陽平渭河大橋塔頂橫梁整體提升安裝關鍵技術★

王亞美，徐 宏，鄒 超

(1.中鐵一局集團有限公司，陜西 西安 710054； 2.中鐵一局第四工程有限公司，陜西 咸陽 712000)

1 概述

寶雞陽平渭河大橋位于虢潘大橋以東5 km，橋梁起點接西寶南線路基工程，上跨南河堤路、渭河、北河堤路及連霍高速，終接陽平物流大道。大橋主橋為雙塔雙索面鋼結構斜拉橋，橋跨布置為(102+208+102)m。主塔為門式結構，高96.5 m，由下塔墩和上塔柱組成，其中下塔墩高21.5 m，為鋼筋混凝土結構；上塔柱高75.0 m，為格構式鋼結構。單塔柱由4個鋼箱柱組成，鋼柱間采用橫、斜撐連接，縱橫向相鄰鋼柱中心距分別為6.5 m和5.8 m，鋼柱橫截面尺寸為1.8 m×2.0 m。塔頂橫梁為拱形鋼桁架結構，兩片桁架中心距與塔柱對應，端部與塔柱焊接。橫梁跨中高11.25 m，端部高25.65 m，節間長度4.25 m，節間高度4.3 m。桁架平聯采用0.7 m×0.7 m×16 mm矩形截面桿件連接。主塔三維模型見圖1，主塔橫梁三維模型見圖2。

本工程塔頂拱形橫梁距地面高度96.0 m，橋位處高空中常年風力較大，多為5級～6級，有時可達到10級～11級，如果采用支架法施工，支架搭設難度大，需要投入大量人工、材料，且長時間高空拼裝焊接，施工安全風險高，施工質量難以保證。為減少拱形鋼桁架橫梁空中安裝時間及焊接次數，采用整體提升安裝施工。塔頂橫梁總的提升質量303 t(含提升輔助設施)，外形尺寸29 m×25.65 m×7.5 m，為大體積半圓拱形鋼桁架結構，該結構新穎，在同類型橋塔橫梁整體提升工程中較為少見。拱形鋼橫梁由兩片半圓拱形鋼桁架組成，四個拱腳段在提升中會與鋼塔柱摩擦，若采用后期安裝，拱片線形難以保證。兩片鋼桁架同時整體提升，合理的吊點位置選擇、各吊點提升過程中同步控制難度大。塔頂橫梁整體提升至設計高度后，需整體向河道外小角度傾斜，以滿足塔頂向主跨外側預偏80 mm的設計要求，其位置的準確調整難度大。

2 總體施工方案

橫梁采用橋面設置胎架進行低位拼裝，利用塔柱頂加設牛腿作為支撐體系的整體提升方案(見圖3)。為減少橫梁與塔柱之間的摩擦，按高度方向將橫梁分為兩部分，上部結構左右側各設置嵌補段，在梁面設置胎架進行原位拼裝，下部拱腳段在主塔北側設置胎架進行預拼。待上部結構拼裝完成后利用提升千斤頂將上部結構提升至距梁面4.5 m高處，拆除支架，將下部拱腳段平移至上部結構對應位置正下方，利用手拉葫蘆將下部拱腳段提升至與上部結構連接處，用銷子連接。提升至設計高度進行精準對位后，采用精軋螺紋鋼將橫梁與上牛腿固定，之后利用手拉葫蘆將下部結構提拉與塔壁緊貼，進行焊接。在下部焊接完成后，拆除提升設備，由下至上依次焊接上部結構嵌補段。

3 關鍵施工技術

3.1 橫梁分塊及胎架上拼裝

根據設計圖紙統計，單個主塔鋼橫梁由21種桿件組成，共重286.4 t，為保證橫梁順利精確的提升至設計位置，需在橫梁兩側設置嵌補段，嵌補段的位置以及大小見圖4，橫梁提升點示意圖見圖5。

塔頂橫梁組拼時，為了減小高空作業和豎向交叉作業的施工風險、提高拼裝精度，根據鋼桁架的結構形式，結合塔吊的吊裝能力，將橫梁散件在地面胎架預拼為較大的單元塊，然后，在梁面橫梁下部原位設置總拼胎架，胎架上進行單元塊整體組裝。單個塔頂橫梁每片桁架具體分塊位置見圖6。圖6中桿件不包括嵌補段[1]。

名稱橫梁分塊示意圖數量/件單件重量/t橫梁上部結構212.510 6226.874 2228.229 2228.787 2橫梁下部結構48.741 6

3.2 吊點選擇

本工程塔頂橫梁為鋼桁架結構形式，兩桁架片之間間距較大(7.2 m)，采用兩點起吊時，其平面外穩定性控制較為困難，同時考慮到兩側鋼塔柱頂提升支撐點的平面布置，本次提升采用四吊點的提升方式。吊點的布置原則：保證結構良好的受力性能和結構完整性(吊點合力重心與結構物重心重合)；便于提升前后的結構施工。根據上述吊點的布置原則，通過BIM建模，尋找重心平衡位置，最終確定位置見圖5。在橫梁整體組拼完成后，加固吊點位置結構，在靠近同一塔柱的兩吊點之間安裝一根橫向支撐桿，支撐桿采用雙[40b焊接而成，從而形成一整體框架結構，提升時四臺提升千斤頂分別布置于兩片鋼桁架四個吊點，由于空間形成框架，不會出現平面外失穩的情況。

3.3 提升牛腿設計

塔頂橫梁的提升牛腿分為固定于鋼塔柱頂部的上牛腿和固定于被提升橫梁的下牛腿，牛腿結構形式的確定綜合考慮了支撐塔柱的截面形式、被提升物的結構形式、荷載大小、現場施工操作空間等問題，同時參考了類似提升工程的施工經驗。因提升施工中牛腿為關鍵的受力構件，承擔荷載大，且荷載作用位置較集中，要求其具有較高的強度、剛度和穩定性。本工程中牛腿結構材質為Q420低合金高強度結構鋼，其具有強度高、抗疲勞性能好、高韌性、良好的焊接性能。上牛腿由2 Ⅰ 70組成，兩工字鋼內側焊接通長12 mm厚加勁板，牛腿長3 963 mm,寬940 mm，截面高700 mm。上牛腿頂部焊接提升千斤頂安裝及施工防護架。具體結構形式見圖7。提升上牛腿安裝于主塔格構柱靠橫梁側塔柱頂部，為了保證上牛腿的側向穩定性，防止提升過程中產生較大側向位移，將大、小里層側上牛腿采用雙拼Ⅰ40b連接成整體。Ⅰ40b與牛腿采用雙面角焊縫連接，焊腳尺寸不小于10 mm。下牛腿為三角形結構，采用加勁板焊接而成，具體結構形式見圖8。三角形加勁板長直角邊與橫梁吊點位置焊接。

3.4 提升系統設計

塔頂橫梁提升設備采用LSD型鋼絞線式液壓提升設備。LSD型鋼絞線式液壓提升設備包含提升千斤頂、動力系統及控制系統三大部分。每套連續提升系統安全提升能力300 t(安全系數3.9)，平均提升速度大于20 m/h,退索速度2 m/h?？刂葡到y配置鋼絞線應力、應變傳感器及電子開關，隨時了解鋼絞線應力及變形。液壓千斤頂及泵站的液壓回路上設置了液控單向閥和平衡閥，在遇到突然停電等突發事件即可對油路進行閉鎖，使提升重物安全懸掛在所處位置。每個起吊點采用15φ15.2 mm，抗拉強度為1 860 N/mm2高強度低松弛預應力鋼絞線提升。根據GB 51162—2016重型結構和設備整體提升技術規范中的相關規定，鋼絞線的安全系數宜不小于2倍。鋼絞線的承載力 (15根×26 t/根)/(303 t/4)=5.149>2，滿足要求。提升系統布置圖如圖9所示。

3.5 提升過程中鋼橫梁縱向限位

橫梁提升過程中，在縱橋向風荷載作用下，會產生縱向水平位移，提升高度越高，水平位移越大，到一定程度會給提升系統帶來安全風險。若采用常規風纜形式來控制，由于橫梁動態提升，風纜與垂直方向夾角會不斷加大，給提升帶來逐漸加大的阻力，不利于橫梁順利提升。在綜合考慮施工的便捷性、構造的簡易性、塔吊附墻的位置、提升施工的最小空間要求等因素，結合被提升橫梁的空間位置，決定在橫梁同側兩吊點下牛腿之間的連接雙拼Ⅰ40b腹板上，靠近左右兩塔柱壁位置，焊接兩根雙[30a，作為縱向位移限位擋塊，上貼30 mm厚橡膠墊，具體結構見圖10。

3.6 橫梁下部結構安裝

第一次正式提升4.5 m高度后，千斤頂上、下錨具鎖定，進入懸停階段。采用塔吊與倒鏈配合的方式，將橫梁下部結構移動至懸停位置的橫梁上部結構正下方，并采用銷軸連接牢固。橫梁下部結構共分四塊等大小的單元，安裝時需對稱安裝，保證橫梁處于平衡狀態[2]。

3.7 整體提升就位

塔頂橫梁提升就位后，采用精軋螺紋鋼將橫梁與上牛腿固定，利用倒鏈將橫梁下部結構安裝至設計位置，采用水平千斤頂配合提升千斤頂，對塔頂橫梁的位置進行精確調整，滿足要求后，將橫梁下部結構和鋼塔柱側壁采用馬板臨時固定，并及時進行焊接。下部結構焊接完成并檢測合格后，拆除提升設備，自下向上安裝橫梁剩余嵌補段[3]。

4 結語

陽平渭河大橋主橋拱形塔頂 鋼桁架橫梁采用地面胎架總拼，整體提升了安裝，減少了高空桿件拼裝焊接作業，保證了橫梁拱形線形及焊接質量，加快了主塔的施工進度，為全橋的順利通車奠定了良好基礎。該橋拱形鋼桁架橫梁的整體提升了安裝技術，操作簡單，施工方便，為類似工程施工提供有益的借鑒[4]。