異步協(xié)同拼裝施工。在臨時(shí)支架上逐節(jié)拼裝主梁，通過有限元軟件進(jìn)行施工全過程模擬并結(jié)合施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計(jì)算主梁安裝線形，利用專項(xiàng)設(shè)計(jì)的吊具及滑輪組進(jìn)行精確調(diào)整。采用斜拉倒扣法輔以臨時(shí)支架拼裝拱塔，利用主梁、拱塔及斜拉索自相平衡進(jìn)行塔索同步施工，以臨時(shí)支架輔助維持拱塔施工過程的穩(wěn)定，通過施工全過程模擬并結(jié)合施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計(jì)算拱塔安裝線形及斜拉索張拉索力，并利用專門設(shè)計(jì)的懸吊調(diào)節(jié)體系對(duì)拱塔節(jié)段空間坐標(biāo)進(jìn)行精確調(diào)整。拱塔合龍后，在無支架約束狀態(tài)下，進(jìn)行拱塔內(nèi)側(cè)及其它部位斜拉索安裝，隨后對(duì)全橋索力及結(jié)構(gòu)線形進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整，使結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)狀態(tài)。

縱置傾斜心形拱塔斜拉橋塔梁異步協(xié)同拼裝施工流程如圖2所示。

3 塔梁異步協(xié)同拼裝施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鋼混結(jié)合段精確定位

鋼-混結(jié)合段是拱塔鋼結(jié)構(gòu)拼裝的起步段，其安裝精度直接影響拱塔整體線形控制。鋼-混結(jié)合段在工廠制造、試拼后，利用三維模型進(jìn)行模擬定位，并以主橋線路中心線建立相對(duì)坐標(biāo)系，采用全站儀進(jìn)行精確放樣，確定拱塔定位胎架平面位置?，F(xiàn)場(chǎng)采用浮吊進(jìn)行鋼-混結(jié)合段吊裝作業(yè)，利用懸吊調(diào)節(jié)體系調(diào)整鋼混結(jié)合段空間姿態(tài)，并設(shè)置限位板、千斤頂對(duì)其空間位置進(jìn)行精確調(diào)整，最后進(jìn)行混凝土及預(yù)應(yīng)力工程施工。

3.2 鋼箱主梁拼裝施工

鋼箱梁采用支架法原位拼裝，現(xiàn)場(chǎng)吊裝利用浮吊船實(shí)施。在鋼箱主梁接縫位置處設(shè)置臨時(shí)支架，以鋼管樁作為基礎(chǔ)，頂部設(shè)置橫向分配梁，分配梁上部設(shè)有限位板及調(diào)節(jié)墊塊，配合千斤頂用于調(diào)節(jié)鋼箱梁三維平面位置。臨時(shí)支架支撐點(diǎn)鋼箱梁橫隔板位置處，單榀鋼箱梁共設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)。作業(yè)時(shí)，先進(jìn)行拱塔區(qū)域內(nèi)鋼箱梁拼裝，為后續(xù)拱塔支架搭設(shè)提供作業(yè)平臺(tái)。

3.3 超高支架模塊化組拼

在拱塔區(qū)域內(nèi)既有鋼箱梁上設(shè)置超高臨時(shí)支架，為拱塔拼裝提供豎向支撐，同時(shí)為拱塔節(jié)段安裝時(shí)的線形精調(diào)提供著力點(diǎn)及作業(yè)平臺(tái)。臨時(shí)支架坐落于鋼箱梁縱橫隔板節(jié)點(diǎn)位置處，鋼管底部設(shè)承壓板，頂部設(shè)置有用于拱塔線形調(diào)整的三維調(diào)節(jié)塊。

拱塔超高支架采用模塊化組拼，由鋼管支撐及槽鋼平聯(lián)組成模塊化格構(gòu)件，常規(guī)格構(gòu)件為12 m一個(gè)節(jié)段，并根據(jù)拱塔線形設(shè)置不同高度的調(diào)節(jié)段。格構(gòu)柱豎向之間鋼管柱采用法蘭連接，以改善豎向?qū)ξ灰鸬腻e(cuò)邊現(xiàn)象。模塊化構(gòu)件橫向連接處設(shè)置“相貫線”，以便于更高效的利用格構(gòu)件的抗彎性能。

模塊化支架組件在后場(chǎng)加工完成后，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)采用浮吊船進(jìn)行整體吊裝，在格構(gòu)件安裝過程中應(yīng)及時(shí)校整，垂直度偏差不應(yīng)大于支墩高度的1/500，且柱頂偏移值不得大于50 mm。下層格構(gòu)柱安裝完成后，應(yīng)及時(shí)連接格構(gòu)柱之間平聯(lián)連接，方可進(jìn)行上層格構(gòu)柱安裝。

3.4 塔梁異步協(xié)同拼裝施工

拱塔及兩側(cè)主梁拼裝采用“先梁后塔、塔索同步”的塔梁異步協(xié)同施工工藝，施工過程中塔索梁自相平衡輔以臨時(shí)支架形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，具體操作要點(diǎn)：

（1）拱塔區(qū)域外鋼箱梁拼裝工藝與上述相同，其鋼箱梁拼裝進(jìn)度應(yīng)提前拱塔對(duì)應(yīng)索區(qū)不少于2個(gè)節(jié)段，以利用主梁平衡拱塔的傾覆力。

（2）單個(gè)拱塔節(jié)段吊裝4個(gè)吊點(diǎn)，左右對(duì)稱布置，吊耳材質(zhì)選用Q345c。吊耳設(shè)置在拱塔節(jié)段節(jié)點(diǎn)板位置處，并在連接板位置處增設(shè)加勁板，以滿足整體受力需求。

（3）拱塔鋼節(jié)段采用船舶運(yùn)輸至橋址處，利用浮吊進(jìn)行吊裝作業(yè)。為解決拱塔節(jié)段在拼裝高精度匹配難題，從吊裝體系方面，在雙主鉤基礎(chǔ)上設(shè)置雙滑輪、四吊點(diǎn)組成的吊裝體系，可實(shí)現(xiàn)三維空間就位姿態(tài)調(diào)整;在工裝運(yùn)用方面，通過限位滑板、螺旋合攏器、匹配件、螺旋千斤頂?shù)裙ぱb實(shí)現(xiàn)拱塔節(jié)段高精度匹配;在工藝標(biāo)準(zhǔn)方面，采取“一調(diào)、二滑、三鎖、四平、五合”標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)鋼拱塔節(jié)段快速定位、匹配。

（4）拱塔節(jié)段焊接依照對(duì)稱同步原則，具體順序?yàn)椋簩?duì)正后進(jìn)行點(diǎn)固焊→底板對(duì)接焊縫→面板對(duì)接焊縫→腹板對(duì)接焊縫→橫向?qū)雍缚p焊接、無損檢測(cè)合格后焊接肋板嵌補(bǔ)段，以防止焊接過程中產(chǎn)生變形，對(duì)拱塔拼裝精度造成影響。

（5）根據(jù)施工過程模擬計(jì)算，結(jié)合已施工節(jié)段安裝誤差及線形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)拱塔的空間線形進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和誤差控制。

3.5 拱塔合龍段安裝施工

拱塔逐段安裝至合龍口時(shí)，對(duì)全橋拱塔及主梁線形進(jìn)行復(fù)測(cè)，核對(duì)無誤后對(duì)合龍口進(jìn)行臨時(shí)鎖定，并對(duì)合龍口的空間幾何形態(tài)進(jìn)行精確測(cè)量。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，對(duì)拱塔合龍段進(jìn)行配切，配切后的尺寸誤差應(yīng)滿足安裝精度要求。為盡量減小溫度的影響，合龍段測(cè)量、臨時(shí)鎖定等工作須在凌晨氣溫相對(duì)穩(wěn)定時(shí)段進(jìn)行。

3.6 索力及結(jié)構(gòu)線形調(diào)整

拱塔合龍后，在無支架約束狀態(tài)下進(jìn)行拱塔內(nèi)部M系列索安裝、隨后進(jìn)行R系列索安裝，并通過對(duì)無應(yīng)力索長(zhǎng)控制進(jìn)行斜拉索的初張力。根據(jù)無應(yīng)力狀態(tài)法，以無應(yīng)力索長(zhǎng)控制安裝的斜拉索，理論上成橋后斜拉橋的索力應(yīng)為設(shè)計(jì)索力?？紤]安裝施工存在誤差，斜拉索索力及拱塔、主梁線形與設(shè)計(jì)目標(biāo)值可能存在偏差，在橋面二期恒載施工前應(yīng)對(duì)索力及結(jié)構(gòu)線形進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整，確保成橋線形及索力滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語

南京花山大橋主橋這一傾斜心形拱塔斜拉橋的順利施工，證明了對(duì)于此類異形拱塔斜拉橋采用塔梁異步協(xié)同拼裝施工是科學(xué)合理的?！跋攘汉笏?、塔索同步”的塔梁異步協(xié)同拼裝施工技術(shù)，充分利用塔索梁的自平衡能力，輔以適量主梁支架及超高拱塔支架，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工安裝精度和效率，節(jié)約了施工成本。

參考文獻(xiàn)

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