泰州大桥中塔安装施工关键技术

刘建波，张永涛，游新鹏，杨炎华

（1.中交第二航务工程局有限公司技术中心，湖北 武汉 430040；2.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北 武汉 430040）

1 工程概况

泰州大桥主桥为（390+1 080×2+390） m的三塔两主跨连续钢箱梁悬索桥，其中中间塔为纵向人字型钢塔，主要结构形式及断面尺寸见图1。

中塔除上下横梁外，沿高度方向分为21个节段，依次为D0~D20，其中D0~D3节段数为4个，D4~D20节段数为2个。同时全塔沿高度方向设置有4道调节缝，分别为J1、J4、J6和J16，其它一般节段接缝均有金属接触率要求。通过对国内外吊装设备比选研究，钢塔D0~D5和下横梁节段采用大型浮吊吊装，D6~D20和上横梁节段采用MD3600塔吊吊装。钢塔一般节段吊装需满足金属接触率要求外，在永久连接完成后要对当前状态进行评估，将评估数据返回加工制造厂家，对后续节段制作提供参考数据。非一般节段（调整节段）在吊装前需设置合理的垫片方案，其吊装施工流程如图2。垫片方案的设置是通过钢塔当前线性误差、后续节段预拼装误差和测量环境因素引起误差综合分析得出的。

中塔因其单个节段重量大、架设高度高、定位及测量难度大和施工环境复杂等特点，在施工过程中主要存在以下难点：

1） 钢混结合段施工。钢塔与混凝土塔座结合段是整个钢塔受力的关键部位，其施工质量的好坏将直接关系到钢塔的使用寿命，需要确定合理的施工方案。

2） 合龙段（D4）安装施工。钢塔由下塔柱4个塔肢过渡至上塔柱2个塔柱形成人字型，合龙段是钢塔人字型的过渡段，同时也是横梁连接位置。合龙段安装需同时与对应的2个下塔柱D3节段顶口进行匹配连接，同时需兼顾横梁以及上塔柱D5节段连接，也即精确定位需同时兼顾4个匹配口，安装难度非常大。

3） 上横梁安装施工。上横梁沿其长度方向分为4段进行逐次吊装，先将节段吊装至临时支架上，然后精确调整节段高程和平面位置。由于支架结构高，其结构受力和变形对荷载敏感，且操作空间狭小，安装施工困难。

2 钢混结合段施工

2.1 钢混结合段施工方法研究

钢塔与混凝土塔座结合段是整个钢塔受力的关键部位。通过查阅国内外文献资料，结合段的施工方法大致有3种：承压板预埋法、混凝土底座预制打磨法和承压板后注浆法。在施工现场，分别进行了模型试验，塔座模型见图3。

通过模型试验，对3种方法从施工难易程度、质量及可操作性进行了对比分析，其对比如表1所示。

表1 钢混结合段3种施工方法综合对比

从表1分析得出，钢混结合段采用承压板后注浆法更容易保证施工质量，且满足设计提出的70%支撑面的要求，故在工程实施中采用此方法。

2.2 钢混结合段施工工艺研究

2.2.1 浆体材料研究

浆体材料的强度指标是进行浆体配合比设计的重要依据，材料的性能指标见表2。

表2 浆体材料的性能指标

由表2，在进行多种试验对比研究的基础上，浆体的配合比最终确定为：水泥∶外加剂∶水=1 570∶44.75∶386，28 d后试件的抗压强度达到108.6 MPa。

2.2.2 压浆施工工艺研究

为保证D0节段钢混结合面压入的水泥浆饱满，承压板与塔座顶面四周间隙采用L100角钢与预埋角钢焊接，锚固螺杆与承压板上的螺孔空隙用硅胶与环氧砂浆填塞。待封堵完成后进行水密性试验，直至满足要求为止。

浆体压浆孔道是由主压浆孔道、排水孔道和排气孔道3部分组成，其平面布置如图4。主压浆孔道将浆体灌入钢混结合部位，排水孔道排出舱内空气、观察浆液质量及测量浆液排浆量，而排水孔道是用来清洗管道、承压板和塔座顶面，并将污水排尽。

2.2.3 钢混结合段压浆施工

钢混结合段浆体压浆的施工流程如图5。

3 合龙段安装施工

钢塔合龙段底面、侧面、顶面分别与D3节段顶面、下横梁侧面、D5节段底面相连，多平面相互匹配增加了该节段的安装、定位难度。同时合龙段在吊装过程中还受环境温度、纵向水平分力、节段制造误差、现场安装误差等因素的影响。

3.1 合龙时机的确定

合龙口的形态随温度的变化发生改变，为准确掌握温度变化对合龙口的影响，对合龙节段的温度和形态进行昼夜连续观测。合龙口节段在顺桥和横桥两个方向上的截面温差监测如图6～图7。

根据不同时段钢塔的温度场与节段顶面控制点几何测量数据对合龙口的形态进行分析，最终确定选在截面温差较小的时刻进行合龙口的永久连接。

3.2 顶推系统

钢塔D0~D3节段在纵横两个方向上的倾斜度分别为1∶4和39∶1 920，在重力作用下会引起塔柱内倾，再加上制造与架设误差，需对合龙口的间距进行调整，才可与D4节段底口顺利进行匹配。顶推系统由纵、横向各两道水平撑和安装在水平撑端部的千斤顶组成，合龙口纵横向顶推系统见图8。

3.3 合龙段安装调位

合龙段需要同时与4个面进行匹配，调位内容包括节段水平位置、高差和平面扭转。因此在D3节段顶口和D4节段底口分别设置反力牛腿，其间布置三向千斤顶实现合龙节段的精确调位。图9为合龙段的吊装。

4 上横梁安装施工

由于上横梁长26 m、高10 m，总重量为415 t，架设高度超过190 m，诸多因素均增大了结构安全施工的风险。施工中考虑将上横梁等分为4个节段，不仅降低了施工风险，同时单个节段的重量也满足MD3600塔吊的吊重要求。

上横梁节段采用对称逐段吊装方法，先吊装与上、下游塔肢相邻的两个节段，然后再吊装中间节段，最后对上横梁节段进行调位、连接，具体操作流程如下：

1）上塔肢顶推。利用全站仪测量上下游D20节段相对距离，考虑温度、其它临时荷载因素后，确定最终顶推量。通过对上塔肢水平撑将D20节段相对距离顶至设计理论距离，然后将水平撑与上塔肢连接，确保D20节段相对距离不发生改变。

2）节段吊装控制。在上横梁节段和D20节段设置测量控制点，利用全站仪对控制点进行坐标对齐和高程相等的方法，确保节段在长度和高度方向不会产生错位、扭转。

3）上横梁调位、连接。在4个节段全部吊装完成后，利用安置于临时支架上的三向千斤顶对上横梁进行整体调位。待精确调位完成后，采取“先中间、后两边”的原则将上横梁与上塔肢连接。

5 结论

泰州大桥中塔于2010年3月31日完成上横梁吊装，经竣工测量检测，钢塔的架设精度达到了1/19 591，远优于设计规定1/4 000的精度要求。通过总结钢塔安装技术，得出如下研究结论：

1）钢塔钢混结合段具有双向倾斜度，采用承压板后注浆的施工方法。该方法操作简易，人为因素少，且质量容易保证，在实践中取得良好效果。

2）钢塔合龙段与多个节段进行匹配，施工复杂。通过掌握温度与合龙口相态的相互关系，确定合理的吊装时机，在对合龙口形态精确调位的基础上，顺利实现合龙段的安装。

3）针对上横梁的结构特点，采取分块对称吊装的方法和合理的控制措施，保证了钢塔的整体线性。

[1] 张平，蒋建，董勤军，等.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[J].中国工程科学，2010，12（4）：53-57.

[2] 华新，郑修典，周彦锋，等.泰州长江大桥三塔悬索桥钢中塔设计[J].公路，2009（7）：68-74.

[3] 郭志明，冯良平，崔冰，等.南京三桥钢塔柱钢混结合段设计与制作[C]//全国桥梁学术会议论文集，2004：103-108.

[4] 李宗平，唐启，张六一.南京长江第三大桥钢塔柱安装施工[J].施工技术，2008，37（5）：105-110.