中兴大桥V 型主塔竖转施工技术

吴永敏

（宏润建设集团股份有限公司，上海市200235）

1 工程概况

宁波中兴大桥主桥采用一跨过江矮塔斜拉桥，跨径布置为（64+86）m+400 m+（86+64）m=700 m，主桥全宽29 m。上部结构主梁采用混合梁，中跨及部分边跨467 m 范围区段采用钢箱梁，其他区段采用叠合梁；标准段梁高4.5 m，主墩墩顶梁高10.5 m[1]。主桥的效果图如图1 所示。

图1 宁波中兴大桥主桥效果图

斜拉桥主塔外形采用V 型钢结构塔柱，竖向倾角25°，塔顶设中间横梁平衡中边跨索力水平分力。主塔横桥向宽3.6 m，顺桥向宽4 m～5.7 m，桥面以上塔高约37 m。

主塔安装划分为4 个区域，分别为索塔锚固区（含塔头）、塔身标准段区、塔顶横梁段区，以及塔梁结合段区；主塔在工厂分节段进行制作，通过船舶运输至现场。

主塔分段采用浮吊吊装至桥面，在塔脚分缝处安装转动铰，在两侧塔顶横梁端头各安装6 台对拉油缸，通过计算机控制6 台对拉油缸同步提升依次拖起两侧塔柱，完成主塔塔柱竖转。竖转施工完成后，在塔柱横梁上安装提升支架，提升支架上安装4台提升油缸，通过计算机控制4 台提升油缸完成塔顶横梁合龙段提升。索塔区域划分如图2 所示。

图2 索塔区域划分示意图

2 主塔竖转结构体系设计

主塔竖转施工主要考虑在两侧塔顶横梁上设置3 列6 组对拉油缸，通过对拉油缸张拉钢绞线拖起塔柱，直到将主塔竖转到位。主塔竖转结构体系主要包括设置在塔顶横梁上的对拉系统、塔顶横梁与柱脚之间的临时支撑体系、塔梁结合部位的转动铰和背拉索结构，如图3 所示[2]。

图3 主塔竖转结构体系布置图

2.1 对拉系统

对拉系统由对拉油缸、对拉钢绞线和对拉铰三部分组成。对拉铰设计在两侧横梁端口，在三块腹板上各安装一组对拉耳板。对拉耳板用40 mm 钢板进行制作，每组对拉耳板有两个对拉耳板。为了确保对拉耳板有足够的抗剪能力，对拉耳板上的销孔两侧需装配25 mm 厚加强圆环，另外对拉耳板根部箱体内还需装配补强劲板。一侧对拉铰由六组铰座组成，施工时一侧可以同时连接6 个200 t 对拉油缸，整个对拉系统总共设置12 台200 t 对拉油缸。

2.2 支撑体系

支撑体系由临时撑杆、上支撑铰和下支撑铰三部分组成。临时撑杆用φ1 000×钢管进行制作，两头焊接连接耳板。上支撑铰和下支撑铰都为双铰结构，上支撑铰焊接在横梁下侧，下支撑铰焊接在柱脚上侧。支撑铰主要用36 mm 钢板进行制作，焊接部位梁体内侧需要结构补强。

2.3 转动铰

转动铰是竖转设计的关键，由上转动铰和下转动铰两部分组成。上转动铰和下转动铰都为双铰结构，上转动铰焊接在主塔标准段区下端，下转动铰焊接在主梁的塔梁结合段上。转动铰主要用36 mm 钢板进行制作，焊接部位梁体内侧需要结构补强。转动铰结构如图4 所示。

图4 转动铰结构示意图

2.4 背拉索结构

该工程背拉索主要为中跨侧塔柱二次竖转提供反力，减少对已完成边跨侧塔柱结构的影响。背拉索结构由两个200 t 油缸、钢绞线和锚盘组成。背拉索通过钢绞线连接上部结构桥面钢梁节段，用锚盘固定钢绞线，用油缸张紧。

2.5 竖转控制系统

根据提升点具体提升油缸的布置和提升力情况布置液压泵站；采用间歇作业的方式，转体拉索牵引速度可达5～6 m/h。

通过传感器、通讯模块、计算机控制柜的连接，完成现场实时网络控制系统。计算机同步控制系统如图5 所示。

3 主塔竖转整体验算

图5 计算机同步控制系统示意图

（1）塔柱竖向转体时，需分析转体过程中不同角度的受力状态，宜每10°进行一次工况计算。计算内容主要包括：塔柱结构及临时撑杆的应力、变形，铰点反力，对拉钢绞线、背索张拉力与变形。

（2）根据各个工况的计算数据进行计算结果汇总分析。计算结果用于校核竖转体系的应力、变形，也作为施工过程中的数据指导。

（3）对竖转体系各个构件连接节点进行局部计算。局部计算包括：对拉铰应力、变形，上、下转动铰应力、变形，转体销轴及孔壁计算，以及各构件连接焊缝计算。对拉铰局部变形分析如图6 所示。

图6 对拉铰局部变形分析示意图

4 主塔竖转施工

4.1 施工准备

竖转前应进行整体检查，主要包括以下内容：

（1）主塔结构质量、外形均应符合设计要求，塔柱平躺状态中心线位置偏移值不大于±2 mm。

（2）对拉铰、转动铰等铰支座结构及销轴的连接质量应符合竖转设计要求。

（3）临时撑杆连接、背拉索连接等应符合竖转设计要求。

（4）对拉钢绞线、油缸锚片应完好无损，安装正确；泵站与油缸之间的油管连接正确、可靠。

（5）控制系统电路电源接线、安装正确无误；信号传输、数据通讯正确无误。

4.2 加载试验及检查

加载过程采用逐级加载方式，依次加载20%、40%、60%、70%、80%、90%、100%。从60%开始，每级加载完成后静置20 min，对竖转结构体系进行检查，重点关注转铰结构。

4.3 主塔竖转施工

（1）逐级加载完成并检查确认后，将塔体转体脱架，塔体完全离开胎架后即静置观察，静置时间约3 h。期间密切检查各传感器工作是否正常，油缸、液压泵站和计算机控制柜工作是否正常，各种备件、通讯工具是否完备；检查塔柱结构、转铰结构、锚点及临时撑杆结构体系等焊缝是否正常，结构的变形是否在允许的范围内。

（2）先竖转边跨侧塔柱，以靠中跨侧主塔立柱做为配重，计算机控制连接在中跨侧塔柱横梁上的6个对拉油缸开始同步提升，张拉拖起靠边跨侧塔柱，此时边跨侧主塔背索处于松掉状态。

（3）靠边跨侧主塔立柱竖转到位后，连接在中跨侧主塔横梁上的6 个对拉油缸开始停止作业，处于静止状态；完成边跨侧主塔立柱与塔梁结合段的焊接，然后边跨侧塔柱背索开始张紧。

（4）边跨侧塔柱竖转完成后，开始竖转中跨侧塔柱。中跨侧塔柱竖转以已安装到位的边跨侧主塔立柱为张拉塔架，背索为后锚点，计算机控制连接在边跨侧塔柱横梁上的6 个对拉油缸开始同步提升，张拉拖起中跨侧塔柱。

（5）靠中跨侧塔柱竖转到位后，连接在边跨侧塔柱横梁上的6 个对拉油缸停止工作；完成中跨侧塔柱与塔梁结合段的焊接，中跨侧塔柱竖转完成。

（6）在主塔竖转过程中，环口是缓慢就位的，通过在塔根部两侧面布置6 道就位挡块来限制主塔环口就位的路径。就位挡块用30 mm 厚钢板进行制作，在上部切成一个喇叭口，通过设置就位挡块可以有效地防止主塔竖转就位时产生左右偏位。

（7）在主塔竖转就位前，对拉钢绞线受力逐步减小，不利于对拉油缸施工控制。宜采用同步张拉背索的方法主动提供拉力。

5 结 语

在塔柱采用钢结构时，宜优先采用低位平面拼装，再竖向转体就位施工，可有效减少高空作业量，降低塔柱高处拼装作业的安全风险，也有利于现场钢结构施工质量的控制。竖向转体施工无需搭设大量承重支架、脚手架，从而减少大型吊装设备使用量，具有经济性好、施工进度快等优点。

中兴大桥V 型主塔于2018 年8 月顺利完成竖转施工，安全无事故，质量符合设计与规范要求。其成功经验可为其它类似桥梁的施工提供借鉴。