異形拱塔斜拉橋塔梁異步協(xié)同拼裝施工關鍵技術

彭波 吳校全

[摘? 要]：南京花山大橋主橋為（100+50+100） m異形拱塔雙索面斜拉橋，拱塔沿橋縱向布置，由左、右兩榀橫向內(nèi)傾靠合而成，縱立面呈向一側(cè)傾斜的心形，整體結(jié)構(gòu)似湖上楊帆啟航的郵輪。針對縱向布置異形拱塔斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點，研究“先梁后塔、塔索同步”的塔梁異步協(xié)同拼裝施工技術，充分利用塔索梁自平衡，輔以適量主梁支架及超高拱塔支架，降低施工安全風險，提高施工安裝精度和效率、節(jié)約施工成本。南京花山大橋主橋的順利施工，驗證了相關施工技術的可行性。

[關鍵詞]：斜拉橋; 拱塔; 塔梁拼裝; 鋼結(jié)構(gòu)安裝; 橋梁施工

U448.27;U445.4A

1 工程概況

南京花山大橋位于南京市高淳區(qū)南部，跨越固城湖，連接湖區(qū)兩側(cè)的磚墻鎮(zhèn)和固城鎮(zhèn)，是高淳區(qū)環(huán)湖線的重要節(jié)點。技術標準為一級公路兼城市主干路功能，橋面寬34.3 m，機動車道為雙向4車道，兩側(cè)設置非機動車道及人行道。該橋主橋為（100+50+100） m的縱置拱塔雙索面斜拉橋（圖1）[1-2]，橋塔為縱向向橋梁一端傾斜的心形拱塔，整體結(jié)構(gòu)似湖上楊帆啟航的郵輪。

橋塔采用鋼結(jié)構(gòu)，自承臺臺座以上塔高82.31 m，由左、右兩榀橫向內(nèi)傾靠合而成，每榀橋塔由上拱塔和下拱圈組成，在塔頂設置1道橫梁（拱塔上橫梁）連接，在主梁下方設置3道橫梁（2道拱塔下橫梁、1道下拱圈橫梁）連接，塔內(nèi)主梁由拱塔下橫梁和下拱圈橫梁支撐，塔外主梁由斜拉索支撐。上拱塔和下拱圈均為八邊形截面鋼箱結(jié)構(gòu)，拱軸線為空間樣條曲線。下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在橋塔根部設置鋼—混結(jié)合段與上拱塔和下拱圈連接。

主梁采用分離式雙箱PK斷面鋼箱梁，寬34.3 m，高2.8 m。單個鋼箱縱梁頂板寬9.9 m，底板寬7.4 m。兩縱梁之間采用橫梁連接，橫梁為倒T形斷面，標準間距3 m。鋼箱梁橋面板采用正交異性鋼橋面板。

斜拉索采用平行鋼絲索，按空間雙索面布置，分為塔外斜拉索、塔內(nèi)斜拉索。每榀拱塔共設24根斜拉索，兩側(cè)各布置8根塔外斜拉索，中間布置8根塔內(nèi)斜拉索。塔外斜拉索連接上拱塔和主梁，采用單端張拉，張拉端設于主梁上，固定端采用錨箱與上拱塔相連。塔內(nèi)斜拉索兩端連接上拱塔，采用索內(nèi)張拉，各根索空間上相互錯開，為避免索體碰撞，在相鄰索之間布置拉索連接器。

2 總體施工方案

對于常規(guī)斜拉橋，塔梁同步懸臂拼裝是經(jīng)常采用的施工方法[3]。但是，對于異形拱塔斜拉橋，由于結(jié)構(gòu)不對稱，塔梁同步懸臂拼裝的施工方法受到制約。根據(jù)縱置傾斜心形拱塔斜拉橋的拱塔與主梁走向一致的特點，采用“先梁后塔、塔索同步”的施工工序，充分利用結(jié)構(gòu)自相平衡，盡量減少臨時支架及其它輔助措施，進行塔梁異步協(xié)同拼裝施工。在臨時支架上逐節(jié)拼裝主梁，通過有限元軟件進行施工全過程模擬并結(jié)合施工監(jiān)測數(shù)據(jù)準確計算主梁安裝線形，利用專項設計的吊具及滑輪組進行精確調(diào)整。采用斜拉倒扣法輔以臨時支架拼裝拱塔，利用主梁、拱塔及斜拉索自相平衡進行塔索同步施工，以臨時支架輔助維持拱塔施工過程的穩(wěn)定，通過施工全過程模擬并結(jié)合施工監(jiān)測數(shù)據(jù)準確計算拱塔安裝線形及斜拉索張拉索力，并利用專門設計的懸吊調(diào)節(jié)體系對拱塔節(jié)段空間坐標進行精確調(diào)整。拱塔合龍后，在無支架約束狀態(tài)下，進行拱塔內(nèi)側(cè)及其它部位斜拉索安裝，隨后對全橋索力及結(jié)構(gòu)線形進行統(tǒng)一調(diào)整，使結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形達到設計目標狀態(tài)。

縱置傾斜心形拱塔斜拉橋塔梁異步協(xié)同拼裝施工流程如圖2所示。

3 塔梁異步協(xié)同拼裝施工關鍵技術

3.1 鋼混結(jié)合段精確定位

鋼-混結(jié)合段是拱塔鋼結(jié)構(gòu)拼裝的起步段，其安裝精度直接影響拱塔整體線形控制。鋼-混結(jié)合段在工廠制造、試拼后，利用三維模型進行模擬定位，并以主橋線路中心線建立相對坐標系，采用全站儀進行精確放樣，確定拱塔定位胎架平面位置。現(xiàn)場采用浮吊進行鋼-混結(jié)合段吊裝作業(yè)，利用懸吊調(diào)節(jié)體系調(diào)整鋼混結(jié)合段空間姿態(tài)，并設置限位板、千斤頂對其空間位置進行精確調(diào)整，最后進行混凝土及預應力工程施工。

3.2 鋼箱主梁拼裝施工

鋼箱梁采用支架法原位拼裝，現(xiàn)場吊裝利用浮吊船實施。在鋼箱主梁接縫位置處設置臨時支架，以鋼管樁作為基礎，頂部設置橫向分配梁，分配梁上部設有限位板及調(diào)節(jié)墊塊，配合千斤頂用于調(diào)節(jié)鋼箱梁三維平面位置。臨時支架支撐點鋼箱梁橫隔板位置處，單榀鋼箱梁共設置4個吊點。作業(yè)時，先進行拱塔區(qū)域內(nèi)鋼箱梁拼裝，為后續(xù)拱塔支架搭設提供作業(yè)平臺。

3.3 超高支架模塊化組拼

在拱塔區(qū)域內(nèi)既有鋼箱梁上設置超高臨時支架，為拱塔拼裝提供豎向支撐，同時為拱塔節(jié)段安裝時的線形精調(diào)提供著力點及作業(yè)平臺。臨時支架坐落于鋼箱梁縱橫隔板節(jié)點位置處，鋼管底部設承壓板，頂部設置有用于拱塔線形調(diào)整的三維調(diào)節(jié)塊。

拱塔超高支架采用模塊化組拼，由鋼管支撐及槽鋼平聯(lián)組成模塊化格構(gòu)件，常規(guī)格構(gòu)件為12 m一個節(jié)段，并根據(jù)拱塔線形設置不同高度的調(diào)節(jié)段。格構(gòu)柱豎向之間鋼管柱采用法蘭連接，以改善豎向?qū)ξ灰鸬腻e邊現(xiàn)象。模塊化構(gòu)件橫向連接處設置“相貫線”，以便于更高效的利用格構(gòu)件的抗彎性能。

模塊化支架組件在后場加工完成后，運輸至現(xiàn)場采用浮吊船進行整體吊裝，在格構(gòu)件安裝過程中應及時校整，垂直度偏差不應大于支墩高度的1/500，且柱頂偏移值不得大于50 mm。下層格構(gòu)柱安裝完成后，應及時連接格構(gòu)柱之間平聯(lián)連接，方可進行上層格構(gòu)柱安裝。

3.4 塔梁異步協(xié)同拼裝施工

拱塔及兩側(cè)主梁拼裝采用“先梁后塔、塔索同步”的塔梁異步協(xié)同施工工藝，施工過程中塔索梁自相平衡輔以臨時支架形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，具體操作要點：

（1）拱塔區(qū)域外鋼箱梁拼裝工藝與上述相同，其鋼箱梁拼裝進度應提前拱塔對應索區(qū)不少于2個節(jié)段，以利用主梁平衡拱塔的傾覆力。

（2）單個拱塔節(jié)段吊裝4個吊點，左右對稱布置，吊耳材質(zhì)選用Q345c。吊耳設置在拱塔節(jié)段節(jié)點板位置處，并在連接板位置處增設加勁板，以滿足整體受力需求。

（3）拱塔鋼節(jié)段采用船舶運輸至橋址處，利用浮吊進行吊裝作業(yè)。為解決拱塔節(jié)段在拼裝高精度匹配難題，從吊裝體系方面，在雙主鉤基礎上設置雙滑輪、四吊點組成的吊裝體系，可實現(xiàn)三維空間就位姿態(tài)調(diào)整;在工裝運用方面，通過限位滑板、螺旋合攏器、匹配件、螺旋千斤頂?shù)裙ぱb實現(xiàn)拱塔節(jié)段高精度匹配;在工藝標準方面，采取“一調(diào)、二滑、三鎖、四平、五合”標準工藝實現(xiàn)鋼拱塔節(jié)段快速定位、匹配。

（4）拱塔節(jié)段焊接依照對稱同步原則，具體順序為：對正后進行點固焊→底板對接焊縫→面板對接焊縫→腹板對接焊縫→橫向?qū)雍缚p焊接、無損檢測合格后焊接肋板嵌補段，以防止焊接過程中產(chǎn)生變形，對拱塔拼裝精度造成影響。

（5）根據(jù)施工過程模擬計算，結(jié)合已施工節(jié)段安裝誤差及線形監(jiān)測數(shù)據(jù)，對拱塔的空間線形進行動態(tài)預測和誤差控制。

3.5 拱塔合龍段安裝施工

拱塔逐段安裝至合龍口時，對全橋拱塔及主梁線形進行復測，核對無誤后對合龍口進行臨時鎖定，并對合龍口的空間幾何形態(tài)進行精確測量。根據(jù)測量結(jié)果，對拱塔合龍段進行配切，配切后的尺寸誤差應滿足安裝精度要求。為盡量減小溫度的影響，合龍段測量、臨時鎖定等工作須在凌晨氣溫相對穩(wěn)定時段進行。

3.6 索力及結(jié)構(gòu)線形調(diào)整

拱塔合龍后，在無支架約束狀態(tài)下進行拱塔內(nèi)部M系列索安裝、隨后進行R系列索安裝，并通過對無應力索長控制進行斜拉索的初張力。根據(jù)無應力狀態(tài)法，以無應力索長控制安裝的斜拉索，理論上成橋后斜拉橋的索力應為設計索力。考慮安裝施工存在誤差，斜拉索索力及拱塔、主梁線形與設計目標值可能存在偏差，在橋面二期恒載施工前應對索力及結(jié)構(gòu)線形進行統(tǒng)一調(diào)整，確保成橋線形及索力滿足設計要求。

4 結(jié)束語

南京花山大橋主橋這一傾斜心形拱塔斜拉橋的順利施工，證明了對于此類異形拱塔斜拉橋采用塔梁異步協(xié)同拼裝施工是科學合理的。“先梁后塔、塔索同步”的塔梁異步協(xié)同拼裝施工技術，充分利用塔索梁的自平衡能力，輔以適量主梁支架及超高拱塔支架，降低了施工安全風險，提高了施工安裝精度和效率，節(jié)約了施工成本。

參考文獻

[1] 劉厚軍，鄭國富，陸勤豐. 南京花山大橋主橋設計[J]. 橋梁建設，2020，50（S2）：82-87.

[2] 中鐵大橋勘測設計院集團有限公司. 高淳區(qū)環(huán)湖線花山大橋及兩側(cè)接線工程施工圖設計[R]. 武漢，2019.

[3] 常大寶. 獨柱型鋼塔分離式鋼箱梁斜拉橋塔梁施工關鍵技術[J]. 橋梁建設，2020，50（S2）：121-126.