神州大橋鋼索塔制作及安裝工藝

馬開峰

（陜西重型機械制造有限公司 陜西 西安 710032）

1 工程概述

神州大橋位于天山-陰山東西向復雜構造帶的中段，及阿拉善弧形構造的內側，屬于繼承性斷陷復合盆地。橋梁起點樁號K1+715,終點樁號K1+863，全長148米，主橋為80米跨單塔雙索面無背索斜拉橋，引橋為2×30米連續箱梁，全橋結構連續。主塔采用鋼箱結構，內部灌微膨脹混凝土，主梁為預應力混凝土連續箱梁，斜拉索采用高強度平行鋼絲索。

箱梁采用支架現澆的施工方法，橫斷面為等截面單箱三室，頂板寬18米，底板寬13.8米，梁中心高1.8米，翼緣板懸臂長2.1米，邊腹板厚90cm，中腹板厚40cm，頂底板均厚22cm，在腹板與頂、底板交匯處均設倒角，與頂板交匯處倒角60×30cm，與底板交匯處倒角30×20cm。箱內橫梁按照功能不同分為厚35cm的拉索橫梁、厚250cm的引橋墩橫梁、厚250cm的引橋頂橫梁、厚300cm的塔根大橫梁及100cm和144cm的橋臺端橫梁。

主引橋箱梁橫斷面相同，縱向為全橋結構連續，連續箱梁在腹板上設置縱向預應力束，預應力束通長布置，采用連續器接長。在拉索橫梁下緣區域設置橫梁預應力束。見圖1。

圖1 神州大橋整體結構示意圖（單位為：厘米）

2 鋼索塔結構簡介

鋼索塔橫橋向豎立面為半橢圓弧門形塔，塔縱橋向背向黑河傾斜，與水平線傾斜58度夾角。鋼索塔垂直高度42米，順著塔方向高49.526米。順橋向寬度為等寬4.0米，下部與承臺面成銳角，側設半徑5.6米的圓弧倒角；橫橋向為變截面，在承臺頂面處寬度為3.0米，塔頂寬度為1.8米。

為了保證鋼索塔與承臺連接的可靠性，塔柱底部與承臺頂預埋鋼板熔透焊接，承臺的主鋼筋伸入塔柱，鋼索塔內表面焊有剪力釘。

鋼索塔的一個塔柱分四個節段，第一節段長13.041米，第二、三節段長15.0米，第四節段長7.734米，其中第一節段在直線上，其余三個節段在橢圓曲線上。第三、第四節段上分別有5個和2個斜拉索錨箱，即每個塔柱有7個錨箱。

節段的橫截面尺寸為4×3-4×1.8米，斷面上除四周帶有加勁肋的壁板外，在第四和第三節段塔箱內還設有兩道腹板，即第一和第二節段為單箱單室結構，第三和第四節段為單箱三室結構。壁板的厚度分兩種，面向黑河的壁板25mm，第三第四節段面向橋岸壁板為25mm，其余壁板厚度都為16mm，壁板和腹板上加勁肋的規格統一為12×180mm。

節段上設置橫隔板或橫肋板，間距1.5米。橫隔板和橫肋板厚12mm，其加勁肋厚10mm。

鋼索塔的材料采用Q345qC（GB/T714-2000）,總重量近410噸。鋼索塔是整個橋梁的關鍵部件結構復雜，質量要求高，是整橋制造的關鍵。鋼索塔詳圖如圖2。

圖2

3 鋼索塔制造的難點

按照鋼索塔的結構特點及其制作的尺寸要求，在制作過程中需控制以下幾個關鍵點。

3.1 幾何尺寸精度的控制

由于構件相互連接處尺寸公差要求高，特別是分段之間尺寸公差的控制尤其困難。而且各分段板厚較大，構件尺寸長、大，焊接質量要求高，焊接變形大，構件精度不易控制。采取如下控制措施：

3.1.1 認真分析分段構件的變形規律，通過焊接變形試驗確定焊接變形量的大小，以確定采取反變形措施；

3.1.2 采取理論計算與模擬試驗相結合的方法確定各焊縫預留的焊接收縮量，并在生產過程中跟蹤測量，及時修正，板單元預留焊接收縮補償量如表1。

表1

3.1.3 對零件下料、坡口加工、分段構件整體組裝等生產過程嚴格把關，并采取合理的焊接方法、優化焊接順序并在專用平臺上焊接等措施，控制焊接變形。

3.2 焊接質量控制

鋼索塔的壁板接料焊縫、整體組裝四角焊縫等處極易產生裂紋，對其焊接質量的控制是焊接工藝的關鍵。采取以下措施：

3.2.1 根據不同接頭形式，分別進行焊接工藝試驗，確定焊接方法、焊接設備、焊接材料、焊接工藝參數、焊接順序、坡口形式等。四條主焊縫必須同向焊接；內部加勁肋焊縫必須對稱焊接；由于箱體截面尺寸較大容易變形，在箱體內部焊接前，加工藝支撐；檢測箱體寬度、高度、對角線差、扭曲、水平立向彎曲等應符合工藝要求；

3.2.2 按照焊接試驗結果編制合理的焊接工藝，設計保證焊接質量和便于控制焊接變形的工藝裝備，確保焊接工藝的有效實現和焊接變形的有效控制；

圖3 典型橫隔板圖及工藝流程圖

3.2.3 編制關鍵焊縫的質量控制計劃。從原材料的復驗、下料、拼裝、焊接、探傷等生產過程嚴格把關。

4 典型零件的制造流程

4.1 橫隔板的制造

橫隔板是鋼索塔的關鍵零部件，是保證鋼索塔截面尺寸的重要部件，采用精密切割下料，保證長度、寬度、對角線尺寸差滿足工藝要求。其工藝流程如圖3。

4.2 壁板的制造

壁板是鋼索塔箱型結構的外圍板，是整個鋼索塔的重要部件，其尺寸及拼接焊縫質量的好壞關系著整個鋼索塔的質量。其典型結構及工藝流程如下圖4。

圖4 典型壁板圖及工藝流程圖

5 鋼索塔節段的制造

鋼索塔整個由8節段組成，左右兩側每兩節對稱，總共8節段發現場組對。

5.1 T1,T2節段在拼好的平臺上進行組裝，組裝時以壁板作基準組對橫隔板、橫肋板、縱向加勁肋、前后側板、另一壁板使其成整體，并在端口加井字形工藝支撐，測量外形尺寸及對角線尺寸應符合工藝要求。組對過程見照片。

5.2 T3,T4節段在拼好的組裝胎具上進行組裝，組裝時以側板作基準組對橫隔板、縱向加勁肋、前后壁板、橫肋板、兩個中腹板、橫肋板、錨固箱、另一側板使其成整體，并在端口加井字形工藝支撐，測量外形尺寸及對角線尺寸應符合工藝要求。組對過程見照片。

6 整體試拼裝

為了確保鋼索塔現場的安裝質量，檢查各節段的尺寸狀況，結合廠內場地情況，我們對整個鋼索塔分兩部分進行了試拼裝。如圖5所示。

圖5

第一步，試拼時按圖五左側先拼T1-T2-T3-T4-T4五塊，墊支平整后測量各種尺寸，應符合圖紙及工藝文件的規定。第二步按圖五右側拼T4-T4-T3-T2-T1五塊，同樣墊支平整后測量各種尺寸，應符合圖紙及工藝文件的規定。需要注意的是T4-T4兩塊必須參與試拼兩次。只有這樣才能保證整體配合尺寸。

7 現場架設及吊裝

7.1 現場支架搭設

鋼索塔第一節重量52.4077噸，第二節重45.49噸，第三節重66.784噸，第四節重39.14噸，鋼索塔安裝采用汽車起重機起吊，采用鋼管支架對鋼索塔進行臨時支撐（臨時支撐支架設計如圖），立撐采用∮273×8，橫連桿采用槽鋼22a。立撐頂平放橫梁，橫梁采用雙拼槽鋼24，每側寬出鋼管50cm，在鋼索塔底端連接梯形箱體楔塊，采用 M16螺栓連接，楔塊下加工高34cm鋼板箱，以便鋼索塔臨時微調。立柱底端基礎采用擴大C25混凝土基礎，混凝土底鋪設30cm厚三七灰土墊層，四邊各寬出基礎20cm，鋼索塔立柱設計高度37.8564米，最低10.0804米，根據每節重心布設鋼管支架位置。第一節不設鋼管支架，塔架在高16米與28.5米處順橋向。橫橋向設置鋼絲風纜繩，以抵抗橫向風力。根據鋼管立柱平面坐標，采用全站儀對鋼管支架精確放線，并控制設計高度。鋼索塔支架加工誤差控制在3mm以內。如圖6及照片所示。

圖6

圖7

7.2 吊裝工藝方法

施工現場運輸道路占車位置暢通無障礙，地面平整。支車位置地耐力不小于8t/m2。塔柱第一節段、第二節段采用160噸汽車吊單機主吊、35噸汽車吊尾部調整吊裝就位；塔柱第三、第四節段采用160噸汽車吊和200噸汽車吊雙機抬吊就位。如圖為第三、第四節段吊裝吊車站位示意圖。

7.3 現場焊接

現場焊接全部采用CO2氣體保護焊進行，內側焊完后，外側碳弧氣刨清根后再焊，焊接工藝規范參數按照工藝規定進行。現場最后一道焊縫焊前應檢查錯邊量，滿足要求后方可焊接。因為橋梁所在地溫差大，兩個鋼索塔柱日照方向不同，變形不一致，現場觀測T4-T4之間最大錯邊量達60mm，因此這道焊縫只有等兩邊日照一致時，錯變量滿足要求后，突擊焊接，這一點是必須注意的。

8 結束語

鋼索塔通過按照以上工藝制造和安裝，取得了滿意效果。為類似橋梁鋼索塔制造積累了經驗。該項目獲得國家建筑質量“魯班獎”。

［1］焊接手冊[M].機械工業出版社.

［2］GB50017-2003鋼結構設計規范[S].

［3］GB50205-2001鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

［4］鋼結構[J].2010（4）.