斜拉桥V形双拱钢塔无支架原位节段拼装工

斜拉桥V形双拱钢塔无支架原位节段拼装工法GGG(中企)C2—2014中铁大桥局股份有限公司（孙俊啟帅勤俭翟军李金恒许炳刚）1. 前言燕都大桥位于辽宁省朝阳市，是连接老城区与燕都新城的交通要道，主桥采用2×90m双拱塔双索面斜拉桥结构形式。

主梁采用单箱四室预应力混凝土箱梁，斜腹板，桥梁全宽34m，梁高2.8m。

拱塔采用V字形双拱钢塔，拱塔底部与混凝土塔柱结合处采用锚杆承压式锚固连接。

斜拉索和水平拉索采用60根PES7-151或PES7-187高强度镀锌平行钢丝外挤包高密度聚乙烯拉索，见图1-1及图1-2。

该桥设计新颖，结构独特，工期紧，施工难度高，项目合同工期只有6.5个月。

图1-1：斜拉桥效果图图1-2：斜拉桥桥式图按设计图中推荐钢拱塔拼装将采用“平拼竖转”法施工，箱梁现浇与钢塔拼装必须先后施工，无法满足总工期施工要求。

中铁大桥局股份有限公司通过模拟计算与技术研究，巧妙的利用了钢塔本身的刚度和水平索张拉的作用，采取了“工厂节段预制，无支架原位拼装”的方法，在安全优质按期完成燕都大桥建设的同时取得了显著的经济效益，并结合施工实践总结形成本工法。

2．工法特点本工法即钢拱塔分节段在工厂集中制造，利用运输车将钢拱塔节段运输到位，利用提升设备（履带吊、塔吊或提升塔架等）吊装至设计位置，最后原位焊接的施工工艺。

本工法主要有以下特点：1、钢塔施工与主梁施工同步，变先后施工为同步施工，缩短了工期。

2、吊装机械简单，避免复杂转体设备使用。

3、吊装施工安全可控，避免了复杂转体施工的高安全风险。

4、针对钢塔每个吊装节段的空间倾斜情况，确定吊耳位置和吊具长度，保证了起吊后的空间形态与设计相符。

5、无支架状态下原位拼装，V形双拱钢塔间设置临时对拉索，确保了钢塔根部应力和端部扰度满足设计要求，巧妙利用张拉水平索实现更大高度的悬臂拼装，有效节省了施工成本。

6、节段工厂标准化预制、通过空间模拟计算，设置合理的预拱度，确保了成桥线形美观。

3. 适用范围本工法主要适用于支架原位拼装费用较高，无法实现转体施工，主梁与斜塔需同步施工，或者转体施工不满足紧迫的工期要求，桥下净空不高，满足吊机或塔吊站位、吊高及吊重要求的预制构件安装的倾斜矮塔斜拉桥钢主塔施工。

对于原位拼装支架措施量大，工期要求紧的矮塔斜拉桥钢主塔施工，更显优越性。

4. 工艺原理4.1 根据钢塔各个节段的起吊高度、起吊重量选择合适的起吊设备。

4.2 针对每个吊装节段的空间倾斜情况，设置专用吊耳和吊具，保证起吊后的空间形态与设计相符。

4.3 通过事前计算针对每个节段设置一定的预偏值，抵消悬臂状态下的扰度，保证节段焊接后位置准确，合龙后整体线形满足设计要求。

4.4 鉴于V形双拱塔三维空间结构形式，大悬臂时，主塔根部应力对节段的增加十分敏感，故对应每一节段安装的工况均需准确计算塔根应力状况及温度对已安装节段上口位移变形状况用以指导施工，并与实际监控校核。

在计算的钢塔根部应力和端部扰度即将不满足设计及规范要求的节段前，采取张拉部分水平索的方法，实现更大悬臂状态下的平衡稳定。

5. 施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程本工法施工工艺流程详见“图5-1 钢拱塔施工工艺流程图”。

图5-1 钢拱塔施工工艺流程图V形双拱塔各节段参数见“表5-1”。

表5-1：钢塔长度及重量参数表5.2 首节T0节段施工T0节段是钢塔的预埋段，通过44根φ100mm 直径锚杆锚固于混凝土塔座上，塔座混凝土浇筑前须先就位和固定。

T0节段安装须先安装锚杆定位支架(见图5-2)，调整到位后与承台预埋支撑柱焊接固定，然后依次吊装锚杆至定位支架设计位置，吊装T0节段(见图5-3)，与锚杆对位后通过T0节段吊架悬挂固定。

绑扎钢筋，浇筑混凝土至设计标高，之后浇筑环氧砂浆垫层。

图5-2：锚杆定位支架安装图5-3：T0节段安装拱塔底部与混凝土塔柱结合处采用承压式设计。

每个拱塔底部内外侧均设置若干道宽度为250～450mm ，厚度30mm 的底部加劲肋，同时在混凝土塔柱锚杆对应位置设置宽130mm 、厚20mm 和宽370mm 、厚25mm 的锚杆支撑加劲肋。

底部加劲肋与锚杆支撑加劲肋顶部设置厚度为30mm 的顶板，拱塔以及各加劲肋底部设置厚度80mm 的承压板。

混凝土下塔柱内设置的锚杆穿过承压板以及顶板上预留孔洞锚固在顶板顶部设置的垫板上，将混凝土塔柱与钢拱塔紧密连接为一体。

在垫板底部的拱塔壁板对应处，设置与拱塔壁板厚度一致的锚固板，并在锚固板上设置宽度250mm 、厚25mm 的加劲板。

加劲板上设置若干直径100mm 的钢筋穿过孔，通过预设直径为25mm 的钢筋，使其与混凝土塔柱更为牢固的结合为一体。

经计算，拱塔完全拼装时，拱塔根部最大应力为78MPa （拱塔为钢塔，材质为Q345qE ），满足要求。

5.3 中间T1～T7节段拼装施工T0段吊架T0节段T1～T7节段利用280t或250t履带吊单吊机起吊安装，钢塔各节段均进行专门设计，对吊耳位置、吊绳长度进行确定，确保吊装角度位置符合要求，吊装过程中受力稳定。

节段吊装均采用4个吊点，两组钢丝绳。

由于有两个吊耳在节段内壁，T1～T4节段增设两个翻身吊耳，翻身时需利用副钩辅助。

翻身后，转换成4个吊点、两组钢丝绳起吊(见图5-4)。

第T5～T8节段每个节段设4个吊点，两组钢丝绳起吊就位(见图5-5及图5-6)。

图5-4：T1~T4节段吊装吊点示意图5-5：T5~T8节段吊装吊点示意5.4 临时横撑及拉索安装由于拱塔沿纵桥向倾斜20°，且合龙口沿横桥向倾斜，因而，需对合龙口的扭转进行分析。

分为三种工况进行分析，工况一：顺桥向无斜拉索锚固，横桥向无横撑；工况二：顺桥向有斜拉索锚固，横桥向无横撑；工况三：双向约束（斜拉索锚固及横撑）。

采用Midas Civil建立模型分析，三种工况下计算变形分别如表5-2、表5-3及表5-4。

表5-2 工况一合龙口变形表表5-3 工况二合龙口变形表表5-4 工况三合龙口变形表经计算，拱塔在临时索及横撑的共同作用下，合龙口横桥向变形基本一致，纵桥向变形上下口之间有5mm 差值，竖向变形有约3mm 差值，总变形基本能满足拼装要求。

因此依据计算，根据施工需要，合龙前在钢塔合龙口T7节段顶部设置单侧顶横撑进行合龙口的调整（如图5-7），选择预计合龙时间对拱塔起顶，将拱塔合龙口调至设计线形，然后抄垫，千斤顶回油退出。

同时利用最上端水平索S1（如图5-7）设置临时对拉索，以保证大钢塔塔根应力满足设计要求。

图5-6一般节段（T1～T7）节段吊装 图5-7：合龙口临时横撑及吊装5.4 合龙段T8节段安装施工全桥钢拱塔共有2个T8合龙段，总长度为16.11m （中心线），截面宽度2500mm ～3069mm ，裸板总重为58.9t,为钢塔最重节段。

合龙段在主梁梁面焊接完成后，由1台水平索S1临时横撑LR1280和1台SCC2500C履带吊机抬吊就位，垂直提升高度约45m，水平移动距离约3m，见图5-7。

合龙口的位置控制，在T1-T7节段拼装过程中，实时监控，检测合格后方可焊接，严格控制偏差，确保合龙口的偏差在可调范围。

合龙口的横桥向位移，通过在T7节段顶设置水平横撑进行调节，纵桥向位移通过张拉水平索S1进行调整。

对于无水平索的单塔斜拉桥，则需要设置风缆替代水平索进行调节。

在吊装前，模拟合龙段起升到最大高度及对位完成过程（吊装过程中最大吊幅）建立三维模型，在吊幅满足规范要求的前提下，在以吊点为中心，吊幅为半径的圆弧上移动吊机，以期得到其最佳站位，使其吊高能满足吊装要求，且吊机臂杆和已安装节段、焊接平台及合龙段本身有50cm以上的安全距离。

合龙完成后，通过第三方监控检测钢拱塔的实际线型和受力状态与设计要求基本吻合，完全达到预期施工目标。

6. 材料、设备及劳动力左、右幅两个作业面同时展开，所需的重要机具、仪器设备见“表6-1本工程的主要施工设备、仪器表”。

表6-1：本工程的主要施工设备、仪器表左、右幅两个作业面同时展开，所需的劳动力见“表6-2本工程的劳动力组织表”。

表6-2：本工法的劳动力组织表7. 质量控制除设计规定外，执行现行的《公路桥涵施工技术规范》、《城市桥梁工程施工与质量验收规范》和《公路工程质量评定标准》，设计及现行技术规范和评定标准未明确的部分，参照相关国家或行业标准，钢塔无支架原位拼装施工质量控制要点如下：7.1 无支架状态下原位拼装相对于常规支架原位拼装，最重要的就是控制合龙前的钢塔变形，施工过程中必须加强观测监控，确保偏差在容许范围之内才能进行焊接。

7.2 无支架工况下焊接，相比与常规支架原位拼装焊接，施工作业条件较差，因此需加强管控，确保焊缝质量符合要求。

7.3 架设时宜按工厂制造精度控制，以提供良好的基准面，其余标准节段架设按设计说明和施工规范要求执行。

7.4 节段吊装时，选择温度相对恒定时间段进行，并根据锁定温度匹配接口拼接板，减少温度变形影响。

7.5测量工作准确性是保证钢塔线形的基础，测量仪器精度需达到控制要求，需采用两套标定合格的仪器相互校核。

8. 安全措施钢塔拼装主要为高空作业，因此安全监控重点为起重吊装、高空作业。

8.1焊接作业平台严格按设计要求进行安装，接头逐个检查，对焊缝质量进行确定，保证连接可靠。

8.2吊机站位按设计布设，作业时由专人指挥，信号明确，吊装前进行试吊，确保吊装设备安全可靠，万无一失。

8.3安装到位或调整到位后，经调整千斤顶顶推马板后立即进行临时锁定。

8.4履带吊机必须特检所鉴定合格，吊装作业人员需取得特种作业合格证，持证上岗。

8.5吊装作业需严格按规定的程序进行操作，超过六级大风或者恶劣天气时应立即停止作业。

8.6上下节段间行走的爬梯需连接牢靠，并有冗余安全措施，保证施工人员作业安全。

8.7采用班前会、安全技术交底、工地业余学校等方式对职工进行安全培训，交待起重吊装、高空作业等安全注意事项，通过专职安全员、兼职安全员、群众安全员的检查监督在工作中进行落实，保证作业安全。

9．环保措施9.1设立环保机构,将环保责任和义务落实到人。

并严格执行国家及地方政府颁布的有关环境保护，水土保持的法规、方针、政策和法令，结合设计文件和工程，及时提报有关环保设计，按批准的文件组织实施。

设立环保责任区，悬挂环保宣传牌，由专人负责，定期或不定期对施工中的环境保护工作进行检查和完善。

9.2 施工平台上垃圾不准丢入河里，定期清理至指定地点。

9.3 防止机械、设备等油脂污染水域，方法是加强检查杜绝事故性泄露，同时对可能产生的微泄露，在附近放置棉纱并定期更换。

10. 资源节约10.1 实现无支架原位拼装施工，大大提高了施工效率，节省了支架材料投入。

10.2 仅利用横撑及结构自身的水平索S1进行合龙口调整，大大减少了合龙口调整措施项目材料的投入，材料的加工及损耗均大大减少。