拱形钢塔竖向转体施工工法.docx

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拱形钢塔竖向转体施工工法

拱形钢塔竖向转体施工工法

一、前言

1.1概述

东苕溪大桥跨径布置为75+228+75m的斜拉-悬索组合体系桥。

主塔为拱形索塔，顺桥向向边跨侧倾斜20°，拱的跨径为38.86m，矢高为71.474m，拱轴线为悬链线。

主塔柱（半个）由上至下划分为C、B、A节段和预埋段，C节段内设置斜拉索和分缆的锚箱，预埋段为主塔与承台基础的结合段，在预埋段的边跨侧设有附加段。

见图1.1-1。

图1.1-1钢塔结构形式图（单位：

cm）

东苕溪大桥位于湖州市吴兴区，地处北亚热带季风气候。

气候总的特点是：

季风显著，四季分明；雨热同季，降水充沛；光温同步，日照充足；气候温和，空气湿润。

全市年平均气温12.2～17.3°C，最冷月为一月，平均气温-0.4～5.5°C，最热月为七月，平均气温24.4～30.8°C，无霜期为224～246天，稳定通过。

10°C初终日间的活动积温3800～5130度，持续天数200～236天，年日照时数1613～2430小时，年太阳辐射总量102～111千卡/厘米2，年降水量761～1780毫米，年降水日数116～156天，年平均相对湿度均在80%以上。

风向季风变化明显，冬半年盛行西北风，夏半年盛行东南风，三月和九月是季风转换的过渡时期，一般以东北和东风为主。

年平均风速1.7～3.2米/秒。

每年8～9月为台风雨期，8级台风年均一次，风速大于14m/s，最大风速26m/s，此外，晚春及秋冬季节，有大雾天气，影响通视。

1.2制定工法的必要性

东苕溪大桥主塔采用平面整体拼装，竖向转体技术，同等桥型中规模国内第一，施工难度和施工风险较大。

为了促进该施工方法在我国类似桥梁工程项目中得到推广应用，根据东苕溪大桥主塔竖向转体施工实践经验特编制本工法，供今后同类型钢塔转体施工参考借鉴。

二、适用范围

本工法适用于钢塔竖向转体类似结构施工。

三、工法特点

本工法具有以下特点：

（1）钢塔拱的跨径为38.86m，转体锚点与钢塔顶点高差29.102m，单侧转体总重量（包含钢塔、三角架系统、转体油缸等）1348.9t，同等桥型转体中规模国内第一，对转体系统承载力要求较高，采用先进的结构体系，确保顺利转体。

（2）钢塔节段在桥面胎架（高1.65-1.97m）上拼装。

减少大风对钢塔拼装的影响，将钢塔竖向拼装转化成平面拼装，既减小高空作业的安全风险，又可以将钢塔各个节段焊接同时进行，节省工期。

（3）钢塔整体转体设计优化。

根据钢塔转体的重量，并对体型巨大、转体时应力复杂且转体角度较大（转体角度72.61°）进行局部应力研究和计算，确定合适的转体张拉力，选择适当的千斤顶数量、大小、着力位置与方向等。

（4）钢塔竖向转体三角架系统。

由常规“临时塔架＋锚系”的体系，创新为“三角架＋锚系”的体系，保证了钢塔转体的可靠性、定位的精确性。

钢塔与转体三角架拼装成整体，不用经过与钢塔分离的临时塔架，克服了临时塔架偏位的不利影响。

（5）计算机控制液压同步提升技术。

对大型钢结构进行竖转，无论是位置控制，还是荷载控制均有较高的难度。

计算机控制液压同步提升技术保证了钢塔竖转的整体性，并且为确保钢塔竖转的安全施工提供了保障。

（6）转体全过程监控。

电子全站仪实时几何、物理监控系统，通过信息化监控，自动采集、生成、传输几何与物理数据，在钢塔平面拼装和竖向转体过程中，对钢塔节段拼装实现精准对位，钢塔竖向转体时进行分析与调整几何姿态，实时掌握转体过程中受力情况，保证竖向转体时全过程受控，顺利转体到位。

四、工法主要内容

4.1主要工艺原理

（1）钢塔平面拼装，转体三角架系统安装，转体钢绞线挂张工艺原理：

●提前对边跨混凝土箱梁进行受力计算，预埋钢塔平面拼装胎架的固定钢板，对边跨箱梁桥面的胎架支撑点进行加强，确保边跨混凝土箱梁在钢塔平面拼装时受力均衡；

●吊装钢塔A1节段与预埋段对位合拢后临时连接，与转铰焊接完成后放倒在桥面胎架上，起到钢塔竖向转体试转作用，保证正式转体顺利进行；

●分析计算钢塔转体时所需的张拉力，风荷载的影响等，设计出相应临时钢塔转体三角架系统，保证钢塔转体的安全可靠；

●对钢塔竖向转体的转铰安装精度要求极高，必须保证拱形钢塔底部两个转铰转动轴线在同一直线上，使用高精度测量设备，选择合理的调节方法；

●转体三角架拼装场地受限制，杆件拼装高度较高、角度较多，要求地面多台吊车配合作业，设置合理的拼装顺序；

●克服双根转体钢绞线过江时托架发生扭转，设计出钢绞线防扭机构，大大提高钢张拉钢绞线过江效率。

（2）转体过程中实时监控，两个锚点转体钢绞线保持同步张拉工艺原理：

●转体过程中，三角架系统受力会发生转化，对转体三脚架系统各拉点竖转负载、结构空中姿态、竖转设备工作状态进行实时监控；

●两个锚点的转体钢绞线必须张拉同步，采用计算机控制液压同步提升技术，在提升体系中，设定主令提升吊点，其它提升吊点均以主令吊点的位置作为参考来进行调节。

4.2总体施工工艺流程

东苕溪大桥钢塔竖向转体总体施工工艺流程见图4.2-1。

钢塔节段水平拼装

转体三角架拼装

牵引钢绞线挂张，完成三角架安装

东岸钢塔转体，西岸钢塔压重

东岸钢塔转体到位，测量调整焊接，挂背索

西岸钢塔转体

西岸钢塔转体到位，测量调整焊接

卸载钢绞线，拆除油缸、转体三角架等，完成钢塔安装

图4.2-1东苕溪大桥钢塔竖向转体总体施工工艺流程

五、分项工序施工流程及操作要点

5.1钢塔预埋段及转铰安装

钢塔预埋段及转铰安装施工流程

钢塔预埋段及转铰安装施工流程见图5.1-1

浇筑塔座第一次混凝土，预埋定位钢板

钢塔预埋段与附加段运至现场

预埋段与附加段现场安装吊耳，调节安装角度

350t浮吊将钢塔预埋段吊装至安装位置

不满足要求

塔座预埋钢板上安装导向

预埋段调位、定位

循环4次

测量预埋段垂直度、平面位置、平整度

满足要求

钢塔预埋段与预埋定位钢板焊接固定

350t浮吊将钢塔附加段吊装至安装位置

不满足要求

附加段定位、调位

测量附加段垂直度、平面位置、平整度

满足要求

钢塔附加段与预埋段焊接

钢塔预埋段、附加段安装完成

浇筑塔座第二次混凝土

安装预埋段、附加段内波纹管、预应力筋

浇筑预埋段、附加段内混凝土，张拉预应力，压浆封锚

基础较安装定位

基础较与预埋段焊接固定

基础较底部灌注混凝土

图5.1-1钢塔预埋段及转铰安装施工流程图

钢塔预埋段及转铰安装施工操作要点

钢塔预埋段安装必须保证高空作业施工安全，还需考虑起重设备浮吊及运输船舶的停靠。

350t浮吊布置图见图5.1-2

图5.1-2350t浮吊布置图

塔座第一次浇筑时应将定位钢板按设计坐标预埋精确，尤其是标高控制，待混凝土达到强度后再进行预埋段安装。

预埋钢板位置见图5.1-3

图5.1-3预埋钢板位置图（单位:

cm）

钢塔预埋段定位精度决定钢塔拼装的安装成败，必须定位精确、固定牢靠。

预埋段定位可采用手拉葫芦、安装导向钢板。

见图5.1-4

图5.1-4预埋段安装定位

④基础铰在现场安装时，为了保证转体时旋转中心在一条直线上，将销轴穿入基础铰孔，在基础铰两侧耳板外的销轴上布置测量控制点，见图5.1-5、5.1-6，通过测量两侧控制点坐标，精确调整定位基础铰，使桥塔两个销轴中心线连线与桥梁中心线垂直，将两个转铰同轴度误差控制在3mm以内。

图5.1-5基础铰定位图（单位：

mm）

图5.1-6基础铰安装定位

5.2钢塔节段水平拼装

钢塔A1节段水平拼装施工流程

边跨预应力混凝土箱梁浇筑完成→边跨桥面布置钢塔拼装胎架→钢塔节段运至现场→钢塔节段现场安装吊耳→预埋段顶口布置调位千斤顶、导向板→350t浮吊将钢塔A1节段吊至预埋段顶口→钢塔A1节段与预埋段对接调位→钢塔A1节段调位与预埋段临时连接→转铰与钢塔A1节段焊接→解除钢塔A1节段与预埋段的临时连接→350t浮吊将钢塔A1节段放倒在桥面胎架上

图5.2-1钢塔节段环焊缝焊接顺序图

⑵钢塔A2、B1、B2、C1、C2节段水平拼装施工流程

边跨预应力混凝土箱梁浇筑完成→边跨桥面布置钢塔拼装胎架→钢塔节段运至现场→钢塔节段现场安装吊耳→350t浮吊将钢塔节段吊至桥面运梁车上→运梁车将钢塔节段运输到指定胎架上→钢塔节段在胎架上进行调节定位→测量钢塔节段控制点→钢塔节段A1、A2、B1、B2、C1、C2间焊缝依次焊接→钢塔节段平面拼装完成

⑶钢塔平面拼装施工操作要点

工地拼装环缝焊接时，两对接节段腹板同时焊接，采用两名焊工同时对称自下而上焊接；两对接节段面底板也同时焊接，采用两名焊工同时对称同向焊接。

见图5.2-2。

图5.2-2钢塔节段环焊缝焊接顺序图

吊装钢塔A1节段使之与预埋段对接，调整A1节段至成桥坐标，A1节段与转铰焊接完成后先放倒试转，以检查铰轴的转动情况和A1节段与预埋段匹配情况，如接缝处不合要求，则进行相应调整，直至满足要求为止。

试转时用350t浮吊提升，缓慢转动，见图5.2-5。

A1节段试转完成下放到拼装胎架，与胎架临时固定，测量对坐标进行复测，为下一节段安装提供数据参考。

图5.2-3钢塔A1节段试转图

钢塔节段（A2、B1、B2、C1、C2节段）卸船后，直接用动力平板车运输至安装位置，通过纵横移动和升降调整平板车位置，将节段放在支撑钢墩上，定位钢塔节段，节段平稳落位后，根据定位坐标及地标使用手动千斤顶及螺旋扣（30T）进行微调，图5.2-6。

图5.2-4钢塔节段调位图

5.3、转体三角架系统安装

转体三角架系统安装施工流程

步骤一、钢塔水平拼装完成，在混凝土箱梁上搭设三角架拼装支架。

步骤二、用汽车吊在支架上拼装三角架，顺序依次为压杆节点、下横杆、压杆顶部结构、斜支撑、斜杆、上横杆、油缸支架、拉杆等，整个压杆框架成型。

安装张拉千斤顶，钢绞线牵引过江。

步骤三、西岸三角架作为后锚，两台350t汽车吊同时提升东岸压杆框架，并收紧钢绞线，两台150t汽车吊提升拉杆铰配合三角架转动。

步骤四、三角架转动到位后，连接拉杆铰与钢塔锚点，完成东岸三角架安装。

步骤五、将东岸三角架作后锚，千斤顶连续提升西岸三角架，两台150t汽车吊提升拉杆铰配合，三角架转动到位后，连接拉杆铰与钢塔锚点，完成西岸三角架安装。

挂设剩余钢绞线。

转体三角架安装施工操作要点

转体三角架压杆与拉杆可在桥面各自连接成一体，再采用整体吊装的方法，两台吊车配合吊装。

见图5.3-1拉杆组装后吊装

5.3-1拉杆组装后吊装

②斜杆长36.429m，重15.4t，分为三节（YG1-3一节，YG1-4两节），斜杆两端分别与顶部和底部节点销接。

在桥面用螺栓将斜杆拼成整体，拼接时严格按节段编号对应。

两台吊车抬吊斜杆，将底部插耳插入压杆节点耳板，让斜杆绕压杆节点旋转，使其顶部插耳与压杆顶部节点耳板对应，用手拉葫芦微调斜杆位置，与两端节点耳板销孔对位，打入销轴。

见图5.3-2，图5.4-3。

在斜杆中点搭设碗扣钢管支撑，承受斜杆部分重量。

图5.3-2压杆斜撑安装图

图5.4-3左侧压杆和顶部结构及斜撑安装位置图

③压杆框架安装完成后，在压杆顶部结构上安装提升油缸支架，安装350t油缸。

油缸支架与压杆铰采用销轴连接。

所有油缸正式安装前，须经过负载试验，并检查锚具动作以及锚片的工作情况，合格后才能使用。

见图5.4-4。

图5.4-4压杆顶部油缸

④钢绞线牵引过江后将钢绞线成捆放于放索盘上，人工将钢绞线拉到压杆绞位置，用绳卡将钢绞线头和架设好的φ21.5m