大跨度斜拉桥钢锚梁安装施工技术要点

杨 雷， 赵 志 强

(中国水利水电第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

金堂某新建大桥连接赵镇和三星镇。该桥位于金堂县城沱江上游600 m处，工程全长1 641 m，主桥为长860 m的双塔双索面斜拉桥，主跨跨越江心岛，跨度430 m，桥面宽38 m。全桥共设两个索塔，四个塔柱，每个塔柱布置17对斜拉索，上部15对斜拉索采用钢锚梁锚固形式，布置在塔壁的混凝土牛腿上，下部2对斜拉索水平力相对较小，采用混凝土齿块直接锚固形式。斜拉索塔共设置了60道钢锚梁，120个混凝土牛腿以及8个混凝土齿块。

2 钢锚梁的设计

在该工程中，钢锚梁根据构造的不同分为M1、M2、M3、M4四类，每套钢锚梁锚固2对斜拉索，设置于上塔柱斜拉索锚固区段。同一高程位置的钢锚梁板件构造因斜拉索角度的不同而带来相应板件的差异。拉索的竖向分力通过锚梁上锚固构件完全传递至牛腿；拉索的横桥向水平分力由锚梁横向联系承受；拉索的顺桥向水平分力分为两部分：恒载索力由锚梁承担，后期使用的荷载索力由锚梁与塔壁共同承担。组成钢锚梁的主要构件有：顶板、翼板、锚垫板、腹板、底板、承压板、加劲肋、支座加劲板、纵向限位板等，其中锚垫板和承压板为主要承压构件，顶板、腹板为顺桥向的主要承拉构件。钢锚梁的设计布置情况见图1。

3 钢锚梁安装施工质量控制

3.1 钢锚梁安装前的检查

在钢锚梁吊装之前，采用鉴定钢尺、精密水准仪和全站仪对钢锚梁的几何尺寸、高程测量观测点、结构轴线测量控制点、标记等进行检查，如果有误差或误差超过设计及规范要求，应立即找出原因并进行纠正，重新确定其平面位置与尺寸。对于与钢锚梁连接的索导管要重点检查其每根的长度、坡口长度、壁厚等。钢锚梁在安装前需对其位置以及方向进行标号，防止安装过程中出现误差。钢锚梁预拼及安装质量控制标准见表1。

图1 钢锚梁设计布置图

表1 钢锚梁预拼及安装质量控制标准表

3.2 钢锚梁预拼和吊装

为了保证钢锚梁的安装精度，对预埋件与钢锚梁进行了整体吊装。吊装前，对钢锚梁进行预拼，预拼内容包括：钢锚梁、预埋板、纵横限位装置等。预拼前，先进行胎架制作，胎架采用10#槽钢制作，然后根据下预埋板的相对位置布置胎架；随后对下预埋板、四氟板以及钢锚箱进行定位，然后安装横向限位装置；最后再对纵向预埋件进行定位并用码板固定锁死，使钢锚梁形成整体。最重的单个钢锚梁约为7.8 t(含预埋件)，吊装根据现场情况采用塔吊进行，在单个钢锚梁上设置了四个吊环。在该工程中，钢锚梁的吊装于塔柱上一模混凝土浇筑完成后进行，吊装过程中应尽可能地排除塔柱上多余障碍物的干扰(图2)。

图2 钢锚梁预拼安装图

3.3 钢锚梁安装

钢锚梁安装可分为首节段钢锚梁安装和其他节段钢锚梁安装。首节段钢锚梁安装在型钢支架上，型钢支架的设计尤为重要，若支架刚度不足、待钢锚梁安装上去后支架变形量较大将直接影响到安装精度，若支架设计过于强大，支架型钢等将对索塔设计钢筋、预应力等产生较大的干扰，因此，必须对钢锚梁支架进行优化设计[1]。该工程中首节段钢锚梁支架由I56b工字钢及[10槽钢焊接组成，工字钢通过预埋钢板焊接固定。支架须保证四个立柱高程统一，首节钢锚梁安装支架结构见图3。

图3 首节段钢锚梁安装支架结构图

对首节段钢锚梁(基准节段)进行精确调位并固定、浇筑完成该节段混凝土后，陆续吊装后续其他节段的钢锚梁，其他节段的钢锚梁通过标准支架作为支撑安装在上一节段钢锚梁上。标准支架高度为2.6 m，上下两层钢锚梁之间共设置四根标准支架，支架间通过法兰盘进行连接以避免焊接造成支架变形；同时，为确保钢锚梁的安装精度，标准支架均在制作厂家进行机加工。钢锚梁每次吊装时四根标准支架均须保证在同一轴线上。根据现场实际情况，采用码板、楔形块、千斤顶等工具进行微调[2]。钢锚梁安装完成后再进行牛腿钢筋的安装。每一段钢锚梁吊装完成后，进行与之对应节段塔柱混凝土的浇筑，依次循环施工直至全部完成。多层钢锚梁安装情况见图4。

图4 多层钢锚梁安装图

3.4 钢锚梁安装及辅助操作平台的精调

因该工程中索塔塔柱上的操作空间狭小，且塔柱内腔施工安全系数低，进行精调施工时较为困难，难以保证钢锚梁安装完成后的精度。为提高钢锚梁的安装精度，需要增加钢锚梁安装及精调辅助操作平台为钢锚梁施工提供一个有效的施工环境，在操作平台上完成钢锚梁的安装及精调施工。项目部在该工程针对现场情况研制出一种实用的新型钢锚梁安装及精调操作平台。该操作平台由双拼槽钢竖向支架作为骨架，通过焊接双拼槽钢横向支架及平台斜撑，上铺花纹钢板设置三层平台(平台数量根据现场实际施工需求为准)。在钢锚梁左右侧各设置了一个多层平台，通过横向固定方钢卡在双拼槽钢竖向支架中间连接左右侧平台，上方使用精轧螺纹钢对拉杆进行固定。拆除时只需先松开精轧螺纹钢对拉杆，再拔出横向连接方钢即可通过起重设备提升该装置循环使用。该平台有效解决了索塔塔柱上因操作空间狭小、安全系数低造成的安装和精调施工难以操作的问题，还可作为索塔塔柱内腔施工作业平台，具有较好的适用性和实用性，其具体构造见图5。

4 钢锚梁安装的精准定位控制

4.1 钢锚梁安装精度分析

钢锚梁安装误差主要来源于厂内制造精度、首榀/底座安装精度两部分，从理想状态(未考虑由于气象参数修正、施工测量带来的不确定因素造成的影响)来看，在未考虑施工误差的情况下，B2/Z2#-B17/Z17#钢锚梁安装完成时，总体竖向倾斜度累计误差已经超出设计要求。

图5 钢锚梁安装及精调辅助操作平台构造图

4.2 钢锚梁的总体控制

(1)钢锚梁安装前需对全桥控制网进行联测，对复测成果数据进行评估，依据精密控制测量要求取平面控制和高程控制的相邻点相对点位中误差Mij小于±3 mm，满足规范要求，出具成果报告[3]。

(2)锚固点及钢锚梁梁体坐标数据的计算。建立空间直角坐标系，以跨中(1 075)为平面坐标原点，以85高程系统为高程基准，计算成果并生成三维模型(已进行三方复核)(图6)。

(3)施测前需对测区的各项气象参数进行采集、分析和修正。对于大跨度斜拉桥而言，大气折光影响比较严重，在钢锚梁校核时，对埋设的高程点进行检校，实时计算大气折光系数K的测区变化值Δk：

图6 钢锚梁数据生成点位图

然后用Δk对全站仪K值进行修正。测前需对仪器设备进行预热，并将采集到的气象元素输入仪器后进行测距，利用相邻点位复核校正，再利用三维极坐标法对钢锚梁进行观测。由于钢锚梁待测点与测站之间的高差较大，故在钢锚梁精准定位时必须考虑高程投影面的改正。

距离投影改正公式：

式中H为测线平均高程；H0为投影面高程；S为平距；R为地球曲率半径。

4.3 钢锚梁的安装控制

钢锚梁的位置决定了斜拉索锚固点位置，因此需要对每榀钢锚梁安装位置进行反复调整，其安装步骤为：

(1)预埋钢锚梁支架腿钢板，按图纸设计位置精确测量定位，浇筑混凝土后，再次对预埋底座平面位置、高程以及平整度等进行测量确定，支架腿钢板用高精度水准仪找平并进行首榀钢锚梁轴线和边线的放样。

(2)调校钢锚梁时，由于胎架和塔上支架均为固定尺寸的钢支架结构，因此，必须将每榀钢锚梁调校至规范允许的误差内，不能留有残差。

4.4 预抬值的设定

由于塔柱混凝土结构自身的收缩徐变，以及在承受斜拉索轴压力下的压缩变形，在塔柱施工钢锚箱与混凝土结合处时， 需对首榀钢锚梁高程进行调整，设置适当的预抬值[5]。首节钢锚梁安装前，对索塔进行监测，通过控制分析，确定首节钢锚梁安装的准确平面位置，同时计算并确定首节钢锚梁安装的预抬高值。钢锚梁的理想目标几何线形由钢锚梁截面中心点给出。理想目标值的高程值为设计高程叠加以下的修正值(预抬高值由监控单位提供)：补偿中下塔柱成桥时产生的压缩量；在首节钢锚梁安装时已采用的预抬值；补偿钢锚梁到成桥时的超长值；基础沉降量以及施工阶段的钢锚梁压缩量。

5 结 语

随着大跨度斜拉桥突飞猛进的发展，钢锚梁的应用越来越广泛，笔者结合金堂某大桥施工实践，对钢锚梁的安装方法及质量控制措施进行了总结，实践表明：所采取的施工技术措施可以有效地确保大跨度斜拉桥钢锚梁的施工质量。