南京大勝關長江大橋三桁超高吊索塔架施工應用技術

摘要: 介紹吊索塔架在南京大勝關長江大橋主橋鋼梁架設及主跨鋼梁合龍中的施工應用技術。詳細說明了吊索塔架設計、加工、斜拉索掛設及張拉、鋼梁線形位移的調整。

關鍵詞: 軸心受壓;對稱;同步;張拉

1工程概況

南京大勝關長江大橋是京滬高速鐵路的控制性工程，主橋為(108+192+336+336+192+108)m六跨連續鋼桁梁拱橋，位于4#～10#墩間，橋梁承載雙線京滬高速鐵路、雙線滬漢蓉鐵路，在兩邊桁的外側，各外挑5.8m的懸臂托架，支撐南京城市輕軌鐵路，橋面總寬41.6m。

南京大勝關長江大橋8#主墩鋼梁架設采用墩頂2個節間在墩旁托架上架設，南側采用400t浮吊架設至南邊跨合龍口，北側采用70t架梁吊機懸臂拼裝至A37’節間，然后進行主跨合龍，由于懸拼跨度大，輔以吊索塔架+斜拉索進行懸臂拼裝。吊索塔架高度68.5m，前后吊索每桁(共三桁)設置三層，塔架立柱下端與鋼梁上弦節點預留鉸座板鉸接，吊索塔架利用塔吊分段散拼。8#墩邊跨合龍后，對8#墩側鋼梁縱向位移調整完畢后開始拼裝吊索塔架。

吊索塔架單桁單層由4根吊索組成，共三桁，每桁三層。斜拉索上端錨固于塔柱錨固區，下端錨固于鋼梁上弦預留燕子板上。斜拉索均采用高強平行鋼絲，外包PE保護層，第一、二斜拉索的設計安全系數為K=2，拉索的正常使用應力不超過高強鋼絲標準強度的50%，即拉索最大容許應力[σ]≤0.50Rb。第三層斜拉索正常使用應力不超過高強鋼絲標準強度的50%，并預留10%的調索儲備，即拉索最大容許應力[σ]≤0.45Rb。

吊索塔架錨箱有上錨箱和下錨箱兩種，上錨箱用于吊索上端和塔柱錨固區連接，下錨箱用于拉索下端與鋼梁燕子板連接。前索、后索每個錨箱設計拉力均為2500t。掛索及張拉時安裝吊索的千斤頂在下錨箱處操作，因此在下錨箱設計有供千斤頂、撐腳以及張拉桿安裝的空間，以利于安裝及調整吊索時操作。斜拉索通過錨箱導向管被牽引預緊， 192m邊跨合龍后，60t架梁吊機后退過程中，吊裝后索A6’、A8’、A10’節點錨箱。前索下錨箱均用70t爬行吊機之尾部吊機安裝。

8#墩懸臂架設鋼梁至A32′節點后，掛設并張拉第一層斜拉索，該斜拉索錨點位于拱上弦A29′節點。繼續架設鋼梁至A34′節點，掛設并張拉第二層斜拉索，該斜拉索錨點位于拱上弦A32′節點。繼續架設鋼梁至A37′節點，掛設并張拉第三層斜拉索，該斜拉索錨點位于拱上弦A34′節點。

2吊索塔架設計關鍵技術及加工

2.1 吊索塔架設計

吊索塔架是一個復雜的受力體系，其計算模型為軸心受壓桿件。經吊索傳來的力通過塔架中心立柱頂部拉板分配給中心立柱，中心立柱通過立柱底節下鉸座支承在鋼梁節點上，將力傳給鋼梁，直至橋墩。

2.2 斜拉索計算原理

假設斜拉索索長L，塔梁兩端索孔錨板中心的幾何距離L。，梁端錨杯距梁端錨墊板的距離 為a，在牽引力T作用下，其彈性伸長量為TL/EA，

垂度影響的伸長量近似為: ，

斜拉索計算簡圖如圖1，因此可得:

式中:L0—上下兩端索孔錨板中心的幾何距離

L—斜拉索的長度

LX—L0的水平投影長度

E—垂直索的彈性模量

W—鋼索單位長度重量

A—鋼索中鋼絲的截面積

T—牽引力

2.3 吊索塔架加工

因本結構工程量大，工期緊，要求合理安排，周密組織，科學管理，應盡早完成前期施工的各項準備工作，滿足工程總工期和節點工期的要求。

本結構采用專業分工的流水作業生產模式，H型梁嚴格按照生產工藝流程生產:

(1)放樣處理

在整個鋼結構制造中，放樣工作是非常重要的一環，因為所有的零件尺寸和形狀都必須先行放樣，然后依樣進行加工，最后才把各個零件裝配成一個整體。因此，放樣工作的準確與否將直接影響產品的質量。

放樣前，放樣人員必須熟悉制作施工圖及本工程的一些特殊工藝要求。在放樣的同時，放樣人員核對制作施工圖，如發現施工圖有遺漏、錯誤或其它原因須更改施工圖時，必須取得設計院的書面認可，不可擅自修改。

(2)下料

根據材料的用途和精確程度，一般采用以下幾種方法進行下料，即自動切割機下料、半自動切割機下料。

(3)材料的矯正、邊緣處理

本工程中需要做邊緣加工的部位:設計圖紙中有技術要求的焊接坡口;尺寸精度要求嚴格的加勁板、腹板及有孔眼的節點板等。用機械和火焰矯正法對鋼板進行矯正，保證平直度。

鋼板表面的銹跡應清除干凈，除銹后表面應無可見油脂和污垢，且無氧化皮，鐵銹和油漆涂層等附著物應基本清除干凈，其殘留物應附著牢固。

(4)鉆孔

本結構采用鉆模套鉆法鉆孔。即鉆孔前先制作鉆模，材料用45#鋼板(δ=16mm)，鉆模用數控鉆床鉆孔。鉆模作為鉆頭定心用，待鉆工件上定位完成后須報質檢員驗收合格后方可施工。在首件構件加工完成后復查尺寸，誤差在允許范圍內方可繼續施工。

(5)鋼板對接

由于鋼板規格所限，所以在本結構中加工鋼梁和鋼柱時，一部分鋼板需要進行對接。對接鋼板采用埋弧焊對接，因本結構選用鋼板板厚較厚，因此在對接處開坡口以保證對接焊縫全部熔透。在焊接背面時必須進行清根處理，當發現正面焊縫有氣孔、夾渣等缺陷則必須將此處打磨到清除為止。

(6)組立H型鋼

彈出下翼緣板中心線，再以中心線為基線彈出腹板厚度線，平放在組立機平臺上，端頭緊貼靠模，吊起腹板將端頭緊貼靠模(注意有斜度的要將大頭緊貼端頭靠模)，腹板要立在線上，用輥輪壓緊定位后測量翼緣，板邊之間墊薄鐵板調整，直到誤差允許范圍內(±2mm)為止，放下壓輥整體定位，然后從端頭開始將腹板與翼緣板自動點焊初步成型。

(7)焊接H型鋼

①復核組裝件幾何尺寸是否符合要求，查看所有焊縫區域內清潔情況，如有殘留割渣、水、污物，應進行處理。

②檢查焊絲是否是指定的規格及清潔干燥情況。

③按規定焊接參數，調節焊接電流，進絲速度和行走速度。

④采取船形位置施焊，工件要求基本墊成水平。

⑤焊接時使用的焊劑必須經過烘焙。烘焙約1小時，溫度150-300℃。本工程焊接低碳合金鋼的熔煉焊劑在使用中放置時間不許超過8小時。焊劑反復使用后重復使用次數不許超過10次。未用完的焊劑，使用次數未超過十次的，應回收起來，以便下次使用。

3吊索塔架安裝

3.1 準備工作

(1)沖釘

吊索塔架拼裝用沖釘選用材質45號鋼制作，并經過淬火回火熱處理后才能使用，其硬度應滿足HRC≥40。本吊索塔架選用的沖釘直徑分別為mm、mm和兩種規格。沖釘制作完畢后，對其進行抽檢，不符合要求的不能使用，吊索塔架拼裝以前應準備好2000個沖釘。

(2)腳手架

吊索塔架拼裝前應準備好各種腳手支架，包括底節拼裝腳手、標準節拼裝腳手、非標準節拼裝腳手、橫向聯結系拼裝腳手、聯結桁架拼裝腳手、掛索平臺腳手、錨固區聯結系拼裝腳手等。

3.2 拼裝方法

吊索塔架因底節重量大，采用浮吊安裝，其余部位采用2臺塔吊共同安裝，先安裝中心立柱，再安裝聯結系，最后安裝錨箱。塔吊安裝時同步隨塔架高度增加逐步自升，塔吊撐桿設計為可調節式，確保鋼梁縱移時塔吊垂直度在可控范圍內。吊索塔架總體布置見圖2所示。

3.3 質量控制

拼裝質量標準如下:

桁距(中至中)偏差 ±10mm

吊索架橫向寬度偏差 ±10mm

吊索架高度誤差 ±50mm

吊索架垂直誤差5'

4斜拉索掛設及張拉

4.1斜拉索掛設順序

(1)掛索總順序:先第一層索，再第二層索，最后第三層索。

(2)對于某層索，先同步掛設中桁斜拉索，再掛設兩邊桁斜拉索。

(3)對于某桁索:先同步掛設1#、3#前后索再同步掛設2#、4#前后索。斜拉索編號如圖3所示。

(4)對于某根索，先放索，錨固端錨頭掛設，再張拉端錨頭掛設。

4.2 放索

斜拉索采用水平轉盤放索，索盤放置在橋面板上;在放索過程中，由于索盤自身的彈性和牽引產生的偏心力，會使轉盤轉動時產生加速，導致散盤，所以現場應對轉盤加設剎車裝置。

前索將張拉端錨頭牽出放于錨頭小船上，船身兩側開有小孔用以將錨頭固定在小船上。在張拉端錨頭上安裝放索錨座，用10t卷揚機配合20t滑車組牽引錨座放索，直至斜拉索全部展開。后索將錨固端錨頭牽出放于錨頭小船上，船身兩側開有小孔用以將錨頭固定在小船上。在錨固端錨頭上安裝放索錨座，用10t卷揚機配合20t滑車組牽引錨座放索，直至斜拉索全部展開。

4.3 斜拉索張拉

(1)在張拉端錨杯上安裝張拉桿Ⅰ并使張拉桿Ⅰ戴滿一個螺帽，然后安裝張拉桿Ⅱ及硬牽引裝置(包括650t穿心式千斤頂及撐腳)，用千斤頂牽引張拉桿直至錨杯戴帽。張拉端錨杯戴帽如圖4所示。

(2)張拉端錨頭戴帽后，利用650t穿心式千斤頂配張拉桿張拉索力至設計噸位，擰緊錨固螺母。

(3)斜拉索的張拉作業遵循“平衡、對稱、同步、分級”的原則。

(4)一層24根斜拉索同步張拉至設計噸位，需24臺千斤頂同步作業。張拉過程千斤頂要分級加載，不得一步到位;分級值為索力的10%，張拉結束后各斜拉索索力誤差值控制在5%以內。

5吊索塔架在合龍過程中的應用

通過調整斜拉索索力，可以控制主跨合龍口縱橫向位移及豎向轉角，取消了墩頂頂落梁裝置的布置。確保鋼梁合龍時線形滿足施工監控要求。

6 結語

隨著南京大勝關長江大橋鋼梁順利的架設及合龍，吊索塔架施工應用逐漸走向成熟，其具有減少鋼梁桿件安裝內力、減少伸臂端撓度、增加伸臂端桁梁的側傾穩定性和增加鋼梁剛度、防止晃動等優點，越來越得到重視和發展。

參考文獻:

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[3]王東輝，覃永剛.南京大勝關長江大橋鋼梁架設及關鍵技術[J].橋梁建設，2009，(2):5—8

作者簡介:

張東超，(1984-)，男，助理工程師，2006年畢業于吉林建筑工程學院交通土建專業，

工學學士