港珠澳大桥青州航道桥索塔结形剪刀撑安装关键技术

2017-05-24李兆祥

湖南交通科技 2017年1期

关键词：顺桥塔柱横桥

李兆祥，崔海

(1.中交二公局第一工程有限公司，湖北武汉 430056; 2.中铁大桥(南京)桥隧诊治有限公司, 江苏南京 210062)

港珠澳大桥青州航道桥索塔结形剪刀撑安装关键技术

李兆祥1，崔海2

(1.中交二公局第一工程有限公司，湖北武汉 430056; 2.中铁大桥(南京)桥隧诊治有限公司, 江苏南京 210062)

青州航道桥是港珠澳大桥项目中跨径最大的通航孔桥，其桥型壮美，尤其“中国结”造型剪刀撑在国内外首次采用，更是具有民族特色。但是其安装精度要求高、受力复杂，总体重量非常大，成为了塔柱施工的一大难点。项目中采用D1100塔吊配合安装于横梁上的支撑支架、定位支架顺利实现预埋构件的安装；采用塔顶安装大吨位走形吊机的方式完成了约250 t构件的吊装。吊装重量、安装精度均达到领先水平，可为类似工程提供参考。

斜拉桥；桥塔；中国结；剪刀撑；施工技术

1 桥梁概述

港珠澳大桥是跨越珠江口伶仃洋海域，连接香港、广东、澳门的具有国家战略意义的跨海通道。项目是“桥、隧、岛”一体化多专业综合集群工程。主体工程桥梁长度达22.9 km,主要包括3座通航孔桥和其它非通航口桥。

青州航道桥为港珠澳大桥主体工程3个通航孔桥之一，全长1150 m。该桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥，桥跨布置为110 m+236 m+458 m+236 m+110 m，桥型布置如图1所示。斜拉索采用双索面扇形布置，桥塔采用H型框架结构，钢筋混凝土构件。下部结构采用现浇承台及墩身，大直径钢管复合群桩基础。

图1 青州航道桥桥型布置图(单位： m)

2 桥塔设计

2.1 结构特点

索塔塔身采用C50混凝土，为H形框架塔。索塔总高163 m，其中上塔柱高56.35 m，中塔柱高66.65 m，下塔柱高40 m。

塔柱采用空心单箱单室断面。下塔柱为变截面，截面尺寸由10.0 m(顺桥向)×7.0 m(横桥向)线性变化至7.0 m(顺桥向)×4.8 m(横桥向)，顺桥向壁厚1.3 m，横桥向壁厚1.1 m。中、上塔柱为等截面，截面尺寸为7.0 m(顺桥向)×4.8 m(横桥向)。剪刀撑位置塔柱壁厚加厚，中塔柱由1.0 m增加至1.2 m；上塔柱由0.8 m增加至1.1 m。

2.2 “中国结”剪刀撑造型

青州航道桥是港珠澳大桥景观效果控制性结构。经过多重方案比选，采用“中国结”造型剪刀撑。该造型在国内外首次采用，曲线柔和，与全线景观融为一体。

“中国结”剪刀撑总高度为50 m，顶部标高为164.6 m，距离承台顶面约159 m。由于杆件倾角大，构造异形并且连接部位曲化，所以采用了钢结构。截面为箱型，由上至下共分为T1、J1、J2、J3、T2这5种节段。其中T1、T2段与塔柱连接，与混凝土塔柱为剪力键连接，伸出塔柱外部1 m。J1、J2、J3节段之间采用高强度螺栓连接。T1与J1、T2与J3间采用现场焊接连接。见图2。

图2 “中国结”剪刀撑构造

3 施工难点

该剪刀撑施工难度较大，具体体现在以下几点。

1) 重量大，结构尺寸大，对吊机吊装能力要求很高。该剪刀撑总重量达到了780 t，分5块制作安装，单个块件最重达250 t，如表1所示。构件总高度约50 m，结构尺寸大，对吊机吊装能力要求很高。同时，吊装过程中构件的精准对位、稳定控制等均难度很大。

表1 剪刀撑各部分重量表部位重量/t部位重量/tT1-122J162T1-220J2247T2-125J380T2-225

2) 制作及安装精度较高。T1、T2节段预埋精度要求高，对预埋的位置、倾角等都要求很高的精度；J1、J2、J3节段间采用高强螺栓连接，工厂制造精度高，现场匹配安装难度大。

3) 剪刀撑顶部距离承台高约159 m，吊装高度大，施工风险高。吊装过程中不能出现任何错误，否则后果严重。

4) 剪刀撑与混凝土组合结构的温度变形存在差异、施工累积变形及精度控制难。

4 “中国结”形剪刀撑安装关键技术

4.1 T2节段安装

斜拉桥塔柱受力受斜拉索影响较大，同时受横向大风、塔柱扭曲等影响，连接节点受力复杂。因此，剪刀撑与混凝土塔柱采用“承压 — 传剪”的复合传力模式。剪刀撑预埋节点处采用连接箱包裹塔柱。在连接箱的腹板、面板均开设圆孔，塔柱的竖向及横向钢筋均穿过圆孔，形成PBL剪力键。在竖向开设混凝土浇主孔以便于混凝土的浇注、振捣和形成整体。

“中国结”的T1、T2节段为预埋构件，其安装的精确性非常重要，也是剪刀撑安装的一个重点。由于安装及定位工艺相似，现对T2进行重点介绍。

T2总长度达12.6 m，倾斜角度为5.1°。为了减轻吊装重量，保证安装精度和稳定性，降低安全风险，T2分两段加工制作、吊装，节段间焊接连接。安装步骤如图3所示。

4.2 定位及调位

4.2.1 竖直方向及纵向位置调整

竖向及纵向定位的主要思路为竖直方向定位准确，水平纵横方向可以调整并控制。因此在上一节段预埋的定位支撑型钢位置应精准，平面允许偏差为15 mm，而顶部调平钢板(20 mm厚)竖向安装精度允许偏差仅3 mm；倾斜角度与塔柱严格一致。

顺桥向调整时定位支撑作为反力支架使用，利用32 t千斤顶实现纵桥向位置调整，允许偏差为3 mm。位置调整结束后，T2底部节段与定位支撑型钢焊接牢固。

4.2.2 横桥向位置调整

横向水平支撑应保证调整阶段的整体稳定性、抵抗水平分离。横向定位支撑设置在钢管立柱顶端、焊接。钢管立柱则支撑在塔柱下横梁上。考虑加工和安装的精度偏差和顺横桥向位置调整的需要，支架两端比设计的长度各减少20 mm，支架定位布置如图4所示。

步骤1： ① 爬模施工至上一节段时，预埋定位支撑型钢；

② 从支撑横梁上搭设支撑支架，作为横向定位支架的基础

步骤2： ① 利用D1100塔吊吊装T2底节段；

② 精确调整T2底节段至设计位置，与定位支撑及横向定位支架固结；

③ 安装劲性骨架及钢筋，模板爬升至第19节段，浇筑混凝土

步骤3： ① D1100塔吊吊装T2顶节段，精确调位后与底节段焊接;

② 安装钢筋、爬升模板至第20节段，浇筑混凝土

步骤4：安装第21节骨架、钢筋、内侧模板系统，浇筑第21节混凝土，完成T2相关节段混凝土施工

图3 T2安装步骤图

图4 T2横向定位支架布置图(单位： mm)

4.3 其它节段吊装

J1～J3节段的安装对塔顶吊装系统要求较高，不仅需要极大的起重能力(总吊装能力不小于320 t)，稳定能力，还需要横桥向移动能力，塔顶吊机布置如图5所示。

4.3.1 J3节段吊装

J1～J3节段总体上按照J3、J2、J1的安装顺序。J3节段整体长23 m，高15.5 m，采用卧式运输。为了保证栓接精度，吊装前J1～J3节段应进行试拼。试拼完成后应将J1、J3节段用型钢临时螺栓固定，J2节段安装完成后方可拆除。

塔顶4台卷扬机同步起吊，通过80 t吊钩组、φ50 mm钢丝绳及150 t卸扣与J3临时吊点连接。J3节段首先垂直起吊，距离射击高度约50 cm时，顺桥向移动至塔柱中心，然后继续向上提升至设计位置。

4.3.2 J3调位、定位

J3节段的竖向调整通过塔顶吊机实现。调整到位后，在临时支墩与支撑支架之间填塞薄钢片及聚四氟乙烯滑板。

J3的定位和调整通过固定支架与支撑支架之间设置调位系统实现。在临时固定支架上设置临时支墩，与支撑支架间设置滑板层；在支撑支架上设置反力架并放置千斤顶。通过千斤顶进行横桥向及纵桥向调整。如图6。

4.3.3 顺桥向临时约束

J3、J2安装完成后，结形撑竖向的悬臂高度达到了38 m。为了保证其稳定性、减小其在高空风荷载作用下的摆动，在J2的中部偏上位置(标高+142.65 m)设置1根限位钢管。钢管外径820 mm，壁厚10 mm。在J2与限位钢管之间设置支撑型钢(HN400)并通过链条葫芦将J2与限位钢管固定。保证施工过程中已经安装的J3、J2构件稳定，顺桥向稳定约束布置如图7所示。