劉 利

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津 300222）

1 概述

新建鐵路云桂線(xiàn)南盤(pán)江特大橋位于云南省彌勒市和丘北縣交界的南盤(pán)江上，為跨越南盤(pán)江而設(shè)，主橋?yàn)閱慰?16 m上承式勁性骨架鋼筋混凝土拱，拱圈依托鋼管拱外包混凝土成形。鋼管拱矢高99 m，拱軸系數(shù)m＝1.8，除1 m合龍段外共分38個(gè)吊裝節(jié)段，單節(jié)長(zhǎng)約12 m、高7.45 m，寬度從16.8～26.8 m變化，單節(jié)段最重近130 t。采用纜索吊裝，斜拉扣掛懸臂拼裝?？坼^索布置見(jiàn)圖1，骨架斷面見(jiàn)圖2。根據(jù)當(dāng)?shù)貧v年氣象資料顯示，12月份至次年3月份季風(fēng)氣候明顯，陣風(fēng)最大風(fēng)力可達(dá)到9級(jí)以上，其余季節(jié)也時(shí)有強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生，雷陣雨現(xiàn)象常見(jiàn)。

圖1 鋼管拱安裝扣錨體系總體布置（單位：cm）

圖2 鋼管拱節(jié)段斷面（單位：mm）

2 總體思路

鋼管拱節(jié)段在主拱橋底部南盤(pán)江岸的拼裝場(chǎng)地進(jìn)行加工，焊接質(zhì)量、制作線(xiàn)形經(jīng)檢測(cè)合格后，采用纜索吊整節(jié)段吊裝到空中拼裝位置，利用斜拉扣掛體系進(jìn)行線(xiàn)形調(diào)整及臨時(shí)固定?？鬯捎媒唤缍眨摽鬯M合，鋼扣塔通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在交界墩頂部0＃塊上。斜拉索分別在交界墩和鋼扣塔上張拉錨固，扣塔的不平衡荷載通過(guò)錨索及錨碇體系消除。結(jié)構(gòu)受力明確、安全可靠，還可最大程度實(shí)現(xiàn)永臨結(jié)合。

3 組合式扣塔設(shè)計(jì)

3.1 交界墩扣塔

3.1.1 墩身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

交界墩位于拱座上，墩高102 m，采用雙肢H形空心墩，中間設(shè)3道橫梁，橫梁中設(shè)預(yù)應(yīng)力體系。墩身外側(cè)橫向坡度變化兩次，墩高52 m以下范圍坡度為15∶1，52 m以上為25∶1；空心段壁厚采用分節(jié)段變厚設(shè)計(jì)，內(nèi)側(cè)壁厚從墩頂?shù)蕉盏?0～100 cm變化。墩身采用C40鋼筋混凝土，單墩混凝土方量為6 456.7 m3，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

3.1.2 錨塊結(jié)構(gòu)

交界墩錨塊為局部承壓結(jié)構(gòu)，采用梯形斷面。為了防止斜拉索豎彎產(chǎn)生徑向外崩力，要求扣錨索在立面向下彎曲。為防止扣錨索角度偏差損傷結(jié)構(gòu)，在扣錨索彎出墩壁處設(shè)置喇叭口，喇叭口側(cè)壁為沿索方向±5°放射，喇叭口折點(diǎn)處倒角半徑6 m。錨塊布置見(jiàn)圖4。為提高張拉端混凝土錨塊受力性能，在錨塊內(nèi)設(shè)置φ16 mm鋼筋和φ12 mm鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行加強(qiáng)。

圖3 交界墩結(jié)構(gòu)（單位：cm）

圖4 錨塊結(jié)構(gòu)（單位：cm）

3.2 鋼扣塔

3.2.1 塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

塔架位于交界墩頂部0＃塊上部，塔架高度15.1m，橫橋向最大寬度15 m，主要由立柱、連接桿件、下橫梁、上橫梁、錨梁等部分組成。其中下部支架部分的立柱及橫、縱向連接均采用鋼管，上橫梁采用槽鋼焊接而成，上部縱梁、錨梁及橫縱向連接采用鋼板焊接成箱形，鋼板采用Q345B鋼材，鋼管采用Q235鋼材。整個(gè)塔架結(jié)構(gòu)各部分桿件之間采用焊接形式連接。塔架具體布置如圖5、圖6。根據(jù)扣錨索對(duì)扣塔產(chǎn)生的不平衡荷載、風(fēng)荷載等各種荷載的最不利組合情況，對(duì)鋼扣塔各部位進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保滿(mǎn)足各種工況下的受力要求。塔架各構(gòu)件截面見(jiàn)圖7，截面尺寸見(jiàn)表1。

圖5 扣塔布置立面（單位：mm）

圖6 扣塔布置斷面（單位：mm）

圖7 塔架構(gòu)件截面

表1 鋼扣塔主要桿件尺寸 mm

3.2.2 錨塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

錨塊焊接在錨梁上部，為Q345B鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)。其中肋板厚度16 mm，錨墊板厚度20 mm。根據(jù)計(jì)算，焊腳尺寸不小于14 mm。為避免斜拉索出現(xiàn)彎折，錨塊預(yù)留錨索孔道的中心線(xiàn)與斜拉索位于同一直線(xiàn)上，錨索孔道的凈截面尺寸不小于160 mm×160 mm。具體結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖8、圖9。

圖8 錨塊結(jié)構(gòu)立面（單位：mm）

圖9 錨塊結(jié)構(gòu)斷面（單位：mm）

3.3 結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

根據(jù)扣塔實(shí)際結(jié)構(gòu)布置及鋼管拱吊裝過(guò)程中塔架受力情況，采用MIDASCIVIL軟件對(duì)鋼管拱節(jié)段吊裝過(guò)程進(jìn)行模擬分析。按照最不利工況，同時(shí)組合風(fēng)荷載等外界因素的影響，對(duì)扣塔進(jìn)行受力分析。

3.3.1 計(jì)算參數(shù)

（1）根據(jù)對(duì)鋼管拱吊裝過(guò)程的模擬計(jì)算分析，得出各扣錨索的最大索力（見(jiàn)表2）。此外，考慮張拉過(guò)程中的誤差，墩頂順橋向附加200 kN、塔頂順橋向附加300 kN的荷載。

（2）風(fēng)荷載：由于該橋位于峽谷中，結(jié)合當(dāng)?shù)貧v史氣象資料，風(fēng)力等級(jí)取12級(jí)陣風(fēng)荷載，風(fēng)速為 32.6 m/s。

表2 各扣錨索索力計(jì)算 kN

3.3.2 計(jì)算方法

采用MIDAS CIVIL軟件建立鋼扣塔和塔架計(jì)算模型。塔架主桁架構(gòu)件之間、塔架與交界墩之間均采用剛性連接；交界墩底部采用固結(jié)。風(fēng)荷載按照均布荷載的形式，施加于塔架及交界墩橫橋向一側(cè)，扣錨索產(chǎn)生的不均衡荷載按照集中荷載的形式分別作用于交界墩頂部和鋼扣塔頂部。

3.3.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表2中計(jì)算的各扣錨索最大索力，采用軟件和手工計(jì)算相結(jié)合的方式，對(duì)鋼扣塔各部位和交界墩的受力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 扣塔構(gòu)件受力計(jì)算

通過(guò)計(jì)算，交界墩、鋼扣塔的結(jié)構(gòu)受力及變形均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 組合式扣塔施工

4.1 交界墩施工

（1）在拱座施工過(guò)程中，對(duì)交界墩底部的鋼筋、塔吊基礎(chǔ)及載人電梯的基礎(chǔ)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)埋。

（2）墩身鋼筋在鋼筋加工廠集中加工制作，檢測(cè)合格后，用汽車(chē)運(yùn)輸?shù)焦さ兀盟醮怪碧徇\(yùn)至鋼筋安裝作業(yè)面。墩身混凝土采用自動(dòng)計(jì)量拌和站集中拌和，由混凝土運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸，在拱座位置通過(guò)高壓輸送泵泵送至墩身混凝土澆筑面。

（3）拱座混凝土澆筑完成后，先將塔吊安裝至最小自升高度，然后澆筑墩底首節(jié)混凝土。塔吊起重力矩為80 t·m，最大起吊重量8 t，吊臂長(zhǎng)度55 m，吊臂端最大起重力為1.2 t，最大有效起吊高度130 m。

（4）交界墩墩柱采用自升式液壓爬模系統(tǒng)進(jìn)行施工。第二澆筑節(jié)段組裝爬模下架體及上架體，第三節(jié)開(kāi)始正常爬模施工；施工完下墩柱第五節(jié)段后，架設(shè)下橫梁貝雷支架，施工下橫梁；翻模施工至主塔第八節(jié)段；第九節(jié)段開(kāi)始采用爬模繼續(xù)施工中墩柱；安裝中橫梁支架及模板，施工中橫梁。按照上述順序依次施工剩余墩柱及橫梁，直至交界墩施工完成。主要施工流程見(jiàn)圖10。

圖10 爬模施工工藝流程

（5）墩身施工過(guò)程中，每隔20 m設(shè)置一道塔吊附著，由400×400 mm鋼板和9根φ22 mm錨固筋組成，錨固筋長(zhǎng)度40 cm；每隔15m設(shè)置一道電梯附著，由200×200 mm鋼板和5根φ22 mm錨固筋組成，錨固筋長(zhǎng)度30 cm。

（6）橫梁及交界墩蓋梁的橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用低松弛（φj15.24，Rby＝1 860 MPa）鋼絞線(xiàn)，鋼束采用兩端張拉，管道壓漿采用水泥漿，強(qiáng)度等級(jí)為M40。

（7）0＃塊施工過(guò)程中，在鋼扣塔每根立柱對(duì)應(yīng)位置預(yù)埋4根φ32 mm精軋螺紋鋼，埋置深度1 m。

4.2 鋼扣塔施工

（1）塔架焊接作業(yè)前，根據(jù)圖紙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行焊接評(píng)定工藝試驗(yàn)，確定合適的焊接設(shè)備、焊接方法、焊接坡口形式及焊接參數(shù)、焊接順序，經(jīng)專(zhuān)家評(píng)定合格后方可進(jìn)行焊接作業(yè)。氣體保護(hù)焊在風(fēng)速超過(guò)2 m/s時(shí)，應(yīng)采取良好的防風(fēng)措施（如擋風(fēng)板等），防止焊縫產(chǎn)生氣孔。

（2）鋼扣塔散件在拼裝場(chǎng)地進(jìn)行下料，然后根據(jù)評(píng)定合格的焊接參數(shù)，采用CO2保護(hù)焊進(jìn)行焊接。焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制張拉端錨塊的設(shè)計(jì)位置及角度，確保扣錨索在錨塊部位不會(huì)出現(xiàn)彎折。

（3）焊縫修磨

①構(gòu)件焊接后，兩端的引板或產(chǎn)品試板必須用氣割切掉，不得損傷構(gòu)件，并磨平切口。

②焊縫修磨時(shí)，表面修磨應(yīng)使砂輪磨痕平行于主要受力方向。

③焊縫外觀或內(nèi)部缺陷應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)方法應(yīng)符合表4的規(guī)定。

表4 焊縫缺陷修補(bǔ)方法

（4）焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

所有焊縫必須在全長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行外觀檢查，不得有裂紋、未熔合、焊瘤、夾渣、未填滿(mǎn)及漏焊等缺陷。外觀檢查合格后24 h內(nèi)對(duì)主要焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)探傷方法以超聲波為主，局部輔以X射線(xiàn)檢測(cè)。

（5）錨梁的預(yù)留孔大小要結(jié)合扣錨索的根數(shù)和錨具型號(hào)綜合確定。

（6）鋼扣塔加工完成且經(jīng)檢測(cè)合格后，采用纜索吊將鋼扣塔吊至0＃塊頂部進(jìn)行安裝，并通過(guò)張拉預(yù)埋精軋螺紋鋼將鋼扣塔緊緊錨固在交界墩上。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）組合式扣塔在鋼管拱吊裝過(guò)程中，最大程度地實(shí)現(xiàn)了永臨結(jié)合，節(jié)省了施工成本、簡(jiǎn)化了施工難度。

（2）扣錨索在扣塔上張拉錨固，操作方便、安全風(fēng)險(xiǎn)低。

（3）鋼扣塔通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨筋與0＃塊緊緊錨固成一體，結(jié)構(gòu)受力明確、安全可靠。

（4）鋼扣塔安裝與拆卸方便，可大大縮短總工期。

該技術(shù)在南盤(pán)江特大橋鋼管拱吊裝過(guò)程中得以成功應(yīng)用，在保證施工安全的基礎(chǔ)上，與重新搭設(shè)臨時(shí)扣搭相比，減少了工作量，節(jié)約人工及材料費(fèi)用約390萬(wàn)元，鋼管拱提前計(jì)劃工期1個(gè)月精確合龍，得到了建設(shè)、設(shè)計(jì)等單位的高度評(píng)價(jià)。