門式橋塔上橫梁提升安裝施工關鍵技術

俞沛然

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 工程概況

新建福州洪塘大橋主橋為獨塔雙索面自錨式懸索橋，跨徑組成為50 m+150 m+150 m+50 m，采用半漂浮結構體系。上橫梁為鋼結構，質(zhì)量約240 t，一次性安裝提升高度約42 m，結構尺寸特殊，安裝技術難度高。大橋主塔高71.307 m，采用H形直立柱門式橋塔，主塔基礎及塔柱為鋼筋混凝土結構，上橫梁為單箱矩形全鋼結構，質(zhì)量244.2 t，高5.5 m、長46 m、寬4 m，結構細長比為11.5。

2 施工方案

大橋主塔上橫梁由鋼結構廠家采用甲板貨船運送至洪塘大橋附近水域，用浮吊將上橫梁節(jié)段從側面橫橋向吊裝放于滑軌上進行定位、焊接，成整體后通過滑移系統(tǒng)將其滑移至主塔正下方處，再利用塔頂門架上設置的提升系統(tǒng)將上橫梁提升至標高+72.757 m 的位置，最后與上橫梁預埋段進行焊接成整體。

3 上橫梁提升安裝總體施工工藝

3.1 上橫梁預埋段施工

上橫梁預埋段長1 m，為預應力鋼-混凝土結構，采用C50鋼纖維混凝土（銑削型，45 kg/m3）且分2 次澆筑，第1 次澆筑錨下850 mm 厚混凝土，第2 次澆筑封錨150 mm 厚混凝土。上橫梁內(nèi)布置36 束15 孔φs15.2 mm 高強度低松弛鋼絞線，混凝土要求達到設計強度的100%后采用單端張拉，張拉控制應力1 190.4 MPa。

3.2 塔頂提升門架和支撐體系的設計與施工

3.2.1 塔頂提升門架的設計與施工

在主塔第14 節(jié)施工時，對塔頂門機錨固系統(tǒng)進行預埋。錨固系統(tǒng)為保證其受力合理且明確，采用前支點鉸接支座，后支點精軋螺紋鋼反拉固定。預埋件安裝須精確定位，混凝土澆筑前后應反復測量校對。精軋螺紋鋼預埋應嚴格保證其垂直，防止偏心受剪而影響結構整體安全。后錨施工時須保證支點處平整，采用鋼板墊平，確保與混凝土面完全接觸，后錨錨栓安裝時采用扭矩扳手擰緊到位，確保后錨與混凝土間無縫隙。

3.2.2 承載桁架安裝

承載桁架于后場分塊制作，采用250 型塔吊安裝。承載桁架由HM588×300 mm 型鋼組成，2 個菱形桁架間通過橫梁及斜撐連接。單個菱形桁架于后場加工成整體，質(zhì)量為7.3 t，由塔吊整體吊裝就位，采用坡口熔透焊焊接于預埋鋼板上。

3.2.3 支撐體系的設計與施工

支撐系統(tǒng)用于上橫梁整體提升到位后，臨時放置使用。采用斜牛腿支架，所有桿件為2HM588 mm×300 mm 型鋼，單個支架設置4 個牛腿，牛腿與支架間采用錐形螺母連接。斜牛腿在塔柱施工時埋設。

3.3 上橫梁分塊吊裝及焊接成整體

3.3.1 上橫梁分塊吊裝及拼接

上橫梁整體吊裝段長44 m，因受現(xiàn)場場地條件、通航等級和市政橋梁凈高等因素影響，大型浮吊船無法進場，故將其分為3 段（13 m+18 m+13 m）在鋼結構加工廠內(nèi)加工制作，用船運至現(xiàn)場，利用500 t 內(nèi)河浮吊船整體起吊后安裝拼接。

3.3.2 上橫梁的焊接

3 塊梁段吊裝拼接后開始焊接及相關作業(yè)。焊接順序為梁段間頂板環(huán)縫焊接→底板環(huán)縫的焊接→嵌補段焊接→附屬件安裝定位焊接等。

現(xiàn)場焊縫焊接順序：底板縱向?qū)雍缚p→頂板縱向?qū)雍缚p→頂?shù)赘拱鍣M向?qū)雍缚p→梁段接口部位腹板與頂?shù)装褰呛缚p→底板、腹板縱向加勁肋嵌補段對接焊縫→縱肋與頂板、底板、腹板的角焊縫焊接。

3.4 上橫梁滑移

3.4.1 液壓同步滑移系統(tǒng)組成

滑移施工采用中央集控的計算機液壓控制同步滑移系統(tǒng)，該系統(tǒng)由固定裝置、中央集成泵站、力值和位移傳感檢測器、計算機控制等幾個部分組成。

1）滑移軌道。在已建橋面上鋪設2 條滑移軌道，軌道采用P43 鋼軌，布置于已架設的鋼梁斜腹板頂部，距離橋梁中心線8.85 m，布置范圍為主塔至大樁號方向60 m。軌道與鋼梁頂板通過支墊平整后，焊接固定，軌道壓板按照兩側交叉布置，間距50 cm 沿軌道長度布設。

2）頂推油缸及夾軌器。頂推油缸是滑移系統(tǒng)的動力系統(tǒng)，提供動力來克服滑移構件的滑移摩擦力。根據(jù)滑移摩擦力的大小、單個頂推油缸的頂推力，配置頂推油缸數(shù)量。在每個滑床耳板處布置60 t 滑移液壓爬行器及相應的夾軌器，兩邊各1 套，共計2 套。液壓爬行器為兩階段組合結構，一端以楔形塊與軌道連接，另一端以銷接形式與滑移胎架或構件連接，中間利用動力油缸驅(qū)動爬行。

3）驅(qū)動部件。液壓泵站是滑移系統(tǒng)的動力中樞，其安全性和同步性是整個滑移系統(tǒng)穩(wěn)定工作的關鍵。液壓系統(tǒng)采用比例同步技術，可提高整個滑移系統(tǒng)的同步性。

4）傳感檢測。傳感檢測主要用來獲得液壓油缸的位移信息、力值信息和整個構件的位置信息，并將這些信息實時傳輸給主控系統(tǒng)。

5）控制部件。液壓同步滑移施工技術核心設備采用計算機中央集成控制，通過數(shù)據(jù)收集和控制指令傳遞，可實現(xiàn)同步動作、負載均衡、姿態(tài)矯正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。

3.4.2 滑移作業(yè)控制要點

橫梁滑移施工應嚴格控制，應注意以下4 個方面：（1）滑移前的檢查；（2）預滑移，系統(tǒng)各部位調(diào)試后，中央集成控制系統(tǒng)進入“自動”操作程序，上橫梁開始縱向滑移，滑移預過程中監(jiān)控各點的位置與負載等參數(shù)，觀察系統(tǒng)的同步控制狀況，根據(jù)同步情況對控制參數(shù)進行必要的修整；（3）正式滑移，根據(jù)設計滑移荷載預先設定好泵源壓力值，由此控制爬行器最大輸出推力，控制滑移速度；（4）過程觀測，通過位移傳感器和預先在2 條軌道上所標出的刻度監(jiān)控同步情況，同時觀測爬行器夾緊裝置與軌道夾緊狀況[1]。

3.5 上橫梁整體提升安裝與就位

上橫梁滑移到位后，采用安裝在塔頂門架上的千斤頂整體同步提升。上橫梁整體提升段質(zhì)量212 t，總長度44 m，總高度5.5 m，整體提升高度41.25 m。每個主塔柱頂布置1 個塔頂門機，塔頂門機系統(tǒng)由承載桁架、吊具系統(tǒng)與錨固系統(tǒng)組成。每個塔頂門機上布置2 臺200 t 穿芯式油缸，共4 臺；提升吊耳安裝在上橫梁上翼緣，與提升用的鋼絞線相連[2]。

3.5.1 提升安裝設備工作原理

中央集控計算機液壓同步提升系統(tǒng)由提升油缸集群、液壓泵站、傳感檢測及計算機控制等部分組成。

1）承重部件。鋼絞線及提升油缸是主要的承重系統(tǒng)，用來承受構件質(zhì)量。鋼絞線采用正旋與反旋各1 根的鋼絞線系統(tǒng)，單根直徑15.24 mm，抗拉強度1 860 N/mm2，破斷拉力260.7 kN，伸長率在1%時的最小載荷221.5 k N。提升油缸采用穿芯式，每臺提升油缸出廠前應進行試驗，保證滿足使用要求。

2）驅(qū)動部件。液壓泵站是提升系統(tǒng)的動力驅(qū)動部分。液壓系統(tǒng)采用比例同步技術，可提高整個系統(tǒng)同步調(diào)節(jié)性能。

3）控制部件。液壓同步滑移技術核心設備采用計算機控制，可實現(xiàn)同步動作和故障報警等多種功能。

3.5.2 提升準備與試提升

提升前對液壓泵站、提升油缸和計算機控制系統(tǒng)做專項試運行和檢查，檢查所有支架結構。在正式提升之前需進行分級加載試提升。

試提升前解除橫梁與支架之間的連接，按20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%比例進行分級加載直至結構全部離地。每次加載須嚴格按照程序進行：（1）操作。按要求分級加載，使油缸受力均勻且均達到設計值。（2）觀察。各個觀察點應及時反映結構和構件情況。（3）測量。各個測量點認真做好量測工作，及時反映量測情況。（4）校核。將數(shù)據(jù)及時反饋給現(xiàn)場施工控制組，比較實測與理論數(shù)據(jù)的差異。（5）分析。若有數(shù)據(jù)偏差，應認真分析，及時調(diào)整。（6）決策。工作狀態(tài)滿足控制要求，即可進行下一步操作。

試提升加載的每一個階段應檢查支架結構與提升結構。具體檢查結構的焊縫情況、提升平臺和地錨支架等是否可靠連接、結構的變形是否在允許的范圍內(nèi)。同時檢查提升設備的傳感器工作是否正常，檢查提升油缸、液壓泵站和中央集控計算機工作是否正常。

當中央集控計算機進入“自動”操作程序，開始進行橫梁整體提升。在提升過程中監(jiān)控各點的位置與力值等參數(shù)，觀察橫梁兩端的高差。根據(jù)同步情況，適時調(diào)整高差。提升高度≥30 cm 后在空中停滯一定時間，懸停期間加強觀測整個提升系統(tǒng)的狀態(tài)。試提升檢查無任何異常情況后，進入正式鋼橫梁提升。

3.5.3 上橫梁就位與焊接

提升到位后利用塔吊安裝支撐體系的橫梁，上橫梁落至支架上，利用4 臺200 t 的三向千斤頂進行精確定位，與預埋段焊接成整體[3]。

3.5.4 卸載與臨時結構拆除

完成上橫梁安裝和焊接后，即可拆除塔頂提升門架和支撐體系。拆除時嚴格按照拆除順序進行，拆除的主要起重設備為塔吊。設備拆除步驟：拆除控制系統(tǒng)→拆除并吊放液壓系統(tǒng)→拆除提升地錨→拆除并下放提升油缸→逐根拆除鋼絞線。

4 結語

城市道路拓寬改造已成為城市經(jīng)濟發(fā)展的一種新趨勢，特別是城市橋梁改造，受各方面條件制約，施工難度較常規(guī)橋梁更大。對城市橋梁大構件高空吊裝難題，提出節(jié)段分塊方法，滿足運輸及內(nèi)河浮吊吊裝要求。通過縱移和垂直提升系統(tǒng)，可滿足大構件高空安裝需求，整體質(zhì)量得到可靠保障。