中興大橋V 型主塔豎轉施工技術

吳永敏

（宏潤建設集團股份有限公司，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。上部結構主梁采用混合梁，中跨及部分邊跨467 m 范圍區段采用鋼箱梁，其他區段采用疊合梁；標準段梁高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 型鋼結構塔柱，豎向傾角25°，塔頂設中間橫梁平衡中邊跨索力水平分力。主塔橫橋向寬3.6 m，順橋向寬4 m～5.7 m，橋面以上塔高約37 m。

主塔安裝劃分為4 個區域，分別為索塔錨固區（含塔頭）、塔身標準段區、塔頂橫梁段區，以及塔梁結合段區；主塔在工廠分節段進行制作，通過船舶運輸至現場。

主塔分段采用浮吊吊裝至橋面，在塔腳分縫處安裝轉動鉸，在兩側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塔柱，完成主塔塔柱豎轉。豎轉施工完成后，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。索塔區域劃分如圖2 所示。

圖2 索塔區域劃分示意圖

2 主塔豎轉結構體系設計

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

圖3 主塔豎轉結構體系布置圖

2.1 對拉系統

對拉系統由對拉油缸、對拉鋼絞線和對拉鉸三部分組成。對拉鉸設計在兩側橫梁端口，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需裝配25 mm 厚加強圓環，另外對拉耳板根部箱體內還需裝配補強勁板。一側對拉鉸由六組鉸座組成，施工時一側可以同時連接6 個200 t 對拉油缸，整個對拉系統總共設置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構，上支撐鉸焊接在橫梁下側，下支撐鉸焊接在柱腳上側。支撐鉸主要用36 mm 鋼板進行制作，焊接部位梁體內側需要結構補強。

2.3 轉動鉸

轉動鉸是豎轉設計的關鍵，由上轉動鉸和下轉動鉸兩部分組成。上轉動鉸和下轉動鉸都為雙鉸結構，上轉動鉸焊接在主塔標準段區下端，下轉動鉸焊接在主梁的塔梁結合段上。轉動鉸主要用36 mm 鋼板進行制作，焊接部位梁體內側需要結構補強。轉動鉸結構如圖4 所示。

圖4 轉動鉸結構示意圖

2.4 背拉索結構

該工程背拉索主要為中跨側塔柱二次豎轉提供反力，減少對已完成邊跨側塔柱結構的影響。背拉索結構由兩個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構橋面鋼梁節段，用錨盤固定鋼絞線，用油缸張緊。

2.5 豎轉控制系統

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

通過傳感器、通訊模塊、計算機控制柜的連接，完成現場實時網絡控制系統。計算機同步控制系統如圖5 所示。

3 主塔豎轉整體驗算

圖5 計算機同步控制系統示意圖

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

（2）根據各個工況的計算數據進行計算結果匯總分析。計算結果用于校核豎轉體系的應力、變形，也作為施工過程中的數據指導。

（3）對豎轉體系各個構件連接節點進行局部計算。局部計算包括：對拉鉸應力、變形，上、下轉動鉸應力、變形，轉體銷軸及孔壁計算，以及各構件連接焊縫計算。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 主塔豎轉施工

4.1 施工準備

豎轉前應進行整體檢查，主要包括以下內容：

（1）主塔結構質量、外形均應符合設計要求，塔柱平躺狀態中心線位置偏移值不大于±2 mm。

（2）對拉鉸、轉動鉸等鉸支座結構及銷軸的連接質量應符合豎轉設計要求。

（3）臨時撐桿連接、背拉索連接等應符合豎轉設計要求。

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

（5）控制系統電路電源接線、安裝正確無誤；信號傳輸、數據通訊正確無誤。

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，對豎轉結構體系進行檢查，重點關注轉鉸結構。

4.3 主塔豎轉施工

（1）逐級加載完成并檢查確認后，將塔體轉體脫架，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；檢查塔柱結構、轉鉸結構、錨點及臨時撐桿結構體系等焊縫是否正常，結構的變形是否在允許的范圍內。

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

（3）靠邊跨側主塔立柱豎轉到位后，連接在中跨側主塔橫梁上的6 個對拉油缸開始停止作業，處于靜止狀態；完成邊跨側主塔立柱與塔梁結合段的焊接，然后邊跨側塔柱背索開始張緊。

（4）邊跨側塔柱豎轉完成后，開始豎轉中跨側塔柱。中跨側塔柱豎轉以已安裝到位的邊跨側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，張拉拖起中跨側塔柱。

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

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

（7）在主塔豎轉就位前，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 語

在塔柱采用鋼結構時，宜優先采用低位平面拼裝，再豎向轉體就位施工，可有效減少高空作業量，降低塔柱高處拼裝作業的安全風險，也有利于現場鋼結構施工質量的控制。豎向轉體施工無需搭設大量承重支架、腳手架，從而減少大型吊裝設備使用量，具有經濟性好、施工進度快等優點。

中興大橋V 型主塔于2018 年8 月順利完成豎轉施工，安全無事故，質量符合設計與規范要求。其成功經驗可為其它類似橋梁的施工提供借鑒。