斜拉桥索塔钢桁横梁整体提升安装施工技术

斜拉桥索塔钢桁横梁整体提升安装施工技术

摘要：目前国内外桥梁索塔上横梁多为砼结构，采用钢桁架结构作为桥梁索塔上横梁具有很明显的优势，同时对施工工艺也提出了相应的考验。就高空钢桁架施工来说，目前采用的施工方法有散拼施工和整体吊装施工两大类。散拼施工具有一定的普遍性，但在施工工期、经济效益以及安全防护方面与整体吊装相比较时优势不明显。桥梁施工中大型钢桁构件高空整体吊装作业在今后的施工技术中将得到进一步的发展。

关键词：高空整体吊装；同步液压千斤顶；斜拉桥；钢桁横梁； 一、工程概述

佛山市西樵大桥扩建工程是佛山市南九公路复线工程中的一段，东起佛山市禅城区南庄镇龙津路东侧，终于佛山市南海区西樵镇山根村。该工程主桥跨顺德水道且靠近旧西樵大桥，为单塔双索面斜拉桥，其中上横梁为钢桁架结构。主塔上横梁长39.6m、高 5.8m、宽5.3m，总重168.4t，通过钢箱形成平、纵联结的空间钢桁架结构。主塔位于顺德水道主航道处，该处航运繁忙，过往大型船只较多，高空作业存在一定的风险性。

二、施工工艺的选择及技术重难点

该工程主桥索塔上横梁为钢桁架结构，高空作业难度大、风险高，且该桥梁处于台风频发的位置，施工时对裸塔自身的结构安全要求高，选取合适、安全的安装方案为该结构施工的技术重难点。在考虑分块散拼以及整体吊装两个施工工艺时都必须注重天气、工期压力的影响，同时保证施工作业人员、构件安全。

根据当地的气候条件、经济成本以及施工进度等情况综合考虑分析，主桥索塔上横梁钢构件采用整体吊装施工的施工工艺。吊装部分钢桁架共重135吨，采用水运的方式通过浮吊整体吊装放置到0#块上，然后在0#块上采用顶推滑移的施工工艺将制作好的钢桁架顶推到预定位置，然后利用提升支架结合连续千斤顶顶升安装。

本项目面临许多技术难题。主要技术攻关工作如下：

1）提升系统的设计、选型；

2）钢桁架安装精度的控制措施；

3）钢桁架整体提升过程中的同步控制和姿态控制；

4）吊装过程中吊装支架对索塔的应力监测及变形控制。

三、主要施工方法

主塔上横梁共分为三段进行拼装，其中两端5.1m为预埋部分，中间29.4m为整体吊装部分。预埋段随主塔同时施工，吊装段在塔冠施工前进行整体吊装。

预埋段预埋入塔柱内2.8m，通过横向M30高强螺栓张拉使塔柱与上横梁进行固结。预埋部分共重33.5t，中间吊装部分重134.9t。上横梁主要由上、下弦杆、腹杆、端板及整体节点板焊接而成。上、下弦杆为箱形断面，截面尺寸为0.84m*0.8m，壁厚为16mm，腹杆为焊接H型钢，截面尺寸为0.5m*0.8m，壁厚为16mm，桁架采用整体节点板。桁架上下弦杆延伸至主塔砼内，通过焊钉、预应力和钢筋连成整体，共同受力。上横梁中间吊装段在厂内加工成整体，通过驳船运输至施工现场整体吊装。

起吊设备主要由支架系统及提升系统组成。支架系统一端固定在标高为+.6m位置的塔顶处，另一端固定在临时横撑上部预埋钢板位置处。提升系统主要由4台100t连续提升千斤顶、钢绞线组成。吊装前对两塔柱横梁之间的距离和三维坐标角度精确测量，根据测量结果对吊装段进行配切。

3.1整体钢桁架就位

整体钢桁架采用水运的方式进入施工区域，然后采用浮吊将钢桁架吊装至钢箱梁上，然后通过整体滑移的方式将钢桁架移动至设计投影位置以便吊装。

在钢箱梁厂内，A、B梁段上布置上横梁滑移轨道，采用双拼Ⅰ30a型钢作为承重梁，每个整体节点板底部设置一道，共布设5道。在型钢顶部利用10mm钢板制作宽26cm，高26cm溜槽，在溜槽内布设四氟滑板，在上横梁底部顺桥向焊接两道双拼Ⅰ20a作为滑块。滑块底部焊接一块［25a，并将四氟滑块与［25a通过铆钉锚固成整体。

上横梁中间节段通过浮吊吊至滑道位置后，在滑轨上焊接吊耳作为手拉葫芦的反力点，通过5个10t手拉葫芦将吊装段滑移至A梁段设计上横梁位置处。吊装前测量部门通过安装限位装置对中间段平面位置进行准确定位。手拉葫芦每个行程完成后，通过移动受力点方式继续进行滑移，直到滑至设计位置为止。

图1轨道布设及滑移示意图

3.2 提升系统、支架系统安装

主塔施工至标高为+81.5m位置处预埋临时横撑及吊装施工平台牛腿预埋件，待爬模爬升后安装临时横撑。主塔施工至+.6m位置处安装上横梁吊装平台及提升系统，在上横梁吊装前2天将主塔三道临时风撑拆除，为上横梁中间段

吊装提供空间位置。待条件允许的情况下进行上横梁中间节段吊装工序。

起吊设备由支架系统和提升系统组成。支架系统一端固定在标高为+.6m位置的塔顶处，一端固定在临时横撑上部预埋钢板位置。该三角架底部端头中心点标高为+82.8m，牛腿斜撑采用Φ426mm×6mm螺旋管，与预埋在上塔的厚10mm钢板进行焊接，每侧塔柱共2个三角牛腿。

提升系统由一台泵站、4台100t连续提升千斤顶、钢绞线组成。单个千斤顶配备5根Φ15.2mm钢绞线，5根钢绞线采用不同的旋转方向组合，其中2跟正旋、3根反旋，防止吊装过程中因自重产生旋转。在吊装过程中，钢绞线自行下垂，待伸出一定长度后用砂轮切割机割除。

上横梁中间节段采用ZLT系列自动连续提升系统进行控制，它由一套主控系统，一套泵站系统及所对应的四套千斤顶系统构成，采用行程开关作为自动连续提升系统的动作传感元件，它将千斤顶活塞的信号传递给主控台和泵站，泵站通过电磁阀去控制相应千斤顶的动作，该过程形成一个闭环控制系统。ZLTB2X14-31.5泵站是ZLT系列自动连续提升系统的配套泵站，与相应的千斤顶系统和主控系统共同完成对上横梁的自动连续提升业。一套ZLT1000自动连续提升千斤顶系统，由两台穿心式1000KN千斤顶，两台卸锚锚固千斤顶、中间套组成。

图2支架系统侧立面结构图

图3提升支架系统a图4 提升支架系统b

3.3.保险装置及稳固系统安装

3.3.1保险装置

为了确保上横梁在整体吊装过程中的安全性，液压千斤顶自带制动锁死装置。在吊装过程中，如果泵站失效，液压千斤顶将启动制动锁死装置，使钢绞线不会滑脱，保证上横梁不会下坠。

图5 自动连续提升千斤顶自动锁死装置

3.3.2稳固系统

为了保证上横梁在整体吊装过程中的稳定性，在上横梁外侧布设四道稳固系统。在底部钢箱梁顶部上焊接两个滚轮，采用12.5mm钢丝绳一端锁在上横梁下弦杆外侧，另一端通过滚轮与手拉葫芦连接。上横梁在整体吊装过程，钢丝绳跟随上横梁同步上升。在上横梁悬在空中时，通过手拉葫芦拉紧钢丝绳锁住上横梁，避免上横梁受风力影响摆动，减少水平力对提升支架的影响。

3.4 上横梁中间节段吊装

上横梁中间节段的吊耳设置在距桥中线10.8m的位置，共4个吊耳，吊耳位置制作加劲板。吊耳布置位置如下图所示：

图6吊耳位置横桥向立面图

图7 上横梁吊耳及吊具

3.4.1吊装前准备工作

（1）上横梁中间节段就位工作。预先在0#块钢箱梁上拼装摆放好上横梁中间节段，不得将上下左右的顺序放置颠倒，对上横梁外观及整体平整度进行调整，保证吊点位置在同一标高。

（2）上横梁中间节段余量切割工作。上横梁吊装前，须对左右塔柱上横梁预埋节段伸出端口之间的间距及相对位置进行精确测量，同时测量时充分考虑风速、温度的影响。以桥中轴线作为测量基准线，实测四根主弦杆端口对应4角点距离，并逐一作好数据记录，将测点数据过渡到节段上划出切割线，然后对上横梁预埋件端板及中间节段两端头余量进行现场切割，适当预留焊缝间隙并考虑焊接收缩变形及自重等因素。先吊装中间节段后吊装嵌补腹杆，吊装精度主要通过现场精确测量及对吊装段两端余量配切来保证。

3.4.2上横梁吊装

1、设备检查及调试

（1）上横梁吊装前对泵站及连续千斤顶机械性能进行检查，确保其在吊装过程中的千斤顶能够保持其有效性及同步性。

（2）对每个吊点位置的5根钢绞线采用25吨千斤顶分别进行张拉，保证钢绞线拉紧且受力均匀。

（3）检查吊具、销轴与上横梁吊点连接情况，保证锚具位置钢绞线连接牢固。

2、中间节段试吊

在上横梁正式吊装的前，先使用4台连续千斤顶进行试吊，试吊时将吊装部分提高离地10cm至15cm，持荷1-2小时，检查机械设备及支架的情况。出现异常情况，立即排查原因；若正常则可进行上横梁的吊装施工。

图8 上横梁试吊

3、吊装过程控制

在起吊过程中，由电脑统一控制四台同步液压连续千斤顶，控制起吊速度在2.5m/h~3m/h，每起吊5个行程即对上横梁上监控点进行测量，及时调整上横梁平面位置，保证钢绞线拉紧且受力均匀，确保横梁在缓慢提升过程中的平稳性。同时对各点距离感应器进行观察，保证数据一致。

4、测量监控

主塔面向西侧塔柱外侧安装反光镜，在吊装过程中，随时监控主塔两塔肢的空间位置情况。同时，在上横梁四个端部布置反光片，上横梁起吊后测量顶部标高值， 在上横梁提升的过程中随时监控四个弦杆的标高及空间位置，待上横梁接近设计位置时，再次测量弦杆的空间位置，根据相关数据对上横梁进行粗调定位。

5、上横梁固定

上横梁整个吊装过程大约需要15个小时，一天时间不能将上横梁吊装到位，为了保证上横梁在整体吊装过程中的稳定性，在上横梁外侧布设四道稳固系统。在B梁段顶部及西侧支架上焊接两个滚轮，采用12.5mm钢丝绳一端锁在上横梁下弦杆外侧，另一端通过滚轮与手拉葫芦连接。通过手拉葫芦拉紧钢丝绳锁住上

横梁，避免上横梁受风力影响摆动。并对液压千斤顶进行锁死，保证上横梁不会下坠。

6、上横梁定位及临时固结

上横梁吊至设计标高后，若节段出现偏差，就需要操作者通过泵站控制实现纠偏工作，对于已经到位的点采用安全阀锁死装置，对需要纠偏的点通过泵站单独控制提升或下落，达到设计位置。同时采用多个手拉葫芦进行精确定位，保证整个上横梁准确安装在设计位置。定位完毕后，立即检查设计标高及平面坐标位置，符合要求后才能焊接临时固结构件。临时固结构件在预装节段进行事先安装，在吊装节段调整好标高及水平位置之后才能焊接固结构件另一部分，最后采用钢棒插销进行临时固定。根据现场情况，先安装好的临时固定结构进行销接，然后进行焊接施工。

图9 上横梁吊装过程

上横梁匹配件主要是在节段位置调整时起到限位、定位作用，匹配件具体焊接位置如下图所示：

图10上横梁定位

四、小结

1、与高空搭设支架散拼的工艺相比较，整体吊装具有非常明显的工效成本优势，能够在今后同类型的吊装施工中借鉴使用。

2、吊装过程中由于天气突变，对钢桁架产生非常大的水平作用力。吊装三角支架对抵抗水平作用力的能力非常薄弱，晃动幅度过大时对索塔影响较大，在突遇风荷载时，必须采用手拉葫芦拉住风缆降低钢桁架晃动的幅度。

3、吊装过程中连续千斤顶作用下的钢绞线必须时刻进行检查，保证钢绞线上的刻痕明显，如发现不明显的情况，必须及时更换夹片保证安全。

4、整个吊装过程中，必须做好对上横梁、吊装支架及索塔整个体系的变形、

位移及受力的监测。及时反馈数据，根据数据的情况制定相应的施工手段，保证吊装时构件安全。

参考文献： 1、《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1—2005） 2、《铁路桥梁钢结构设计规范 》(TB 10002.2-2005) 3、《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）

第一作者简介：喻青儒（1986-），男，助理工程师，2008年7月毕业于湖北工业大学，本科，学士学位，就职于中交第二航务工程局有限公司。