斜拉桥集中式钢锚箱施工关键技术研究与应用

陈永华

（广东省长大公路工程有限公司,广东 广州 510620）

0 引言

随着桥梁设计施工技术的突破，斜拉桥也在向大跨度、宽幅度等方向发展。为改善斜拉桥受力性能，适应于斜拉索塔端锚固的塔顶集中式钢锚箱作为一种新型的受力结构应用而生。

索塔锚固区因为其复杂的受力性能和结构构造，在斜拉桥设计中需考虑钢与混凝土材料的非均匀性、弹塑性、施工工艺等因素对索塔锚固区结构受力、传力机理的影响[1]，这就给现在的桥梁建设者提出了许多新的横向和纵向课题。在国内作为分离式、斜置式等形式已经有了一些桥梁的应用，如苏通大桥等。

集中式钢锚箱作为一种新型的结构，充分利用了锚箱锚室作为高性能钢材的受拉性能和混凝土的受压性能，充分利用了各型材料的力学性能。钢锚箱节段间利用高强螺栓连接[2]，最下端支撑锚固在混凝土底板上，通过预应力连接。侧向与混凝土外壳分离。

1 工程概况

北街水道桥为主跨380 m的半漂浮体系斜拉桥，桥跨组合（60+150+380+150+60）m。如图 1所示。

桥宽40.8 m，索塔为独柱型索塔，塔高111.18 m，单塔斜拉索共2×2×29=116（条），塔柱斜拉索锚固区采用钢锚箱-混凝土组合结构，索塔钢锚箱采用在底板张拉预应力钢束的方式与混凝土塔柱相连[3]，如图2所示。

钢锚箱高为9.45 m，顺桥向长度为5.98 m，横桥向宽度为6.08 m。锚箱共分为8个锚室。共四种，如表1所列。

2 锚箱加工制造

2.1 钢锚箱结构特点

索塔钢锚箱塔柱节段为主要受力构造[4]，锚拉板、腹板、承压板板厚达48 mm，厚板结构多，主要受力焊缝均为熔透焊缝，焊接质量要求高。其精度要求见表2所列。

锚箱节段的两侧各设置7个锚箱，每对腹板之间有14～16个不同空间角度的锚箱。

节段之间现场连接为端面金属接触加摩擦型高强度螺栓连接，制造精度要求高。

2.2 总体制造思路及流程

索塔钢锚箱塔柱节段作为全桥关键受力构件，针对厚板焊接量大，熔透焊缝多，制造精度要求高的特点，将按照下料与加工、部件制作、节段匹配制作、节段预拼装四个工艺阶段进行制作加工。为此，采取如下制造工艺方案：

（1）零件采用精密切割下料，下料尺寸补偿焊接、矫正收缩量和机加工切削量。零件主要受力方向与板材轧制方向一致，并保证所有零件不用接料，尽可能减少焊接工作量。

图1 北街水道桥立面图

图2 锚室结构与连接示意图

表1 锚箱尺寸及质量汇总表

表2 钢锚箱加工安装精度要求一览表

（2）锚下承压板主要受力构件下料并开制坡口、贴钢衬垫机加贴钢衬边缘，确保零件的外形几何精度，为后续组装精度提供保证，如图3所示。

（3）锚箱部件采用立装法组装，以锚下承压板为底板，以隔板为内胎顺序组装，形成整体后采用小范围分散对称焊接，控制焊接变形。

图3 锚箱锚室组拼图

（4）锚箱节段组装采用卧装法组装，锚箱节段焊接采用小范围分散对称焊接，防止扭曲变形，焊后对焊趾进行锤击处理，减少应力集中。

（5）节段预拼装采用在支撑平台上进行整体试拼装，检查腹板孔群的通孔率，对超差的孔群进行铰孔处理，检测腹板接触面金属接触和钢锚箱垂直度、高度、错边量、锚箱间距，如图4所示。

图4 激光跟踪仪下料示意图

3 钢锚箱安装

3.1 安装难点分析

（1）索塔钢锚箱大吨位吊装施工在以往很少见，无现成施工经验可参照，须采用安全、适用、经济的施工方案完成施工，施工难度很大。

（2）钢锚箱的安装精度决定斜拉索管的安装精度，其定位精度要求很高。大吨位的钢锚箱块件，在高空狭小工作面上进行高精度定位操作，难度非常大。该施工较少见，无可借用的现成施工方法。

（3）钢锚箱与索塔间需要进行高应力值的应力传递。两者由于材料、结构不同，往往产生连接部位混凝土开裂等质量问题。该问题属于国际难题，因此，其施工难度很大。

3.2 安装工艺

索塔钢锚箱安装包括预埋钢板安装和8块钢锚室安装。安装分成两个阶段，第一阶段为安装锚室底板预埋钢板；第二阶段为利用塔顶提升架安装连接钢锚箱。其工艺流程见图5所示。

图5 钢锚箱安装工艺流程图

3.3 底板钢板安装

钢锚箱在110 m高空安装，而塔顶除钢锚箱自身空间外，空间狭窄，而保证钢锚箱底部与混凝土连接的密实度也是控制的关键点之一。

为保证底板预埋钢板密实度，预埋钢板采用座浆法安装。首先定位好底板预埋钢板，精确定位后预留2 cm空隙。水平度控制为1 mm。在四周封闭后，采用压浆工艺将钢板与混凝土底板底座填充，以保证混凝土与钢结构间握裹紧密。图6为底板钢板定位图。

3.4 锚室安装

3.4.1 方案比选

锚室提升高空作业高度较大，空间较小，提出了悬拼支架，塔吊安装，塔顶提升架三个试用方案进行对比。图7为提升方案示意图。

经综合对比，选择了利用塔柱部分塔壁的塔顶吊架施工方案。表3为提升架方案对比表。

图6 底板钢板定位图

图7 提升方案示意图

表3 提升架方案对比表

3.4.2 锚室安装

3.4.2.1 安装调试塔顶提升架

塔顶提升架采用整体吊装进行拼装，其中主体结构支撑系统和主梁系统两部分共三次吊装完毕。起升系统、滑移系统、防护系统待主体结构安装完成后进行安装。

3.4.2.2 吊装第一块锚室

钢锚室为两点起吊，吊装方向为横桥向起吊，钢锚室顺桥向布置。钢锚室吊放到位之后，利用在预埋钢板上提前制作定位卡将钢锚室精确定位。钢锚室基本就位之后，测量组对其四个角点的平面位置及高程进行校核，根据测量结果，利用塔顶提升架对钢锚室进行微调，定位完成后，对称张拉钢锚室进行固定。图8为锚室安装示意图。

图8 锚室安装示意图示意图

3.4.2.3 吊装剩余锚室

剩余钢锚室横移至距离前一块约20 cm时，横移系统开始通过点动控制开关来慢慢向已安装钢锚室靠近。利用定位卡、冲钉对前后锚室连接处进行定位。图9为剩余锚室安装定位示意图。

图9 剩余锚室安装定位示意图

4 结语

北街水道桥钢锚箱从开始启动加工至安装完成，前后历时约一年。安装完成后，经检测，各项指标完成效果较好，各项质量要求和控制点符合设计要求和规范。