目前国内桥梁钢塔的形式主要以平面或单曲面为主,结构相对简单,精度控制过程简洁。杭埠河大桥钢塔采用“人”字形和“Y”形组合形式,造型奇特优美,但对制造和吊装的精度提出了更高的技术要求。

合肥最高桥

分段吊装精密测控——杭埠河大桥异形钢混组合桥塔吊装工艺

钢塔安装工序

杭埠河大桥全长826m,主桥跨径布置为(130+130)m,主桥全长260m,为预应力混凝土独塔斜拉桥;主桥主塔采用钢混组合结构,钢塔部分高度为82m,混凝土部分高度为24m,承台以上桥塔总高度为106m。上塔柱设置一道4.4m钢横梁。塔柱自塔底至塔顶依次为:17.2m混凝土塔柱、6.8m钢混结合段和82m钢塔柱。桥塔总高度106m,为合肥最高桥梁。

主塔采用空间造型桥塔,桥塔造型挺拔隽永,动静结合。塔柱断面采用带倒角的四边形,主塔纵向为“人”字形,两斜腿内边距离为5m,外边距离为12.7m,塔柱纵向由直线段、圆弧段、斜腿段三部分组成,直线段宽度为5.5m,圆弧段及斜腿段外端半径为R=200m,斜腿段内侧为斜直线,斜率为1:9.4;横向为“Y”形,由直线段、圆弧段、斜腿段三部分组成;上部分斜腿水平宽3m,斜率为1:5;圆弧段半径为R=200m,直线段宽4m。由于纵、横向中间段均为半径R=200m的曲线,属于空间曲线,制造难度较大。塔壁板厚分为32、36、40mm;普通横隔板板厚为16mm,T0节段锚固处横隔板板厚40mm,锚索处隔板厚32~36mm。

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T0节段吊装

钢塔吊装工艺流程

钢塔节段划分

根据结构构造特点,设计将塔柱划分为T0~T7共8个节段,其中T 3节段重约为2 3 3. 4 t ,其余节段重量为48~179.4t。考虑工地吊重和水路运输,将T2、T3、T4、T6、T7共7个节段,分为T2-1、T2-2、T3-1、T3-2、T4-1、T4-2、T6-1、T6-2、T7-1、T7-2共14个节段,其中T2-1节段重约为109.5t,其余节段重量为53.3~105.9t。

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T2节段工地吊装

钢塔吊装准备

根据节段安装位置和重量、钢塔附近河道、水深等条件,选用500t浮吊进行本钢结构索塔分段构件的吊装。

根据节段安装位置和重心特点,T0、T1、T5~T7节段设置两个起吊吊耳和两个辅助吊耳,起调平作用;T2~T4节段设置4个起吊吊耳。在起吊吊耳间加临时支撑,控制节段吊装时壁板变形。

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上横梁吊装立面

考虑到塔柱安装过程中的稳定性及位置精度, 在“人”字形和“Y”字形处钢塔斜腿之间设置临时支撑杆,支撑杆采用Φ381×10mm钢管,短接和连接法兰提前在场内整体拼装好,现场根据精确测量长度进行每个节段的临时支撑杆下料,吊装焊接。支撑杆短接与塔壁焊接,临时支撑杆一端法兰与钢管焊接;另一端待节段精调定位后,再将法兰与钢管焊接,通过螺栓与临时支撑杆短接连接。

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上横梁工地吊装

钢塔工地安装

T0节段吊装。钢锚梁焊接成整体后,根据坐标定位钢锚梁。根据坐标进行定位板定位加固,锚固螺杆安装,保证锚固螺杆与底部钢锚梁贴严。塔梁固结段混凝土浇筑时,防止锚固螺杆位移,浇筑过程中每半个小时对锚杆进行位移监测,确保偏移值小于等于2mm。

用全站仪在桥面支架预埋板上画出支架定位线,吊装支架,保证支架上平面在同一水平面。大小里程两侧T0支架均采用4根φ529×8mm的钢管立柱,高度4m,支撑在上部T0节段侧面焊接的牛腿上,立柱上下游两两分别进行横向型钢联系。

用500t浮吊吊装T0节段。选用臂长105m吊臂,夹角65°,船体定位于距钢塔中心线50m处,运输船将T0节段运输至浮吊与塔柱之间,浮吊吊起T0后运输船退出浮吊前进范围,然后整体前移浮吊至吊装工位。待T0在吊装支架上粗定位后,使用全站仪测量并采用千斤顶与马板进行精确定位后与支架焊接。

T1节段吊装。T0A、T0B、T1A、T1B共4个节段吊装工况相同,选用臂长105m吊臂,夹角65°。

1.用浮吊将T1节段吊装,用定位调整装置与T0节段临时连接;

2.用全站仪测量精定位,在壁板上用千斤顶和马板进行节段精定位;

3.采用对称焊接方法焊接环焊缝;

4.焊接完成后,对节段安装的平面位置、高程、线形、焊缝质量及节段变形量进行严格检测,符合设计及规范要求后,进行下一节段吊装。

T 2 – T 4 节段吊装。T 2 – 1 、T 2 – 2 、T 3 – 1 、T3 – 2 、T4-1、T4-2共6个节段吊装工况基本相同,选用臂长105m吊臂,夹角65°。T2-1和T4-2节段为“人”字形和“Y”字形的三角异性节段,重点控制两个节段的平面位置和高程。

1.用浮吊将Tn节段吊装,用定位调整装置与Tn-1节段临时连接;

2.用全站仪测量精定位,在壁板上用千斤顶和马板进行节段精定位;

3.采用对称焊接方法焊接环焊缝;

4.焊接完成后,对节段安装的平面位置、高程、线形、焊缝质量及节段变形量进行严格检测,符合设计及规范要求后,进行下一节段吊装。

T5-T7节段吊装。由于钢塔T5~T7节段安装过程中存在偏心,导致钢塔偏向一侧产生一定位移。当对称节段安装后,并不能完全将偏移量消除,从而产生残余变形。所以钢塔采用Z字形对称安装,以消除残余变形。T5~T7节段为上Y形分叉起始端,吊装工况分为上游侧与下游侧两种,由于考虑浮吊大臂与已安装节段之间的影响,T5~T7节段的两个节段按照先上游侧后下游侧的吊装顺序进行。

1.T5A和T5B选用500T浮吊进行吊装,吊臂长度105m,吊臂夹角65°,T6-1A/B、T6-2A/B、T7-1A/B、T7-2A/B选用500T浮吊进行吊装,吊臂长度120m,吊臂夹角70°;

2.用浮吊先将TnB节段吊装,用定位调整装置与Tn-1B节段临时连接;

3.再将另一边TnA节段吊装,用定位调整装置与Tn-1A节段临时连接;

4.用全站仪测量精定位,在壁板上用千斤顶和马板进行节段精定位;

5.安装临时横撑;

6.采用对称焊接方法焊接环焊缝;

7.焊接完成后,对节段安装的平面位置、高程、线形、焊缝质量及节段变形量进行严格检测,符合设计及规范要求后,进行下一节段吊装。

上横梁吊装及锚杆张拉。上横梁是钢塔最后一个吊装节段,下设钢管支架,以满足上横梁的安装要求。在钢塔节段安装到位并焊接完成后,对T7节段两侧短接头的开档间距基准点进行测量并做好记录。根据测量数据对上横梁进行左右端口余量配切,以保证上横梁安装时与钢塔节段短接头的匹配性。余量配切完成后,选用500T浮吊进行吊装,吊臂长度120m,吊臂夹角70°,当吊臂中心线与钢塔顺桥向中心线成48°时抛锚定位浮吊。在同温状态下进行上横梁节段吊装合龙,采用对称焊接方法焊接环焊缝。

钢塔工地焊接

将节段吊装测量定位后再焊接。工地焊缝的焊接顺序:相邻节段间的环缝对接焊接→相邻节段间纵肋嵌补焊接。

预热是防止冷裂纹的有效措施,预热的主要目的是为了增大热循环的低温参数,使之有利于氢的充分扩散和逸出。板厚大于30mm或环境温度低于5℃时,须采取预热措施。30mm<板厚≤40mm时,预热温度为80~120℃;板厚>40mm或环境温度低于5℃时,预热温度为100~150℃。

当厚板δ≥30mm、环境温度低于5℃时,除按上述要求进行焊前预热、焊接过程中控制层(道)间温度外,在焊后还应让焊缝缓冷,使焊缝中的氢充分扩散和逸出,避免因焊缝冷却速度过快,引起氢致冷裂纹现象的发生。厚板焊缝焊接完后,应立即用石棉布将焊缝覆盖两小时,让焊缝缓慢冷却,保证焊缝的内在质量。

预热时,也可使用石棉布进行保温。前面采用烘枪预热,后面覆盖石棉布保温;厚板焊接时,正面进行预热或焊接,反面采用石棉布保温。根据现场实际情况,灵活运用。

焊缝施焊24小时后,经外观检验合格,再进行无损检验。对于厚度大于30mm的高强度钢板焊接接头,应在施焊48小时后进行无损检验。

钢塔吊装测量方案

由于钢塔柱节段加工制造完成后,几何形态已经确定,在现场钢塔柱拼装过程中不能对其线形进行局部调

整,且钢塔柱各节段间采用焊接连接,因此吊装作业必须控制钢塔柱节段的姿态,整体的垂直度。

钢混结合段(T0段)定位测量

钢混结合段的安装定位精度,对钢塔柱的成塔线形起着决定性的作用。钢混结合段的定位难点主要在其钢结构部分,包括底座定位件钢锚梁、底座板、高强螺杆三大构件。安装工艺流程是,首先将底座定位件钢锚梁和高强螺杆就位后预埋于混凝土中,再定位安装T0段,定位的目标最终反映在T0段的顶面,此T0段顶面也是反映钢塔柱总体控制的目标,必须满足设计要求(±2mm)。

精度估算可知,离塔最近的控制点JM0 1 或J M 0 2 约130m,无法满足上述的测控精度要求。为此,在索塔的T0段上加密了两个强制对中标志的控制点BS和BX,与钢塔柱安装专用控制网组合为钢混结合段安装控制网,采用TCR1201+全站仪精密测边形式,要求控制网平差最弱点点位中误差达到±2mm,两个点的边长相对中误差控制在最小的范围内。

平面定位:在T0节段顶面Y轴线上用高强螺栓固定了两个强制对中点,在加密点上设站,用TCR1201+全站仪极坐标法测量四角的坐标,经精确定位后,其平行度及轴线的平行度(偏差)满足设计要求。

高程定位:在T0段顶面架设水准仪测四个角的高程,通过上下游构件对称点和构件自身对应点的高差确定调整方法,实现高程调整目标。精密水准仪测量中,采取上下游换站来消除仪器前后视距不等的i角影响。

T0段精确定位是一个精度过渡不断修正的过程,且平面和高程调整相互制约,通过定位→调整→测量→定位的循环测控过程,逐步达到技术要求。

T0节段定位后现浇混凝土至设计标高固定钢混结合段。由于钢混结合段与T0段异步施工,受混凝土徐变、收缩及温度等因素的影响,T0段在后续施工中,其空间位置仍会产生一定的变化,如塔柱,通过变形监测得知塔柱向上游、下游偏移值。因此,必对钢塔柱的安装精度产生影响,为此,将T1节段再设为了调整节段。

分段吊装精密测控——杭埠河大桥异形钢混组合桥塔吊装工艺

钢塔柱节段测点分布示意图

T1~T7-2节段的精密测控

T1节段的定位仍以其顶面控制为目标,技术要求和T0段相同。

从T2节段拼装开始,为避开施工干扰和便于实时测量,将由内控转为外控进行施工控制,在塔柱拼装时要在JM01和JM02控制上设站测量。为了检核测控方法转换上的系统误差,T1节段定位完成后,在两个控制点上设站测得4个角的空间坐标进行检测复核。所以,T1节段也是一个测控方法的过渡和控制系统的检验节段。

从T2至T7-2钢节段间主要靠金属接触传力,为保证节段间有90%以上的金属接触率,其间不再设线形调整节段,拼装的线形只能在拼装接缝处作调整。因此,逐节拼装而成的索塔的线形完全取决于施工控制。在T2至T7-2钢节段拼装施工控制中,结构几何空间姿态是通过测定立式匹配时建立的4个角特征点三维坐标中获得。技术要求:特征点三维坐标的测量精度不大于±3mm。

在T2至T7-2架设中,每一钢节段要从初匹配,经调整逐步过渡到精匹配,其间需要反复测四角的三维坐标指导调整,直至达到控制目标后。在架设的每一节段顶面,同样在桥轴线上固定两个强制对中点,通过测量两点间距离来检核轴线的平行度,满足要求后用高强索板固定节段。之后需要通测当前节段和所有已装节段坐标,通过模型计算预测下一节段的空间姿态,并给出加工节段匹配面数据。

为实现杭埠河钢塔架设的顺利,保证钢塔安装精度,在制造时突出了线形控制、构件间配合精度控制,采取了相应的工艺措施,设计制造了相应的工装设施。通过工地吊装方案、焊接工艺评定,不断优化工地吊装方案,工地施工质量得到有效控制,为工地成塔架设的顺利进行奠定了基础。目前杭埠河大桥已顺利通车,全桥线形流畅、气势恢宏,施工质量达到规范及设计要求。本工程吊装技术,可供类似工程参考。

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