大跨度斜拉橋鋼錨梁安裝施工技術要點

楊 雷， 趙 志 強

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

金堂某新建大橋連接趙鎮(zhèn)和三星鎮(zhèn)。該橋位于金堂縣城沱江上游600 m處，工程全長1 641 m，主橋為長860 m的雙塔雙索面斜拉橋，主跨跨越江心島，跨度430 m，橋面寬38 m。全橋共設兩個索塔，四個塔柱，每個塔柱布置17對斜拉索，上部15對斜拉索采用鋼錨梁錨固形式，布置在塔壁的混凝土牛腿上，下部2對斜拉索水平力相對較小，采用混凝土齒塊直接錨固形式。斜拉索塔共設置了60道鋼錨梁，120個混凝土牛腿以及8個混凝土齒塊。

2 鋼錨梁的設計

在該工程中，鋼錨梁根據(jù)構造的不同分為M1、M2、M3、M4四類，每套鋼錨梁錨固2對斜拉索，設置于上塔柱斜拉索錨固區(qū)段。同一高程位置的鋼錨梁板件構造因斜拉索角度的不同而帶來相應板件的差異。拉索的豎向分力通過錨梁上錨固構件完全傳遞至牛腿；拉索的橫橋向水平分力由錨梁橫向聯(lián)系承受；拉索的順橋向水平分力分為兩部分：恒載索力由錨梁承擔，后期使用的荷載索力由錨梁與塔壁共同承擔。組成鋼錨梁的主要構件有：頂板、翼板、錨墊板、腹板、底板、承壓板、加勁肋、支座加勁板、縱向限位板等，其中錨墊板和承壓板為主要承壓構件，頂板、腹板為順橋向的主要承拉構件。鋼錨梁的設計布置情況見圖1。

3 鋼錨梁安裝施工質(zhì)量控制

3.1 鋼錨梁安裝前的檢查

在鋼錨梁吊裝之前，采用鑒定鋼尺、精密水準儀和全站儀對鋼錨梁的幾何尺寸、高程測量觀測點、結構軸線測量控制點、標記等進行檢查，如果有誤差或誤差超過設計及規(guī)范要求，應立即找出原因并進行糾正，重新確定其平面位置與尺寸。對于與鋼錨梁連接的索導管要重點檢查其每根的長度、坡口長度、壁厚等。鋼錨梁在安裝前需對其位置以及方向進行標號，防止安裝過程中出現(xiàn)誤差。鋼錨梁預拼及安裝質(zhì)量控制標準見表1。

圖1 鋼錨梁設計布置圖

表1 鋼錨梁預拼及安裝質(zhì)量控制標準表

3.2 鋼錨梁預拼和吊裝

為了保證鋼錨梁的安裝精度，對預埋件與鋼錨梁進行了整體吊裝。吊裝前，對鋼錨梁進行預拼，預拼內(nèi)容包括：鋼錨梁、預埋板、縱橫限位裝置等。預拼前，先進行胎架制作，胎架采用10#槽鋼制作，然后根據(jù)下預埋板的相對位置布置胎架；隨后對下預埋板、四氟板以及鋼錨箱進行定位，然后安裝橫向限位裝置；最后再對縱向預埋件進行定位并用碼板固定鎖死，使鋼錨梁形成整體。最重的單個鋼錨梁約為7.8 t(含預埋件)，吊裝根據(jù)現(xiàn)場情況采用塔吊進行，在單個鋼錨梁上設置了四個吊環(huán)。在該工程中，鋼錨梁的吊裝于塔柱上一模混凝土澆筑完成后進行，吊裝過程中應盡可能地排除塔柱上多余障礙物的干擾(圖2)。

圖2 鋼錨梁預拼安裝圖

3.3 鋼錨梁安裝

鋼錨梁安裝可分為首節(jié)段鋼錨梁安裝和其他節(jié)段鋼錨梁安裝。首節(jié)段鋼錨梁安裝在型鋼支架上，型鋼支架的設計尤為重要，若支架剛度不足、待鋼錨梁安裝上去后支架變形量較大將直接影響到安裝精度，若支架設計過于強大，支架型鋼等將對索塔設計鋼筋、預應力等產(chǎn)生較大的干擾，因此，必須對鋼錨梁支架進行優(yōu)化設計[1]。該工程中首節(jié)段鋼錨梁支架由I56b工字鋼及[10槽鋼焊接組成，工字鋼通過預埋鋼板焊接固定。支架須保證四個立柱高程統(tǒng)一，首節(jié)鋼錨梁安裝支架結構見圖3。

圖3 首節(jié)段鋼錨梁安裝支架結構圖

對首節(jié)段鋼錨梁(基準節(jié)段)進行精確調(diào)位并固定、澆筑完成該節(jié)段混凝土后，陸續(xù)吊裝后續(xù)其他節(jié)段的鋼錨梁，其他節(jié)段的鋼錨梁通過標準支架作為支撐安裝在上一節(jié)段鋼錨梁上。標準支架高度為2.6 m，上下兩層鋼錨梁之間共設置四根標準支架，支架間通過法蘭盤進行連接以避免焊接造成支架變形；同時，為確保鋼錨梁的安裝精度，標準支架均在制作廠家進行機加工。鋼錨梁每次吊裝時四根標準支架均須保證在同一軸線上。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用碼板、楔形塊、千斤頂?shù)裙ぞ哌M行微調(diào)[2]。鋼錨梁安裝完成后再進行牛腿鋼筋的安裝。每一段鋼錨梁吊裝完成后，進行與之對應節(jié)段塔柱混凝土的澆筑，依次循環(huán)施工直至全部完成。多層鋼錨梁安裝情況見圖4。

圖4 多層鋼錨梁安裝圖

3.4 鋼錨梁安裝及輔助操作平臺的精調(diào)

因該工程中索塔塔柱上的操作空間狹小，且塔柱內(nèi)腔施工安全系數(shù)低，進行精調(diào)施工時較為困難，難以保證鋼錨梁安裝完成后的精度。為提高鋼錨梁的安裝精度，需要增加鋼錨梁安裝及精調(diào)輔助操作平臺為鋼錨梁施工提供一個有效的施工環(huán)境，在操作平臺上完成鋼錨梁的安裝及精調(diào)施工。項目部在該工程針對現(xiàn)場情況研制出一種實用的新型鋼錨梁安裝及精調(diào)操作平臺。該操作平臺由雙拼槽鋼豎向支架作為骨架，通過焊接雙拼槽鋼橫向支架及平臺斜撐，上鋪花紋鋼板設置三層平臺(平臺數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場實際施工需求為準)。在鋼錨梁左右側各設置了一個多層平臺，通過橫向固定方鋼卡在雙拼槽鋼豎向支架中間連接左右側平臺，上方使用精軋螺紋鋼對拉桿進行固定。拆除時只需先松開精軋螺紋鋼對拉桿，再拔出橫向連接方鋼即可通過起重設備提升該裝置循環(huán)使用。該平臺有效解決了索塔塔柱上因操作空間狹小、安全系數(shù)低造成的安裝和精調(diào)施工難以操作的問題，還可作為索塔塔柱內(nèi)腔施工作業(yè)平臺，具有較好的適用性和實用性，其具體構造見圖5。

4 鋼錨梁安裝的精準定位控制

4.1 鋼錨梁安裝精度分析

鋼錨梁安裝誤差主要來源于廠內(nèi)制造精度、首榀/底座安裝精度兩部分，從理想狀態(tài)(未考慮由于氣象參數(shù)修正、施工測量帶來的不確定因素造成的影響)來看，在未考慮施工誤差的情況下，B2/Z2#-B17/Z17#鋼錨梁安裝完成時，總體豎向傾斜度累計誤差已經(jīng)超出設計要求。

圖5 鋼錨梁安裝及精調(diào)輔助操作平臺構造圖

4.2 鋼錨梁的總體控制

(1)鋼錨梁安裝前需對全橋控制網(wǎng)進行聯(lián)測，對復測成果數(shù)據(jù)進行評估，依據(jù)精密控制測量要求取平面控制和高程控制的相鄰點相對點位中誤差Mij小于±3 mm，滿足規(guī)范要求，出具成果報告[3]。

(2)錨固點及鋼錨梁梁體坐標數(shù)據(jù)的計算。建立空間直角坐標系，以跨中(1 075)為平面坐標原點，以85高程系統(tǒng)為高程基準，計算成果并生成三維模型(已進行三方復核)(圖6)。

(3)施測前需對測區(qū)的各項氣象參數(shù)進行采集、分析和修正。對于大跨度斜拉橋而言，大氣折光影響比較嚴重，在鋼錨梁校核時，對埋設的高程點進行檢校，實時計算大氣折光系數(shù)K的測區(qū)變化值Δk：

圖6 鋼錨梁數(shù)據(jù)生成點位圖

然后用Δk對全站儀K值進行修正。測前需對儀器設備進行預熱，并將采集到的氣象元素輸入儀器后進行測距，利用相鄰點位復核校正，再利用三維極坐標法對鋼錨梁進行觀測。由于鋼錨梁待測點與測站之間的高差較大，故在鋼錨梁精準定位時必須考慮高程投影面的改正。

距離投影改正公式：

式中H為測線平均高程；H0為投影面高程；S為平距；R為地球曲率半徑。

4.3 鋼錨梁的安裝控制

鋼錨梁的位置決定了斜拉索錨固點位置，因此需要對每榀鋼錨梁安裝位置進行反復調(diào)整，其安裝步驟為：

(1)預埋鋼錨梁支架腿鋼板，按圖紙設計位置精確測量定位，澆筑混凝土后，再次對預埋底座平面位置、高程以及平整度等進行測量確定，支架腿鋼板用高精度水準儀找平并進行首榀鋼錨梁軸線和邊線的放樣。

(2)調(diào)校鋼錨梁時，由于胎架和塔上支架均為固定尺寸的鋼支架結構，因此，必須將每榀鋼錨梁調(diào)校至規(guī)范允許的誤差內(nèi)，不能留有殘差。

4.4 預抬值的設定

由于塔柱混凝土結構自身的收縮徐變，以及在承受斜拉索軸壓力下的壓縮變形，在塔柱施工鋼錨箱與混凝土結合處時， 需對首榀鋼錨梁高程進行調(diào)整，設置適當?shù)念A抬值[5]。首節(jié)鋼錨梁安裝前，對索塔進行監(jiān)測，通過控制分析，確定首節(jié)鋼錨梁安裝的準確平面位置，同時計算并確定首節(jié)鋼錨梁安裝的預抬高值。鋼錨梁的理想目標幾何線形由鋼錨梁截面中心點給出。理想目標值的高程值為設計高程疊加以下的修正值(預抬高值由監(jiān)控單位提供)：補償中下塔柱成橋時產(chǎn)生的壓縮量；在首節(jié)鋼錨梁安裝時已采用的預抬值；補償鋼錨梁到成橋時的超長值；基礎沉降量以及施工階段的鋼錨梁壓縮量。

5 結 語

隨著大跨度斜拉橋突飛猛進的發(fā)展，鋼錨梁的應用越來越廣泛，筆者結合金堂某大橋施工實踐，對鋼錨梁的安裝方法及質(zhì)量控制措施進行了總結，實踐表明：所采取的施工技術措施可以有效地確保大跨度斜拉橋鋼錨梁的施工質(zhì)量。