鋼殼－混凝土組合索塔節段制造技術

周巍巍 饒其文

摘 要：針對南京長江第五大橋縱向鉆石鋼殼-混凝土組合索塔的結構特點，通過合理的制作工藝和工裝，有效保證了索塔鋼殼節段的制造精度。

關鍵詞：鋼殼-混凝土組合索塔節段;節段制造;預拼裝;胎架;制造精度

中圖分類號：TU317.1 文獻標識碼：A

1 工程概況

南京長江第五大橋工程在南京長江第三大橋下游約5公里，南京長江大橋上游約13公里處。跨江主橋是縱向鉆石型索塔中央雙索面三塔組合梁斜拉橋，橋跨布置為80+218+600+600+218+80=1 796 m，大橋布置圖見圖1所示。

三塔均采用鋼殼-混凝土組合索塔，即雙壁鋼殼內填混凝土索塔。每座索塔由下塔柱、中塔柱、上塔柱及下橫梁組成，其中下塔柱為縱向雙肢單箱三室六邊形斷面;中塔柱為縱向雙肢單箱單室四邊形斷面;上塔柱為單肢單箱單室四邊形斷面，上塔柱附含鋼牛腿和鋼錨梁，索塔鋼殼采用Q345C板材和Q235B型材，用鋼量約7 641噸。采用HRB400級鋼筋，鋼筋用量約3 265噸。

索塔鋼殼節段由內外鋼壁板、豎向加勁肋、水平加勁肋、水平角鋼、豎向角鋼、焊釘組成。外側鋼壁板標準厚度為12 mm～20 mm，內側鋼壁板標準厚度為6 mm，水平角鋼、豎向角鋼把內外鋼結構連接成整體;內外壁板與混凝土塔柱結合面焊接φ22×150和φ13×150剪力釘。

鋼錨梁及鋼牛腿位于上塔柱，鋼錨梁支承于鋼牛腿上，鋼牛腿焊接于索塔內壁板，鋼錨梁與鋼牛腿之間設置不銹鋼摩擦副。

2 鋼殼節段制造難度分析

（1）薄壁密肋，壁板單元較薄結構剛性較弱且節段帶有傾斜角度，節段組裝時不便于設置支撐，節段斷面尺寸難以控制。

（2）塔錨匹配，上塔柱鋼殼節段中設有4個鋼錨梁，共計8個鋼牛腿，節段組裝時需確保8個鋼牛腿與鋼錨梁墊板間隙均≤1 mm，精度控制難度大。

（3）附肋豎筋，豎向鋼筋數量多，精確匹配難度大。

3 節段制造工藝

考慮結構本身剛度及水平鋼筋穿入等特點，索塔鋼殼節段制作全部采用正位立式組拼方案，整體制作工藝如下：

（1）在專用平臺上布置基線，內壁板內腔胎架設置角度支撐，以內胎為基準，配合平臺地線立式精確定位周圈內壁板單元，保證壁板傾斜角度（如圖3）。（2）調整內壁板箱口尺寸及傾斜角度合格后，組裝內、外壁板之間的勾筋，定位組裝前外壁板接寬單元，重點箱口尺寸及其與大地傾斜角度（如圖4）。

（3）采用同樣方法，依次定位組裝另外三側外壁板單元，調整斷面尺寸滿足要求后，調整勾筋角度，對正各層水平鋼筋接頭，連接鋼筋套筒，同時施焊內、外壁板立位焊縫（如圖5）。（4）組焊內、外壁板之間的水平及豎向角鋼支撐，完成節段整體制作（如圖6）。

4 節段制造工藝措施

針對索塔鋼殼的總拼難點，采取如下措施，確保加工制造精度滿足要求。

4.1 雙向圍擋胎架設計

胎架設計時，采用地平臺精準地樣配合支撐胎架的形式，確保壁板單元組裝角度，從源頭控制鋼殼節段的制造質量。制作專用立式組裝胎架，胎架基礎需牢固并具有足夠的承載力和剛度，胎架支撐平臺頂面需滿足平面度要求。在胎架底座上布設塔架，塔架設三層可水平調節的剛性撐桿，用于支靠定位內、外壁板單元。撐桿水平調節尺寸以底座上的基準線為準用全站儀進行調節，外壁板塔架周圈相連，頂部設走臺。內、外壁板單元底邊以基線及靠擋定位，上口利用胎架可調節水平支撐，采用吊線錘，并配合全站儀精確測量控制壁板傾斜角度及箱口尺寸。

4.2 索塔鋼殼錨梁配作工藝

（1）精細化的鋼錨梁、鋼牛腿制作：鋼錨梁斷面尺寸較小但長度較長，長細比較大，熔透焊縫密集，焊接變形較大，為消除焊接變形對鋼錨梁墊板平面度的影響，鋼錨梁采用整體機加工工藝，確保加工后墊板平面度≤0.5 mm。為確保鋼牛腿單元定位精度，上塔柱內壁板單元制作時，將板單元先接寬，在胎架上精準劃線、組裝鋼牛腿單元，翻身后定位組裝錨管，從組裝難度、焊接位態等方面，均更有利于鋼牛腿單元組裝精度，且更有利于保證焊接質量。

（2）牛腿壁板單元整體機加工：索塔鋼殼每個節段中設有4個鋼錨梁，共計8個鋼牛腿，節段組裝時需確保8個鋼牛腿與鋼錨梁墊板間隙均≤1 mm，精度要求非常高，為此，利用大型落地鏜銑床對牛腿壁板單元合件整體機加工，確保牛腿單元上承面平面度滿足要求，為節段組裝時鋼錨梁匹配奠定基礎。

（3）塔錨配作總拼：上塔柱節段制作的關鍵，是確保鋼錨梁的定位精度，為此，特采用塔錨配作工藝總拼，將4個鋼錨梁利用胎架優先定位，檢測合格后，依次定位牛腿壁板合件單元及其他壁板單元，塔錨配作，可以使鋼錨梁起到支撐壁板的內壁板的作用，同時有效保證鋼錨梁與牛腿和壁板之間的空間位置關系。

4.3 “1+1”節段立式匹配預拼裝

（1）鋼殼節段制作完成后，按照架梁順序，在預拼裝胎架上每個塔柱進行全橋1+1節段的立式預拼裝。

節段采用“1+1”立式預拼裝，沿鋼殼外壁板匹配件對應位置設置立柱，立柱帶有爬梯，便于施工人員上下及進行檢測、測量等作業，節段間環縫位置處，周圈設置施工平臺，便于測量作業及匹配件安裝等。預拼裝胎架構造示意見圖10。

精確定位后，檢測兩個節段間的接口匹配、節段高度，節段基線間距、節段間線型、縱橫方向偏位等項點合格后，安裝角式匹配件，并以匹配件上的測量柱為基準，測量節段斷面空間位置關系，為橋位架設安裝提供理論數據支持。

（2）附肋豎筋精確定位，采用“豎筋樣板定位法”工藝，即根據豎向鋼筋間距不同，制作不同孔距鋼筋定位樣板，在“1+1”預拼時采用定位樣板卡固在鋼筋端頭螺紋絲扣處，實施對豎向鋼筋的精確定位。

每種不同孔距的豎向鋼筋各制作樣板1套，包含圓孔樣板和半圓孔樣板，其中圓孔樣板為基準樣板，設圓定位孔，半圓孔樣板為活動樣板，設半圓定位孔。使用時先將基準樣板對線于壁板縱基線處，并將該處豎筋定位點固十字短筋（此時基準樣板可以取掉），再用活動樣板以基準樣板兩端定位孔為準，手動卡固定位附近豎筋并點固十字短筋，接著再用活動樣板以已定位豎筋為準同法定位附近豎筋，以此類推，直至所有豎向鋼筋定位。經過實際使用驗證，有效提高了橋位豎筋連接率，從不足30%提高到90%，解決了制約橋位施工進度的難題。

5 結論

南京五橋索塔鋼殼已經完成了橋位的架設安裝工作，經監理、業主等各方檢測驗收，各項驗證指標均滿足制造規則和相關標準的要求。索塔鋼殼節段的制作達到了鋼結構毫米級的制造精度要求，對今后類似結構制造具有指導意義。

參考文獻：

[1]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[2]Q/CR 9211-2015，鐵路鋼橋制造規范[S].