虎跳峽金沙江大橋索塔上橫梁支架施工方案比選

0 引言

目前在索塔橫梁支架法施工工藝中，較為常見的支架搭設型式為托架式貝雷梁支架和鋼管柱貝雷片梁柱式支架。國內部分大跨度懸索橋索塔上橫梁支架施工方案統計如表1。

表1 國內部分懸索橋索塔橫梁支架施工方案統計

結合云南香麗高速公路虎跳峽金沙江大橋索塔橫梁施工，主要從支架設計、支架施工工藝、施工周期、安全質量、適應性等方面對這兩種支架型式進行對比分析，用于指導實際施工。

1 工程概況

虎跳峽金沙江特大橋全長1017m，橋跨布置為766m懸索橋+6×41m鋼混疊合梁梁+5m橋臺，橋面為雙向四車道。虎跳峽金沙江大橋主橋為單塔單跨鋼桁梁懸索橋，該橋創新性地采用了獨塔單跨地錨式懸索橋結構，是世界上最大跨度的獨塔懸索橋，滾軸式復合索鞍在國內大跨懸索橋里面也是首次采用。

索塔為鋼筋混凝土門型塔，上下游塔柱采用不等高的形式，左右塔柱基礎相互獨立，兩塔柱下設正方形承臺加群樁基礎。高塔柱塔高（含塔座）161.6m，矮塔柱塔高145.6m（含塔座），其中左右塔柱上塔柱高均為89.5m，左肢下塔柱高64.5m，右肢塔柱下塔柱高48.5m。

橫梁采用預應力混凝土等高度箱形梁，索塔設置下橫梁及上橫梁。橫梁也采用C55混凝土，防滲指標為P8級。下橫梁尺寸為6m（高度）×7m（寬度），壁厚1m；上橫梁尺寸為6m（高度）×6m（寬度），壁厚1m。上橫梁內布置48束17Φ15.2鋼絞線，下橫梁內布置48束22Φ15.2鋼絞線。所有預應力錨固點均設在塔柱外側，采用深埋錨工藝。

2 上橫梁支架施工方案簡介

2.1 托架式貝雷梁支架（方案一）

2.1.1 托架式貝雷梁支架設計

上橫梁支架結構主要由鋼靴、牛腿、型鋼支撐托架、沙箱及大分配梁、貝雷架及小分配梁組成。鋼靴為鋼結構組焊構件，采用在塔柱上預留槽口及精軋螺紋鋼預拉錨固在塔柱內壁；牛腿由塔柱預埋件及型鋼組焊件構成，對應塔柱施工時先安裝預埋件，待橫梁施工時焊接外側型鋼牛腿；支撐托架順橋向為兩榀由HN700×300型鋼、HW300×300型鋼及鋼板組焊而成的桁片，桁片之間采用I32b型鋼連接系聯接；沙箱設置在桁架頂，然后在沙箱上安裝大型分配梁；貝雷架采用單層多排結構，分配梁采用工鋼I14作橫向分配梁。上橫梁托架式貝雷梁支架總體結構圖詳見圖1。

圖1 托架式貝雷梁支架總體布置圖

該方案主要結構用鋼量：型鋼支撐架52665kg、貝雷片及其支撐架35742kg、大分配梁12944kg（F1、F2）、小分配梁3774kg、鋼靴8420kg、牛腿及其預埋件3332kg、沙箱1562kg，合計118439kg。

2.1.2 托架式貝雷梁支架安拆

2.1.2 .1 安裝順序及要點

充分考慮施工現場地形、施工空間及干擾、塔吊起重能力等因素，托架式貝雷梁支架安裝流程主要如下：鋼靴安裝及牛腿焊接→型鋼支撐架成榀安裝→沙箱→分配梁F1、F2→貝雷片及其連接系→小分配梁→底模系統。

型鋼支撐架需在地面成榀焊接好，單榀重量約22t，需在塔柱上先安裝提升吊架，采用2臺卷揚機起吊，待其吊裝至鋼靴頂標高后，慢慢整體平移至鋼靴上，然后采用手拉葫蘆調整固定，然后吊裝另一榀支撐架。待兩榀桁架安裝到位后，再采用塔吊吊裝焊接桁架之間的連接系。單榀支撐桁架在起吊前，兩臺卷揚機應動作協調進行試吊，確認結構、機械、電氣等沒有任何問題后，才能進行正式吊運。司機應嚴格按指揮信號操作，保證起動、運行、制動同步。型鋼支撐架安裝完畢后，再用塔吊吊裝后續橫梁支架構件。

2.1.2 .2 拆除順序及要點

待上橫梁混凝土達到設計強度并張拉預應力后，方可從上至下依次拆除上橫梁支架。上橫梁施工時注意在橫梁上設置預留孔，以方便后期支架拆除。

貝雷片拆除時先用手拉葫蘆將部分貝雷片拉出橫梁底至塔吊能吊裝的位置，然后用塔吊成榀吊裝拆除。支撐桁架及其連接系采用4臺卷揚機整體下放至橋面。

2.2 鋼管柱貝雷片梁柱式支架（方案二）

2.2.1 鋼管柱貝雷片梁柱式支架設計

上橫梁支架結構主要由鋼管柱、牛腿、沙箱及分配梁、貝雷架及小分配梁組成。牛腿由塔柱預埋件及型鋼組焊件構成，對應塔柱施工時先安裝預埋件，待橫梁施工時焊接外側型鋼牛腿；支撐結構4根鋼管柱直徑為Φ1020mm、壁厚10mm，鋼管柱下端支撐在下橫梁預埋件上并焊接牢靠，鋼管柱每隔12.4m采用Φ630mm×8mm粗鋼管作為連接系連接起來，每隔24.8m采用Φ630mm×8mm粗鋼管作為主動頂撐與主塔連接；沙箱設置在鋼管柱頂，然后在沙箱上安裝大型分配梁；貝雷架采用單層多排結構，分配梁采用工鋼I14作橫向分配梁（同方案一）。上橫梁鋼管柱貝雷片梁柱式支架總體結構圖詳見圖2。

圖2 鋼管柱貝雷片梁柱式支架總體布置圖

該方案主要結構用鋼量：鋼管柱及其連接系133580kg、貝雷片及其支撐架35742kg、大分配梁12944kg（F1、F2）、小分配梁3774kg、牛腿及其預埋件3332kg、沙箱1562kg，合計190934kg。

2.2.2 鋼管柱貝雷片梁柱式支架安拆

2.2.2 .1 安裝順序及要點

充分考慮施工現場地形、施工空間及干擾、塔吊起重能力等因素，鋼管柱貝雷片梁柱式支架安裝流程主要如下：鋼管立柱底調整節吊裝、牛腿與預埋件連接→鋼管柱標準節段吊裝及其連接系安裝→沙箱→柱頂分配梁F1、F2安裝→貝雷梁成榀吊裝及其支撐架安裝。

鋼管柱標準節段單長6m，重量約1.6t/節；貝雷架單排約1.9t，吊裝時至少2排貝雷架同時吊裝；大分配單重也控制在2.5t以內；上橫梁支架構件均可采用索塔散件吊裝。鋼管柱垂直度偏差控制在柱高的1/500以內，且不大于5cm。

2.2.2 .2 拆除順序及要點

待上橫梁混凝土達到設計強度并張拉預應力后，方可從上至下依次拆除上橫梁支架。上橫梁施工時注意在橫梁上設置預留孔，以方便后期支架拆除。

貝雷片拆除時先用手拉葫蘆將部分貝雷片拉出橫梁底至塔吊能吊裝的位置，然后用塔吊成榀吊裝拆除，其余構件采用卷揚機配合塔吊散拆。

3 支架方案對比分析

對于同一種上橫梁結構，支架方案設計主要根據現場地形條件、設備起重能力、支架鋼結構、施工周期要求、施工安全質量等條件進行考慮。

3.1 現場地形要求對比

方案一中型鋼支撐托架單榀桁架需在塔柱下方地面提前焊接拼裝成整體，以減少高空作業焊接拼裝的工程量，場地需較大較平整。

方案二中各構件基本為標準散件，場地要求小。

金沙江特大橋穿越金沙江深切峽谷，屬構造剝蝕高中山峽谷地貌。河流和山脈的伸展方向與構造線方向基本一致，河谷深切，切面呈“V”字形，階地一般不發育，自然橫坡30°～60°，局部陡峭。尤其是索塔江側正前方為斜坡，不好利用，若利用需另外搭設鋼平臺；岸側正前方雖然較平整，但其作為索塔、引橋施工時混凝土、鋼筋等運輸通道、施工場地，無法作為支架地面焊接拼裝的場地。結合現場地形條件，方案二優于方案一。

3.2 設備起重能力需求比較

方案一中最大單吊重量為型鋼支撐架單榀最重約22t，方案二中最大單吊重量為2排貝雷架重量約4t。在塔柱施工過程中，上下游肢塔柱各采用一臺160t.m塔吊配合施工，其在17m回轉半徑范圍內，最大吊裝重量為10t。

若采用方案一，則需要另外安裝提升吊架利用卷揚機來提升型單榀鋼支撐架；或在前期施工組織設計中，上下游塔柱各采用一臺250t.m塔吊來配合施工（其在24m回轉半徑范圍內，最大吊裝重量為13t），且設備租賃費用高。若采用方案二，則既有塔吊完全滿足吊裝重量的需求。結合既有設備起重能力及設備租賃費用考慮，方案二優于方案一。

3.3 支架結構及比較

根據前述所知，方案一所需鋼結構約118439kg，方案二所需鋼結構約190934kg，且其材料用量的主要差異在型鋼支撐托架及粗鋼管柱支撐體系，貝雷架及大、小分配梁用量基本無差異。

對比可知，方案一明顯比方案二節約材料用量。但結合現場實際施工情況，由于虎跳峽金沙江大橋下橫梁支架也采用鋼管柱貝雷片梁柱式支架，在施工上橫梁過程中，完全可以考慮倒用下橫梁支架材料，這樣可以大大地節約周轉材料用量。若不考慮倒用下橫梁支架材料，因方案一中型鋼支撐托架為非標準件，且其在施工前需在鋼結構加工廠提前新制、散件制作成型，然后在現場焊接組拼成榀；而方案二中鋼管柱支撐體系基本為標準件，且在以往施工中加工較多，倒用以往材料即可，完全不用另外新制或新制也可后期作為標準構件周轉。結合現場實際情況及考慮材料倒用、后期周轉情況，方案二優于方案一。

3.4 施工周期

根據總體施工組織設計要求，上橫梁需與對應塔柱混凝土同步澆筑。

若采用方案一，需在塔柱混凝土澆筑至橫梁底后，先拆除塔柱內側液壓爬模系統，安裝提升吊架及卷揚機，然后安裝鋼靴、焊接牛腿，之后再單榀吊裝型鋼支撐托架等構件；若采用方案二，在塔柱施工過程中，可同步將鋼管柱立柱、沙箱、大分配梁、中間部分貝雷架等構件安裝到位，拆塔柱內側液壓爬模后，僅焊接鋼牛腿、安裝最外側的貝雷架即可。經分析可知，方案二較方案一明顯可節約工期。

3.5 施工安全質量

方案一與方案二高空焊接工作量均較少，高空作業工作量主要為螺栓連接、銷軸連接，在安全方面優勢均差不多；在質量控制方面，方案一現場地面焊接工作量較大，與加工場焊接相比，存在一定的劣勢。

3.6 綜合比較

綜合以上分析，將其列表如表2所示。

表2 支架方案綜合對比

結合以上分析，結合現場施工實際，采用方案二進行上橫梁施工是完全可行的，且優于方案一。

4 結語

根據上述方案的比較分析，綜合考慮現場地形要求、設備起重能力、支架結構、施工周期、安全質量、經濟性等方面，在虎跳峽金沙江大橋上橫梁施工中，鋼管樁貝雷片梁柱式支架優于托架式貝雷梁支架，最終采用鋼管樁貝雷片梁柱式支架方案，并可作為同類型索塔上橫梁支架施工方案的參考。