中興大橋V 型主塔豎轉(zhuǎn)施工技術(shù)

吳永敏

（宏潤建設(shè)集團股份有限公司，上海市200235）

1 工程概況

寧波中興大橋主橋采用一跨過江矮塔斜拉橋，跨徑布置為（64+86）m+400 m+（86+64）m=700 m，主橋全寬29 m。上部結(jié)構(gòu)主梁采用混合梁，中跨及部分邊跨467 m 范圍區(qū)段采用鋼箱梁，其他區(qū)段采用疊合梁；標(biāo)準(zhǔn)段梁高4.5 m，主墩墩頂梁高10.5 m[1]。主橋的效果圖如圖1 所示。

圖1 寧波中興大橋主橋效果圖

斜拉橋主塔外形采用V 型鋼結(jié)構(gòu)塔柱，豎向傾角25°，塔頂設(shè)中間橫梁平衡中邊跨索力水平分力。主塔橫橋向?qū)?.6 m，順橋向?qū)? m～5.7 m，橋面以上塔高約37 m。

主塔安裝劃分為4 個區(qū)域，分別為索塔錨固區(qū)（含塔頭）、塔身標(biāo)準(zhǔn)段區(qū)、塔頂橫梁段區(qū)，以及塔梁結(jié)合段區(qū)；主塔在工廠分節(jié)段進行制作，通過船舶運輸至現(xiàn)場。

主塔分段采用浮吊吊裝至橋面，在塔腳分縫處安裝轉(zhuǎn)動鉸，在兩側(cè)塔頂橫梁端頭各安裝6 臺對拉油缸，通過計算機控制6 臺對拉油缸同步提升依次拖起兩側(cè)塔柱，完成主塔塔柱豎轉(zhuǎn)。豎轉(zhuǎn)施工完成后，在塔柱橫梁上安裝提升支架，提升支架上安裝4臺提升油缸，通過計算機控制4 臺提升油缸完成塔頂橫梁合龍段提升。索塔區(qū)域劃分如圖2 所示。

圖2 索塔區(qū)域劃分示意圖

2 主塔豎轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計

主塔豎轉(zhuǎn)施工主要考慮在兩側(cè)塔頂橫梁上設(shè)置3 列6 組對拉油缸，通過對拉油缸張拉鋼絞線拖起塔柱，直到將主塔豎轉(zhuǎn)到位。主塔豎轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體系主要包括設(shè)置在塔頂橫梁上的對拉系統(tǒng)、塔頂橫梁與柱腳之間的臨時支撐體系、塔梁結(jié)合部位的轉(zhuǎn)動鉸和背拉索結(jié)構(gòu)，如圖3 所示[2]。

圖3 主塔豎轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體系布置圖

2.1 對拉系統(tǒng)

對拉系統(tǒng)由對拉油缸、對拉鋼絞線和對拉鉸三部分組成。對拉鉸設(shè)計在兩側(cè)橫梁端口，在三塊腹板上各安裝一組對拉耳板。對拉耳板用40 mm 鋼板進行制作，每組對拉耳板有兩個對拉耳板。為了確保對拉耳板有足夠的抗剪能力，對拉耳板上的銷孔兩側(cè)需裝配25 mm 厚加強圓環(huán)，另外對拉耳板根部箱體內(nèi)還需裝配補強勁板。一側(cè)對拉鉸由六組鉸座組成，施工時一側(cè)可以同時連接6 個200 t 對拉油缸，整個對拉系統(tǒng)總共設(shè)置12 臺200 t 對拉油缸。

2.2 支撐體系

支撐體系由臨時撐桿、上支撐鉸和下支撐鉸三部分組成。臨時撐桿用φ1 000×鋼管進行制作，兩頭焊接連接耳板。上支撐鉸和下支撐鉸都為雙鉸結(jié)構(gòu)，上支撐鉸焊接在橫梁下側(cè)，下支撐鉸焊接在柱腳上側(cè)。支撐鉸主要用36 mm 鋼板進行制作，焊接部位梁體內(nèi)側(cè)需要結(jié)構(gòu)補強。

2.3 轉(zhuǎn)動鉸

轉(zhuǎn)動鉸是豎轉(zhuǎn)設(shè)計的關(guān)鍵，由上轉(zhuǎn)動鉸和下轉(zhuǎn)動鉸兩部分組成。上轉(zhuǎn)動鉸和下轉(zhuǎn)動鉸都為雙鉸結(jié)構(gòu)，上轉(zhuǎn)動鉸焊接在主塔標(biāo)準(zhǔn)段區(qū)下端，下轉(zhuǎn)動鉸焊接在主梁的塔梁結(jié)合段上。轉(zhuǎn)動鉸主要用36 mm 鋼板進行制作，焊接部位梁體內(nèi)側(cè)需要結(jié)構(gòu)補強。轉(zhuǎn)動鉸結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 轉(zhuǎn)動鉸結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 背拉索結(jié)構(gòu)

該工程背拉索主要為中跨側(cè)塔柱二次豎轉(zhuǎn)提供反力，減少對已完成邊跨側(cè)塔柱結(jié)構(gòu)的影響。背拉索結(jié)構(gòu)由兩個200 t 油缸、鋼絞線和錨盤組成。背拉索通過鋼絞線連接上部結(jié)構(gòu)橋面鋼梁節(jié)段，用錨盤固定鋼絞線，用油缸張緊。

2.5 豎轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)

根據(jù)提升點具體提升油缸的布置和提升力情況布置液壓泵站；采用間歇作業(yè)的方式，轉(zhuǎn)體拉索牽引速度可達(dá)5～6 m/h。

通過傳感器、通訊模塊、計算機控制柜的連接，完成現(xiàn)場實時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。計算機同步控制系統(tǒng)如圖5 所示。

3 主塔豎轉(zhuǎn)整體驗算

圖5 計算機同步控制系統(tǒng)示意圖

（1）塔柱豎向轉(zhuǎn)體時，需分析轉(zhuǎn)體過程中不同角度的受力狀態(tài)，宜每10°進行一次工況計算。計算內(nèi)容主要包括：塔柱結(jié)構(gòu)及臨時撐桿的應(yīng)力、變形，鉸點反力，對拉鋼絞線、背索張拉力與變形。

（2）根據(jù)各個工況的計算數(shù)據(jù)進行計算結(jié)果匯總分析。計算結(jié)果用于校核豎轉(zhuǎn)體系的應(yīng)力、變形，也作為施工過程中的數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

（3）對豎轉(zhuǎn)體系各個構(gòu)件連接節(jié)點進行局部計算。局部計算包括：對拉鉸應(yīng)力、變形，上、下轉(zhuǎn)動鉸應(yīng)力、變形，轉(zhuǎn)體銷軸及孔壁計算，以及各構(gòu)件連接焊縫計算。對拉鉸局部變形分析如圖6 所示。

圖6 對拉鉸局部變形分析示意圖

4 主塔豎轉(zhuǎn)施工

4.1 施工準(zhǔn)備

豎轉(zhuǎn)前應(yīng)進行整體檢查，主要包括以下內(nèi)容：

（1）主塔結(jié)構(gòu)質(zhì)量、外形均應(yīng)符合設(shè)計要求，塔柱平躺狀態(tài)中心線位置偏移值不大于±2 mm。

（2）對拉鉸、轉(zhuǎn)動鉸等鉸支座結(jié)構(gòu)及銷軸的連接質(zhì)量應(yīng)符合豎轉(zhuǎn)設(shè)計要求。

（3）臨時撐桿連接、背拉索連接等應(yīng)符合豎轉(zhuǎn)設(shè)計要求。

（4）對拉鋼絞線、油缸錨片應(yīng)完好無損，安裝正確；泵站與油缸之間的油管連接正確、可靠。

（5）控制系統(tǒng)電路電源接線、安裝正確無誤；信號傳輸、數(shù)據(jù)通訊正確無誤。

4.2 加載試驗及檢查

加載過程采用逐級加載方式，依次加載20%、40%、60%、70%、80%、90%、100%。從60%開始，每級加載完成后靜置20 min，對豎轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體系進行檢查，重點關(guān)注轉(zhuǎn)鉸結(jié)構(gòu)。

4.3 主塔豎轉(zhuǎn)施工

（1）逐級加載完成并檢查確認(rèn)后，將塔體轉(zhuǎn)體脫架，塔體完全離開胎架后即靜置觀察，靜置時間約3 h。期間密切檢查各傳感器工作是否正常，油缸、液壓泵站和計算機控制柜工作是否正常，各種備件、通訊工具是否完備；檢查塔柱結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)鉸結(jié)構(gòu)、錨點及臨時撐桿結(jié)構(gòu)體系等焊縫是否正常，結(jié)構(gòu)的變形是否在允許的范圍內(nèi)。

（2）先豎轉(zhuǎn)邊跨側(cè)塔柱，以靠中跨側(cè)主塔立柱做為配重，計算機控制連接在中跨側(cè)塔柱橫梁上的6個對拉油缸開始同步提升，張拉拖起靠邊跨側(cè)塔柱，此時邊跨側(cè)主塔背索處于松掉狀態(tài)。

（3）靠邊跨側(cè)主塔立柱豎轉(zhuǎn)到位后，連接在中跨側(cè)主塔橫梁上的6 個對拉油缸開始停止作業(yè)，處于靜止?fàn)顟B(tài)；完成邊跨側(cè)主塔立柱與塔梁結(jié)合段的焊接，然后邊跨側(cè)塔柱背索開始張緊。

（4）邊跨側(cè)塔柱豎轉(zhuǎn)完成后，開始豎轉(zhuǎn)中跨側(cè)塔柱。中跨側(cè)塔柱豎轉(zhuǎn)以已安裝到位的邊跨側(cè)主塔立柱為張拉塔架，背索為后錨點，計算機控制連接在邊跨側(cè)塔柱橫梁上的6 個對拉油缸開始同步提升，張拉拖起中跨側(cè)塔柱。

（5）靠中跨側(cè)塔柱豎轉(zhuǎn)到位后，連接在邊跨側(cè)塔柱橫梁上的6 個對拉油缸停止工作；完成中跨側(cè)塔柱與塔梁結(jié)合段的焊接，中跨側(cè)塔柱豎轉(zhuǎn)完成。

（6）在主塔豎轉(zhuǎn)過程中，環(huán)口是緩慢就位的，通過在塔根部兩側(cè)面布置6 道就位擋塊來限制主塔環(huán)口就位的路徑。就位擋塊用30 mm 厚鋼板進行制作，在上部切成一個喇叭口，通過設(shè)置就位擋塊可以有效地防止主塔豎轉(zhuǎn)就位時產(chǎn)生左右偏位。

（7）在主塔豎轉(zhuǎn)就位前，對拉鋼絞線受力逐步減小，不利于對拉油缸施工控制。宜采用同步張拉背索的方法主動提供拉力。

5 結(jié) 語

在塔柱采用鋼結(jié)構(gòu)時，宜優(yōu)先采用低位平面拼裝，再豎向轉(zhuǎn)體就位施工，可有效減少高空作業(yè)量，降低塔柱高處拼裝作業(yè)的安全風(fēng)險，也有利于現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的控制。豎向轉(zhuǎn)體施工無需搭設(shè)大量承重支架、腳手架，從而減少大型吊裝設(shè)備使用量，具有經(jīng)濟性好、施工進度快等優(yōu)點。

中興大橋V 型主塔于2018 年8 月順利完成豎轉(zhuǎn)施工，安全無事故，質(zhì)量符合設(shè)計與規(guī)范要求。其成功經(jīng)驗可為其它類似橋梁的施工提供借鑒。