神州大橋鋼索塔制作及安裝工藝

馬開峰

（陜西重型機械制造有限公司 陜西 西安 710032）

1 工程概述

神州大橋位于天山-陰山東西向復(fù)雜構(gòu)造帶的中段，及阿拉善弧形構(gòu)造的內(nèi)側(cè)，屬于繼承性斷陷復(fù)合盆地。橋梁起點樁號K1+715,終點樁號K1+863，全長148米，主橋為80米跨單塔雙索面無背索斜拉橋，引橋為2×30米連續(xù)箱梁，全橋結(jié)構(gòu)連續(xù)。主塔采用鋼箱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部灌微膨脹混凝土，主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，斜拉索采用高強度平行鋼絲索。

箱梁采用支架現(xiàn)澆的施工方法，橫斷面為等截面單箱三室，頂板寬18米，底板寬13.8米，梁中心高1.8米，翼緣板懸臂長2.1米，邊腹板厚90cm，中腹板厚40cm，頂?shù)装寰?2cm，在腹板與頂、底板交匯處均設(shè)倒角，與頂板交匯處倒角60×30cm，與底板交匯處倒角30×20cm。箱內(nèi)橫梁按照功能不同分為厚35cm的拉索橫梁、厚250cm的引橋墩橫梁、厚250cm的引橋頂橫梁、厚300cm的塔根大橫梁及100cm和144cm的橋臺端橫梁。

主引橋箱梁橫斷面相同，縱向為全橋結(jié)構(gòu)連續(xù)，連續(xù)箱梁在腹板上設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力束，預(yù)應(yīng)力束通長布置，采用連續(xù)器接長。在拉索橫梁下緣區(qū)域設(shè)置橫梁預(yù)應(yīng)力束。見圖1。

圖1 神州大橋整體結(jié)構(gòu)示意圖（單位為：厘米）

2 鋼索塔結(jié)構(gòu)簡介

鋼索塔橫橋向豎立面為半橢圓弧門形塔，塔縱橋向背向黑河傾斜，與水平線傾斜58度夾角。鋼索塔垂直高度42米，順著塔方向高49.526米。順橋向?qū)挾葹榈葘?.0米，下部與承臺面成銳角，側(cè)設(shè)半徑5.6米的圓弧倒角；橫橋向為變截面，在承臺頂面處寬度為3.0米，塔頂寬度為1.8米。

為了保證鋼索塔與承臺連接的可靠性，塔柱底部與承臺頂預(yù)埋鋼板熔透焊接，承臺的主鋼筋伸入塔柱，鋼索塔內(nèi)表面焊有剪力釘。

鋼索塔的一個塔柱分四個節(jié)段，第一節(jié)段長13.041米，第二、三節(jié)段長15.0米，第四節(jié)段長7.734米，其中第一節(jié)段在直線上，其余三個節(jié)段在橢圓曲線上。第三、第四節(jié)段上分別有5個和2個斜拉索錨箱，即每個塔柱有7個錨箱。

節(jié)段的橫截面尺寸為4×3-4×1.8米，斷面上除四周帶有加勁肋的壁板外，在第四和第三節(jié)段塔箱內(nèi)還設(shè)有兩道腹板，即第一和第二節(jié)段為單箱單室結(jié)構(gòu)，第三和第四節(jié)段為單箱三室結(jié)構(gòu)。壁板的厚度分兩種，面向黑河的壁板25mm，第三第四節(jié)段面向橋岸壁板為25mm，其余壁板厚度都為16mm，壁板和腹板上加勁肋的規(guī)格統(tǒng)一為12×180mm。

節(jié)段上設(shè)置橫隔板或橫肋板，間距1.5米。橫隔板和橫肋板厚12mm，其加勁肋厚10mm。

鋼索塔的材料采用Q345qC（GB/T714-2000）,總重量近410噸。鋼索塔是整個橋梁的關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高，是整橋制造的關(guān)鍵。鋼索塔詳圖如圖2。

圖2

3 鋼索塔制造的難點

按照鋼索塔的結(jié)構(gòu)特點及其制作的尺寸要求，在制作過程中需控制以下幾個關(guān)鍵點。

3.1 幾何尺寸精度的控制

由于構(gòu)件相互連接處尺寸公差要求高，特別是分段之間尺寸公差的控制尤其困難。而且各分段板厚較大，構(gòu)件尺寸長、大，焊接質(zhì)量要求高，焊接變形大，構(gòu)件精度不易控制。采取如下控制措施：

3.1.1 認(rèn)真分析分段構(gòu)件的變形規(guī)律，通過焊接變形試驗確定焊接變形量的大小，以確定采取反變形措施；

3.1.2 采取理論計算與模擬試驗相結(jié)合的方法確定各焊縫預(yù)留的焊接收縮量，并在生產(chǎn)過程中跟蹤測量，及時修正，板單元預(yù)留焊接收縮補償量如表1。

表1

3.1.3 對零件下料、坡口加工、分段構(gòu)件整體組裝等生產(chǎn)過程嚴(yán)格把關(guān)，并采取合理的焊接方法、優(yōu)化焊接順序并在專用平臺上焊接等措施，控制焊接變形。

3.2 焊接質(zhì)量控制

鋼索塔的壁板接料焊縫、整體組裝四角焊縫等處極易產(chǎn)生裂紋，對其焊接質(zhì)量的控制是焊接工藝的關(guān)鍵。采取以下措施：

3.2.1 根據(jù)不同接頭形式，分別進行焊接工藝試驗，確定焊接方法、焊接設(shè)備、焊接材料、焊接工藝參數(shù)、焊接順序、坡口形式等。四條主焊縫必須同向焊接；內(nèi)部加勁肋焊縫必須對稱焊接；由于箱體截面尺寸較大容易變形，在箱體內(nèi)部焊接前，加工藝支撐；檢測箱體寬度、高度、對角線差、扭曲、水平立向彎曲等應(yīng)符合工藝要求；

3.2.2 按照焊接試驗結(jié)果編制合理的焊接工藝，設(shè)計保證焊接質(zhì)量和便于控制焊接變形的工藝裝備，確保焊接工藝的有效實現(xiàn)和焊接變形的有效控制；

圖3 典型橫隔板圖及工藝流程圖

3.2.3 編制關(guān)鍵焊縫的質(zhì)量控制計劃。從原材料的復(fù)驗、下料、拼裝、焊接、探傷等生產(chǎn)過程嚴(yán)格把關(guān)。

4 典型零件的制造流程

4.1 橫隔板的制造

橫隔板是鋼索塔的關(guān)鍵零部件，是保證鋼索塔截面尺寸的重要部件，采用精密切割下料，保證長度、寬度、對角線尺寸差滿足工藝要求。其工藝流程如圖3。

4.2 壁板的制造

壁板是鋼索塔箱型結(jié)構(gòu)的外圍板，是整個鋼索塔的重要部件，其尺寸及拼接焊縫質(zhì)量的好壞關(guān)系著整個鋼索塔的質(zhì)量。其典型結(jié)構(gòu)及工藝流程如下圖4。

圖4 典型壁板圖及工藝流程圖

5 鋼索塔節(jié)段的制造

鋼索塔整個由8節(jié)段組成，左右兩側(cè)每兩節(jié)對稱，總共8節(jié)段發(fā)現(xiàn)場組對。

5.1 T1,T2節(jié)段在拼好的平臺上進行組裝，組裝時以壁板作基準(zhǔn)組對橫隔板、橫肋板、縱向加勁肋、前后側(cè)板、另一壁板使其成整體，并在端口加井字形工藝支撐，測量外形尺寸及對角線尺寸應(yīng)符合工藝要求。組對過程見照片。

5.2 T3,T4節(jié)段在拼好的組裝胎具上進行組裝，組裝時以側(cè)板作基準(zhǔn)組對橫隔板、縱向加勁肋、前后壁板、橫肋板、兩個中腹板、橫肋板、錨固箱、另一側(cè)板使其成整體，并在端口加井字形工藝支撐，測量外形尺寸及對角線尺寸應(yīng)符合工藝要求。組對過程見照片。

6 整體試拼裝

為了確保鋼索塔現(xiàn)場的安裝質(zhì)量，檢查各節(jié)段的尺寸狀況，結(jié)合廠內(nèi)場地情況，我們對整個鋼索塔分兩部分進行了試拼裝。如圖5所示。

圖5

第一步，試拼時按圖五左側(cè)先拼T1-T2-T3-T4-T4五塊，墊支平整后測量各種尺寸，應(yīng)符合圖紙及工藝文件的規(guī)定。第二步按圖五右側(cè)拼T4-T4-T3-T2-T1五塊，同樣墊支平整后測量各種尺寸，應(yīng)符合圖紙及工藝文件的規(guī)定。需要注意的是T4-T4兩塊必須參與試拼兩次。只有這樣才能保證整體配合尺寸。

7 現(xiàn)場架設(shè)及吊裝

7.1 現(xiàn)場支架搭設(shè)

鋼索塔第一節(jié)重量52.4077噸，第二節(jié)重45.49噸，第三節(jié)重66.784噸，第四節(jié)重39.14噸，鋼索塔安裝采用汽車起重機起吊，采用鋼管支架對鋼索塔進行臨時支撐（臨時支撐支架設(shè)計如圖），立撐采用∮273×8，橫連桿采用槽鋼22a。立撐頂平放橫梁，橫梁采用雙拼槽鋼24，每側(cè)寬出鋼管50cm，在鋼索塔底端連接梯形箱體楔塊，采用 M16螺栓連接，楔塊下加工高34cm鋼板箱，以便鋼索塔臨時微調(diào)。立柱底端基礎(chǔ)采用擴大C25混凝土基礎(chǔ)，混凝土底鋪設(shè)30cm厚三七灰土墊層，四邊各寬出基礎(chǔ)20cm，鋼索塔立柱設(shè)計高度37.8564米，最低10.0804米，根據(jù)每節(jié)重心布設(shè)鋼管支架位置。第一節(jié)不設(shè)鋼管支架，塔架在高16米與28.5米處順橋向。橫橋向設(shè)置鋼絲風(fēng)纜繩，以抵抗橫向風(fēng)力。根據(jù)鋼管立柱平面坐標(biāo)，采用全站儀對鋼管支架精確放線，并控制設(shè)計高度。鋼索塔支架加工誤差控制在3mm以內(nèi)。如圖6及照片所示。

圖6

圖7

7.2 吊裝工藝方法

施工現(xiàn)場運輸?shù)缆氛架囄恢脮惩o障礙，地面平整。支車位置地耐力不小于8t/m2。塔柱第一節(jié)段、第二節(jié)段采用160噸汽車吊單機主吊、35噸汽車吊尾部調(diào)整吊裝就位；塔柱第三、第四節(jié)段采用160噸汽車吊和200噸汽車吊雙機抬吊就位。如圖為第三、第四節(jié)段吊裝吊車站位示意圖。

7.3 現(xiàn)場焊接

現(xiàn)場焊接全部采用CO2氣體保護焊進行，內(nèi)側(cè)焊完后，外側(cè)碳弧氣刨清根后再焊，焊接工藝規(guī)范參數(shù)按照工藝規(guī)定進行。現(xiàn)場最后一道焊縫焊前應(yīng)檢查錯邊量，滿足要求后方可焊接。因為橋梁所在地溫差大，兩個鋼索塔柱日照方向不同，變形不一致，現(xiàn)場觀測T4-T4之間最大錯邊量達60mm，因此這道焊縫只有等兩邊日照一致時，錯變量滿足要求后，突擊焊接，這一點是必須注意的。

8 結(jié)束語

鋼索塔通過按照以上工藝制造和安裝，取得了滿意效果。為類似橋梁鋼索塔制造積累了經(jīng)驗。該項目獲得國家建筑質(zhì)量“魯班獎”。

［1］焊接手冊[M].機械工業(yè)出版社.

［2］GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

［3］GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

［4］鋼結(jié)構(gòu)[J].2010（4）.