方乃平
(中铁大桥局第七工程有限公司,湖北 武汉 430056)
[摘要]摄乐大桥钢主塔具有截面形状变化大、结构复杂、节段重量大、安装质量要求高、安装高度高、施工工期短的特点,通过合理地选择机械设备,采用先进的吊装施工工艺和技术,安全、优质、按期完成了施工,为类似主塔的施工提拱了借鉴。
[关键词]钢主塔;节段吊装;施工技术
摄乐大桥为太原市第18座跨汾河大桥。桥梁全长约1.555km,河道宽300m。
摄乐大桥结构形式为独塔空间扭索面斜拉桥,4跨连续全漂浮体系,跨径布置30m+ 150m+150m+30m。
主塔横桥向为“Λ”形,无横梁,总高113.8m,其中下塔柱为钢筋混凝土结构,高18.0m;中塔柱和上塔柱为钢结构,分别高61.82m、33.98m,上塔柱外装装饰板,钢结构塔柱由内部厚板受力结构和外包薄板受力结构两部分组成。塔柱特征断面如图1。的角度(即塔柱倾角):下塔柱为83.078°,中塔柱为79.499°。
图1 塔柱特征断面图
本项目的工程特点:工期紧,需要在严冬到来之前完成全桥施工,全桥只有8个月的工期;主塔安装属高空大吨位吊装作业,安全、质量要求高;主塔横桥向宽度从50.845m向上逐步缩小,一台吊机的吊重覆盖范围较大;施工场地有限,主桥上游侧(北)有一条黄河引水管线,这一区域需要重点防护,不宜承受重载或做地下基础,只有下游侧可作为主要施工区城;主桥需要采用塔梁同步施工,全桥钢梁共分为20个滑移节段,每个滑移节段长18m,分别在东、西侧拼装平台各施工10个滑移节段,向中间滑移安装,与主塔同步施工,主梁安装不占用主体工程的施工周期;城市境观桥梁的外观效果要求高,线形要好。
为了控制总工期,主梁架设和主塔安装同步施工,施工区域采用筑岛+栈桥方式,主梁采用支架拖拉法施工,主塔下塔柱混凝土塔采用翻模方式施工;中塔柱和上塔柱采用将钢塔柱分成节
塔柱特征截面为塔柱脊线垂直的截面,其为1/2椭圆弧与两个相交平面通过半径0.5m的圆弧相连组成的光滑封闭曲面。相交平面间夹角为167.319°,其交线为塔柱的脊线。脊线与水平面段吊装的方式安装,焊接成形;主塔、主梁安装完成后进行挂索施工。
钢塔的吊装经初选有2个方案,履带起重机和塔机,根据现有的资源,分别对SCC10000型履带起重机和D5200-240塔机(见表1)简要比较。
表1 D5200-240塔机参数表
幅度/m 9.0~22.15 22.5 25 28 30.6 33 35 38 40 4倍率/t 80 6倍率/t 120 8倍率/t 160 145.1 134.5 120.8 112.8 12倍率/t 240 235.2 205.4 178.3 158.2 143.3 132.6 118.9 111.0
履带起重机站位只能在主桥下游(南)侧,选择SCC10000型履带起重机HJDB工况组合(超起工况不适用本项目),整机工作重量达到1000t,履带与地面接触区域为:13.2m×14.76m,主机回转半径12.29m。起重时在起重机一侧存在近7.4m的工作盲区,增大了吊重时的吊距,工作区域占用场地较大,安装和拆除时更大,且处于汾河中心,会制约全桥其它方面的施工进度;采用塔机D5200-240布置在桥中线上,主塔东侧,距主塔横桥向中线17m,临时占用主梁1#段中横梁位置,需要另外建塔机基础,钢塔安装完成后就要拆除塔机,再挂索,挂索和装饰板安装需要另外的塔机完成。经过比选分析,采用塔机对施工总进度的影响相对较小,能满足总工期要求,决定采用塔机D5200-240进行吊装施工。
2.1 采用整体节段吊装
节段划分时重点考虑下面几个问题:(1)经济合理性,充分用足塔机的起吊能力,还要符合结构的工艺技术要求;(2)从工期方面考虑,尽量减少吊装数量,减少空中作业量,加快进度;(3)从安全和质量角度考虑,在满足D5200吊重安全的情况下,将运输阶节段在地面台座上组拼成吊装节段,复杂的工作留在地面完成,减少空中焊接及定位、组拼工作量,减少风险;(4)根据节段划分,与监控单位合作,对线形和内力进行监控。
运输节段分界面垂直于外脊背线,距离横隔板≤50cm,分为82个节段,见图2右部分;在工厂加工完成,单个块件净重量为10.395~84.04t,最大宽度4.5m,最大高度为3m。在高度和重量上满足运输要求。
图2 运输节段和吊装节段划分图
吊装节段根据塔机的工作能力划分,将运输节段组合成吊装节段,见图2左部分。T0~T14:除T2为单节吊装外,其余为2节1吊,T0+T1组合段和T3+T4组合段自重104t,加吊具吊重119t,吊距26m,是最大吊距和最大吊重段,悬臂高度6m;其它重要节段划分为:T15~T26:3节1吊,自重97t,吊重112t(T18中+T19+T20),悬臂高度7.7m;T27~T35:水平方向组合,上下游2节+中间节段,自重103t,吊重118t(2T28+T28A),悬臂高度2.9m。
中塔柱采用D5200-240塔机分节段整节吊装,塔机采用40m臂,起升机构8倍率,30.6m吊距内的起重量是160t。钢塔柱吊装完成后,拆除D5200-240塔机,后续工作由安装在北侧的STL420动臂塔机完成。
2.2 首段支承定位
由运输段T0+T1+T2组合段为钢混结合段,先必须支承在定位支架上,定位支架采用型钢制作,支架与下塔柱混凝土顶面预埋件焊接。支架避开钢混结合段竖向钢筋。支架可承受T0+T1+T2重量,通过支架可固定钢塔结合段。支架示意图见图3。
图3 首段支承定位示意图
2.3 安装位吊装技术
上塔柱和中塔柱的脊线与水平面的角度为79.499°。为了节段一致,设计了定长的2长2短吊装用钢丝绳(Φ66钢芯钢丝绳,抗拉强度1770MPa)。在节段上选择合适的吊点,保持节段吊装时的倾角约为79.499°,短绳受力较大,在吊装T0+T1工况时受力最大,达到40.546t,长绳受力19.81t,控制在安全范围内。起吊状态和吊点布置见图4。
2.4 节段定位和锁定技术
钢塔与混凝土塔柱之间,钢塔上、下节段之间在地面组拼或高空对接时,采用4处φ50mm的前段锥形、后段柱形的销轴作为导向定位销,连接板开孔φ52mm。实现地面预拚和空中安装基本一致。倾斜度可在临时锁定螺栓联接板之间加垫片调整。钢塔间临时联接采用6个M39长螺栓锁定,检验合格后焊接成形。定位和锁定结构都布设在钢塔柱节间的内侧,操作简单快捷,不影响外观质量(见图5)。
2.5 中间横撑和塔机附着一体技术
图4 起吊状态和吊点布置图
图5 节段定位和临时锁定结构图
塔机D5200-240在本项目的最大工作高度为121.55m,最大自由站立高度90.2m。在进行主塔下部施工阶段时,同步将塔机安装到最大自由站立高度,并达到可以使用的条件,随时可投入钢塔柱安装。钢塔柱安装过程中,需要安装3道水平横撑,将钢塔的第二道水平横撑与塔机的附着支撑结合为一体(见图6)。水平撑分外边框和中间框两部分,先安装两外框,再安装中间框,用千斤顶调整好塔柱的倾斜度后焊接边框与中间框的嵌补段,最后安装塔机附着框的杆件。这样结构简单,受力合理,减少了钢塔柱的外部联接和内部结构改动,外框可在地面安装后和钢塔柱节段同时吊装就位,加快进度。
2.6 用小塔机替换大塔机技术
主桥施工的后续阶段还有挂索和装饰板安装,挂完索后索会影响D5200-240塔机的拆除。在钢塔安装到一定阶段,在钢台的北侧开始安装一台STL420动臂式塔机(见图7),额定起升力矩454t·m,最大起重量24t。在塔机D5200-240开始拆除时STL420塔机投入工作,用于斜拉索施工以及钢塔装饰板吊装。本塔机主要优点是塔柱附着较少,附着位置较低,较好布置,起重能力满足施工要求。
图6 塔机附着支撑结构图
图7 STL420塔机布置图
工厂制造、现场组拚安装已成为桥梁结构施工的一种趋势,能简化施工现场管理,提高产品质量,改善工作环境,缩短施工周期,在城市桥梁建设中尤为重要。D5200-240大型塔机在施工中占用施工场地少,无附着站立高度达90.2m,较好布置,起吊高度大,工作效率高,在钢塔吊装中起到了非常重要的作用。本桥最后主塔吊装完工时间比计划时间提前了16天,主桥达到通车条件比合同工期提前了12天。
Hoisting construction technology of steel tower in Taiyuan Shele bridge
FANG Nai-ping
[中图分类号]U445.4
[文献标识码]B
[文章编号]1001-554X(2017)05-0110-04
DOI:10.14189/j.cnki.cm1981.2017.05.017
[收稿日期]2017-02-21
[通讯地址]方乃平,湖北省武汉市经济技术开发区春晓路8号
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