斜拉橋集中式鋼錨箱施工關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

陳永華

（廣東省長大公路工程有限公司,廣東 廣州 510620）

0 引言

隨著橋梁設(shè)計(jì)施工技術(shù)的突破，斜拉橋也在向大跨度、寬幅度等方向發(fā)展。為改善斜拉橋受力性能，適應(yīng)于斜拉索塔端錨固的塔頂集中式鋼錨箱作為一種新型的受力結(jié)構(gòu)應(yīng)用而生。

索塔錨固區(qū)因?yàn)槠鋸?fù)雜的受力性能和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，在斜拉橋設(shè)計(jì)中需考慮鋼與混凝土材料的非均勻性、彈塑性、施工工藝等因素對(duì)索塔錨固區(qū)結(jié)構(gòu)受力、傳力機(jī)理的影響[1]，這就給現(xiàn)在的橋梁建設(shè)者提出了許多新的橫向和縱向課題。在國內(nèi)作為分離式、斜置式等形式已經(jīng)有了一些橋梁的應(yīng)用，如蘇通大橋等。

集中式鋼錨箱作為一種新型的結(jié)構(gòu)，充分利用了錨箱錨室作為高性能鋼材的受拉性能和混凝土的受壓性能，充分利用了各型材料的力學(xué)性能。鋼錨箱節(jié)段間利用高強(qiáng)螺栓連接[2]，最下端支撐錨固在混凝土底板上，通過預(yù)應(yīng)力連接。側(cè)向與混凝土外殼分離。

1 工程概況

北街水道橋?yàn)橹骺?80 m的半漂浮體系斜拉橋，橋跨組合（60+150+380+150+60）m。如圖 1所示。

橋?qū)?0.8 m，索塔為獨(dú)柱型索塔，塔高111.18 m，單塔斜拉索共2×2×29=116（條），塔柱斜拉索錨固區(qū)采用鋼錨箱-混凝土組合結(jié)構(gòu)，索塔鋼錨箱采用在底板張拉預(yù)應(yīng)力鋼束的方式與混凝土塔柱相連[3]，如圖2所示。

鋼錨箱高為9.45 m，順橋向長度為5.98 m，橫橋向?qū)挾葹?.08 m。錨箱共分為8個(gè)錨室。共四種，如表1所列。

2 錨箱加工制造

2.1 鋼錨箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

索塔鋼錨箱塔柱節(jié)段為主要受力構(gòu)造[4]，錨拉板、腹板、承壓板板厚達(dá)48 mm，厚板結(jié)構(gòu)多，主要受力焊縫均為熔透焊縫，焊接質(zhì)量要求高。其精度要求見表2所列。

錨箱節(jié)段的兩側(cè)各設(shè)置7個(gè)錨箱，每對(duì)腹板之間有14～16個(gè)不同空間角度的錨箱。

節(jié)段之間現(xiàn)場(chǎng)連接為端面金屬接觸加摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，制造精度要求高。

2.2 總體制造思路及流程

索塔鋼錨箱塔柱節(jié)段作為全橋關(guān)鍵受力構(gòu)件，針對(duì)厚板焊接量大，熔透焊縫多，制造精度要求高的特點(diǎn)，將按照下料與加工、部件制作、節(jié)段匹配制作、節(jié)段預(yù)拼裝四個(gè)工藝階段進(jìn)行制作加工。為此，采取如下制造工藝方案：

（1）零件采用精密切割下料，下料尺寸補(bǔ)償焊接、矯正收縮量和機(jī)加工切削量。零件主要受力方向與板材軋制方向一致，并保證所有零件不用接料，盡可能減少焊接工作量。

圖1 北街水道橋立面圖

圖2 錨室結(jié)構(gòu)與連接示意圖

表1 錨箱尺寸及質(zhì)量匯總表

表2 鋼錨箱加工安裝精度要求一覽表

（2）錨下承壓板主要受力構(gòu)件下料并開制坡口、貼鋼襯墊機(jī)加貼鋼襯邊緣，確保零件的外形幾何精度，為后續(xù)組裝精度提供保證，如圖3所示。

（3）錨箱部件采用立裝法組裝，以錨下承壓板為底板，以隔板為內(nèi)胎順序組裝，形成整體后采用小范圍分散對(duì)稱焊接，控制焊接變形。

圖3 錨箱錨室組拼圖

（4）錨箱節(jié)段組裝采用臥裝法組裝，錨箱節(jié)段焊接采用小范圍分散對(duì)稱焊接，防止扭曲變形，焊后對(duì)焊趾進(jìn)行錘擊處理，減少應(yīng)力集中。

（5）節(jié)段預(yù)拼裝采用在支撐平臺(tái)上進(jìn)行整體試拼裝，檢查腹板孔群的通孔率，對(duì)超差的孔群進(jìn)行鉸孔處理，檢測(cè)腹板接觸面金屬接觸和鋼錨箱垂直度、高度、錯(cuò)邊量、錨箱間距，如圖4所示。

圖4 激光跟蹤儀下料示意圖

3 鋼錨箱安裝

3.1 安裝難點(diǎn)分析

（1）索塔鋼錨箱大噸位吊裝施工在以往很少見，無現(xiàn)成施工經(jīng)驗(yàn)可參照，須采用安全、適用、經(jīng)濟(jì)的施工方案完成施工，施工難度很大。

（2）鋼錨箱的安裝精度決定斜拉索管的安裝精度，其定位精度要求很高。大噸位的鋼錨箱塊件，在高空狹小工作面上進(jìn)行高精度定位操作，難度非常大。該施工較少見，無可借用的現(xiàn)成施工方法。

（3）鋼錨箱與索塔間需要進(jìn)行高應(yīng)力值的應(yīng)力傳遞。兩者由于材料、結(jié)構(gòu)不同，往往產(chǎn)生連接部位混凝土開裂等質(zhì)量問題。該問題屬于國際難題，因此，其施工難度很大。

3.2 安裝工藝

索塔鋼錨箱安裝包括預(yù)埋鋼板安裝和8塊鋼錨室安裝。安裝分成兩個(gè)階段，第一階段為安裝錨室底板預(yù)埋鋼板；第二階段為利用塔頂提升架安裝連接鋼錨箱。其工藝流程見圖5所示。

圖5 鋼錨箱安裝工藝流程圖

3.3 底板鋼板安裝

鋼錨箱在110 m高空安裝，而塔頂除鋼錨箱自身空間外，空間狹窄，而保證鋼錨箱底部與混凝土連接的密實(shí)度也是控制的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

為保證底板預(yù)埋鋼板密實(shí)度，預(yù)埋鋼板采用座漿法安裝。首先定位好底板預(yù)埋鋼板，精確定位后預(yù)留2 cm空隙。水平度控制為1 mm。在四周封閉后，采用壓漿工藝將鋼板與混凝土底板底座填充，以保證混凝土與鋼結(jié)構(gòu)間握裹緊密。圖6為底板鋼板定位圖。

3.4 錨室安裝

3.4.1 方案比選

錨室提升高空作業(yè)高度較大，空間較小，提出了懸拼支架，塔吊安裝，塔頂提升架三個(gè)試用方案進(jìn)行對(duì)比。圖7為提升方案示意圖。

經(jīng)綜合對(duì)比，選擇了利用塔柱部分塔壁的塔頂?shù)跫苁┕し桨浮１?為提升架方案對(duì)比表。

圖6 底板鋼板定位圖

圖7 提升方案示意圖

表3 提升架方案對(duì)比表

3.4.2 錨室安裝

3.4.2.1 安裝調(diào)試塔頂提升架

塔頂提升架采用整體吊裝進(jìn)行拼裝，其中主體結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)和主梁系統(tǒng)兩部分共三次吊裝完畢。起升系統(tǒng)、滑移系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)待主體結(jié)構(gòu)安裝完成后進(jìn)行安裝。

3.4.2.2 吊裝第一塊錨室

鋼錨室為兩點(diǎn)起吊，吊裝方向?yàn)闄M橋向起吊，鋼錨室順橋向布置。鋼錨室吊放到位之后，利用在預(yù)埋鋼板上提前制作定位卡將鋼錨室精確定位。鋼錨室基本就位之后，測(cè)量組對(duì)其四個(gè)角點(diǎn)的平面位置及高程進(jìn)行校核，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，利用塔頂提升架對(duì)鋼錨室進(jìn)行微調(diào)，定位完成后，對(duì)稱張拉鋼錨室進(jìn)行固定。圖8為錨室安裝示意圖。

圖8 錨室安裝示意圖示意圖

3.4.2.3 吊裝剩余錨室

剩余鋼錨室橫移至距離前一塊約20 cm時(shí)，橫移系統(tǒng)開始通過點(diǎn)動(dòng)控制開關(guān)來慢慢向已安裝鋼錨室靠近。利用定位卡、沖釘對(duì)前后錨室連接處進(jìn)行定位。圖9為剩余錨室安裝定位示意圖。

圖9 剩余錨室安裝定位示意圖

4 結(jié)語

北街水道橋鋼錨箱從開始啟動(dòng)加工至安裝完成，前后歷時(shí)約一年。安裝完成后，經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)完成效果較好，各項(xiàng)質(zhì)量要求和控制點(diǎn)符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范。