曲线独柱型钢塔精准安装关键技术_周畅.pdf

第 卷 第 期 年 月公 路 交 通 科 技 .收稿日期：作者简介：周畅（），男，江苏扬州人，正高级工程师.（.）：.曲线独柱型钢塔精准安装关键技术周 畅，田雨金，李 亮（.南京市公共工程建设中心，江苏 南京；.中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖）摘要：独柱钢塔斜拉桥结构新颖，相较于多塔肢结构，独柱钢塔截面尺寸大，厂内加工制造和现场安装存在诸多技术难题。上坝夹江大桥建设过程中采用以下工艺工法：（）对超大平面钢塔内端面加工，研发并应用了二次接刀加工的方法，解决了钢塔高加工精度的控制难题。（）研制了一种钢塔群锚杆定位、调整装置，通过对群锚杆的定位支架和工装进行深化设计研究，实现了 以内的群锚杆定位精度。（）为保证塔底 超大平面灌浆施工质量，展开多次比例模型试验，对灌浆材料、搅浆设备、供料方式进行比选，论证施工工艺，形成成套超大平面尺寸灌浆技术，能够保证钢混结合率达到 以上。独柱钢塔上塔柱刚度小、线型控制难度大，施工中研发了独柱型钢塔安装工艺控制成套技术，主要技术要点为：（）建立前后场联动的精度管理体系。厂内通过预拼对构件垂直度、长度和接口的金属接触率、壁板错边量等质量指标进行系统检查；现场通过匹配工装、定位基线恢复厂内制造线型。（）“塔吊垂直工况”下进行钢塔线型测量，通过试验、观测及数据分析的方式排除温度、风力、塔吊附着等对钢塔安装精度的影响。以上技术措施的应用，实现了独柱型钢塔高精度安装，取消原设计上塔柱调节段。关键词：桥梁工程；独柱钢塔；模型试验；施工技术；钢混结合段中图分类号：.文献标识码：文章编号：（），（.，；.，.，.，.，）：.，.：（），.（），.（），.，.公路交通科技第 卷：（）.，.（）“”，.，.：；引言我国已建的大跨度缆索类桥梁索塔多采用混凝土结构，钢索塔的应用相对较少。近年来随着钢铁冶炼技术以及装备制造业的发展，钢索塔在大型桥梁中应用逐渐增多。与混凝土桥塔相比，钢索塔具有抗震性能好、施工机械化程度高以及节能环保的优点，具有广阔应用前景。浦仪公路上坝夹江大桥采用独柱式钢索塔，该结构首次在大跨径斜拉桥上采用。塔底钢混结合段承压板面积达 ，采用 根高强锚杆与承台锚固，为国内目前单体最大面积的钢混结合段。通过对国内类似工程施工调研，之江大桥采用 根高强锚杆、泰州大桥中塔单肢塔柱采用 根高强锚杆进行钢混结合段的锚固，均少于上坝夹江大桥，其群锚杆的精确定位难度更大。对塔底压浆工艺，施津安等开展了之江大桥 段承压板后压浆技术研究。张平等开展了泰州大跨径悬索桥钢塔塔底钢混连接处承压板后压浆施工技术研究。其中之江大桥承压板面积.，呈.斜面，设计要求承压板与压浆面传力接触率大于 ；泰州大桥承压板面积 ，呈 斜面。上坝夹江大桥承压板面积 ，设计要求承压板与压浆面传力接触率大于，且塔底为水平面，排气更加困难，超大平面水平灌浆工艺需专项研究。钢塔常在厂内分节段加工制造，现场采用大型设备吊装。钢塔节段划分应充分考虑运输的便利性与现场安装设备的吊装能力。钢索塔节段间的连接一般有 种形式：（）焊接连接。（）钢塔节段端面金属接触与高强度螺栓共同受力（简称“高强螺栓连接”）。（）钢塔节段端面金属接触与高强度对拉螺杆共同传力（简称“高强对拉螺杆连接”）。目前国内大型钢塔多采用高强螺栓连接，该连接方式具有桥位施工受外部干扰影响小、施工功效高的优点，同时这种连接方式对钢塔接缝金属接触率有较高要求，节段端面需在厂内完成机加工。钢塔的标准接头线型取决于厂内加工制造精度，无法针对性调整。为避免可能出现的垂直度超差现象，以往钢塔设计、施工中常设几道垂直度调整接头。调整接头在设计过程中只考虑高强螺栓传力，接头的拼接板和高强螺栓数量较多，且接头拼接板需根据现场线型监测数据钻孔，在工期和施工成本上均不如标准接头。建立前后场联动的精度管理体系，取消或减少调整接头对钢塔施工有着重要意义。主塔结构.索塔总体布置浦仪公路上坝夹江大桥为主跨 的独柱钢塔钢箱梁斜拉桥。主塔高 ，索塔采用切角矩形断面，单箱多室布置。西索塔底部断面尺寸.（横桥向）.（顺桥向），上部标准断面为.（横桥向）.（顺桥向），横桥侧塔柱竖向外轮廓斜率为.，塔身通过圆弧段过渡到塔顶。.索塔分节与连接塔柱共划分为 个节段，除 外，节段长度余为.不等。节段间接头采用栓接接头。塔柱节段连接传力形式，设计采用高强度螺栓传力与端面金属间接触传力相结合的方法。传递压力情况时，高强度螺栓与端面金属接触壁板和腹板均按 考虑，而加劲肋则按 计；当出现拉力情况则全部按高强度螺栓传递考虑。考虑到索塔安装中误差的调整，设计在，设置了调整接头，即高强度螺栓传递 内力。索塔结构如图 所示。第 期周 畅，等：曲线独柱型钢塔精准安装关键技术图 西索塔总体布置图（单位：）.（：）.塔柱与承台的连接塔柱根部的压应力主要通过塔柱底板传递到承台混凝土中，而拉应力则通过锚固螺杆传递到基础中。在 塔 底 截 面 布 置 根 直 径 为 的 锚杆，并施加预拉力。单个锚杆预拉力大小正常工作状态时为 ，考虑预拉力张拉的损失，施工张拉力为 。塔底锚固结构如图 所示。图 塔柱承台连接构造（单位：）.（：）公路交通科技第 卷 工程主要重难点曲线型独柱形钢塔柱大节段制造和安装在国内尚属首次。塔底断面尺寸.（横桥向）.（顺桥向），为国内最大断面钢塔；钢拉杆数量 根，数量上为国内同类型设计第一。施工中主要有以下重难点：（）钢塔截面尺寸大、重量大，结构复杂，加工精度要求高。（）锚杆定位精度要求高。钢塔首节段在吊装过程中需穿过 根锚杆。钢塔上预留锚杆孔直径仅比预埋锚杆直径大，且 节段的轴线允许偏差仅为。群锚杆预埋直接决定钢塔首节段安装精度。（）塔底灌浆施工组织和质量控制难度大。塔底灌浆面积达 ，灌浆层密实度要求达到 以上。灌浆面积为国内同类型桥梁之最，施工要求高。（）钢塔线型控制难度大。独柱塔刚度偏弱，风荷载、塔吊扶墙力等荷载造成钢塔水平位移，日照、温度等亦对施工监控有较大影响。如何恢复钢塔厂内预拼线型是保证钢塔柱施工关键。主要施工方法及工艺措施.总体施工工艺本着工厂化、装配化的原则，钢塔在厂内大节段加工制造，现场采用大型起重设备吊装。其中 节段采用 浮吊吊装，节段最大重量.；节段采用最大起吊能力 的 塔 吊 吊 装，节 段 最 大 起 吊 质 量 不 超 过。塔吊在钢塔 和 节段上设置扶墙。工艺流程如下：（）下塔柱吊装桩基、承台施工完成。采用 起重船吊装 节段，定位固定后塔底灌浆，张拉锚杆。继续采用 起重船安装，节段。（）中上塔柱吊装安装 塔吊，塔吊顶升至.高。安装，节段。当 节段安装完成后，安装首节扶墙，高度.。随后塔吊顶升至.高。安装 节段钢塔。当 节段安装完成后，安装第 层扶墙，高度.。塔吊顶升至.高。安装 节段钢塔。图 为总体工艺流程图。.钢塔厂内制造.钢塔端面机加工钢塔在厂内分块制造，后组拼成整体。大型钢塔整体端面加工的平面度是厂内加工制造控制重难点。钢塔加工厂内落地式镗铣床高度方向行程为，水平方向行程为，节段端面尺寸较小，与常规钢塔施工类似，在组拼成整体后采用落地式镗铣床全断面加工。节段端面尺寸较大，超过镗铣床 的高度行程，无法一次完成全断面机加工，需采用便携式平面铣床或“二次接刀”的方式完成施工。具体如下：图 钢塔安装施工流程（单位：）.（：）第 期周 畅，等：曲线独柱型钢塔精准安装关键技术 （）节段截面尺寸大（.）、吨位大（.）、高度小（.），若制作成整体后翻身进行机加工，横卧状态下结构稳定性较差。最终选择将总拼前的两个大块体分别机加工（顶端预留 不加工到位），在两箱体底端与承压板立式组装为整体节段后划线，采用便携式平面铣床加工 顶端。（）对于高度大于 的 节段，采用整体翻身、接刀的方法进行加工。钢塔制造成整体后在横卧状态下首先进行端面 部分的机加工。采用 对工件端面轮廓上的测量点及下端口壁板 个找正测量标靶进行空间坐标测量。形成划线定位样纸，进行断面划线。粗加工定位、粗铣加工完后，测量工件相对于机床的位置，并进行精加工。端面首次机加工完成后对钢塔进行 翻身，支撑反力恢复后通过百分表将已加工平面与机床走行平面调至平行，然后进行半精加工、精加工，将两侧平面加工至平齐。.厂内预拼装为检查钢塔加工精度，钢塔制作完成后在厂内进行预拼装，并记录相关数据以指导现场安装。综合考虑钢塔节段结构特点及厂内设备吊装限高，接口采取卧式拼装，接口采取立式拼装。卧式拼装工艺要点如下：利用支撑液压千斤顶将两个预拼节段对应接口调整平行，过程中检测接口匹配情况，后通过水平千斤顶施加水平预紧力，将钢塔柱姿态调整到位，如图 所示。其后对构件垂直度、长度和接口的金属接触率、壁板错边量等质量指标进行系统检查，合格后厂内进行拼接板钻孔（对于调整接头，厂内只进行拼接板一侧钻孔，另一侧待现场钢塔调整后根据实测数据钻孔）。整体检测合格后，在节段四角壁板上划出水平预拼装对位线，作为桥位安装的对位基准线。立式拼装即将钢塔在竖直状态下完成拼装，该工艺能较好模拟现场安装状态，接头位置无需另外施加对紧力，检测项目与卧式拼装基本相同。.钢混结合段施工.钢塔首节段定位钢塔锚杆长.，预埋进基础混凝土内深度 。锚杆的预埋精度直接影响首节段定位。在索塔承台、塔座施工过程中，搭设定位钢支架，并在支架上设置 层水平定位梁，定位梁上设置在厂内精加工的圆弧卡板对锚杆进行限位。在混凝土图 钢塔卧式预拼装原理图.分层浇注过程中，每次浇注前后均分别对锚杆进行定位测量，并及时纠偏。利用 技术提前解决了各构件之间的冲突问题（如图 所示），实测群螺杆最终定位精度优于 。图 锚杆定位支架 模型.节段高程定位通过在塔座顶预设垫板的方式来实现：在钢塔底对应腹板加劲交叉位置布置 块平面尺寸为 的垫板，垫板顶按照钢塔底标高提前设置。钢塔水平定位主要通过在塔座顶面设置定位工装辅助进行：提前在钢塔北侧和东侧设置楔形导向限位，在钢塔下放至限位约束范围后塔底承压板侧面紧贴限位，在限位反方向设置水平千斤顶以实现钢塔下放过程中的平面约束。定位工装如图 所示。.钢混结合段超大平面薄层灌浆施工对塔底厚 、面积 的薄层灌浆施工，施工组织难度大且质量不易保证。在正式施工前展开不同灌浆工艺和不同材料的试验。（）灌浆分区公路交通科技第 卷图 首节段安装定位工装（单位：）.（：）钢塔底部全平面一次完成灌浆的施工组织难度大，施工完成后塔底填充层开裂风险也较大。基于以上原因兼顾灌浆料流动性，将灌浆施工划分为 个区间，区间之间采用 宽橡胶条相隔离。橡胶条定位标高高于承压板底面 ，在首节段下放过程中承压板与橡胶条挤压密贴，实现分区隔离。灌浆区域划分如图 所示。图 灌浆分区平面图（单位：）.（：）根据灌浆施工分区大小，现场采用 比例模型试验（试验面积与单个施工区间相当）。选择水泥基灌浆材料，设计多组灌浆料配合比，对其各项性能检测。材料配比及主要试验参数见表。表 灌浆料性能.材料编号配合比（）截锥流动度 抗压强度 灌浆料水 碎石初始值 泌水率 收缩性备注.无收缩石英砂最大粒径.无收缩石英砂最大粒径.无收缩石英砂最大粒径.无收缩石英砂最大粒径.对比发现，采用较小粒径的石英砂的 灌浆料流动度更好，相较于添加碎石的组分，在 厚薄层灌浆的条件下 灌浆料浆体整体性更好，有着较优的施工性能，且试验压板下方气泡较少，成品无裂缝。通过试验总结得出以下结论：（）含碎石的灌浆材料在试验时碎石主要集中在布料点，最大流淌距离 左右，和浆体存在分离现象。（）相较于压浆机，立轴式搅拌机生产出浆体气泡含量更少，且生产供料能力更强。（）借助于高差势能，高位灌浆较水平灌浆浆体流动性更好。（）在灌浆过程中使用 型振捣棒能有效减少成品气泡数量。最终选择 材料，现场采用 台立轴式行星搅拌机（单次搅拌量 ，设备转速 以上）搅料，高位灌浆，灌浆料通过塑料软管流入承压板底部。在钢塔 节段顶部搭设灌浆施工平台，对钢结构外露部分采用彩条布覆盖，防止飞溅的灌浆料造成表面污染。现场共设置 组加内衬的透明软管，软管在塔内穿过水平环板和内壁板的预留孔洞引至钢塔底面不同区间。单个区间灌浆施工完成后直接切换透明软管转至下个