阳平渭河大桥塔顶横梁整体提升安装关键技术★

王亚美，徐 宏，邹 超

(1.中铁一局集团有限公司，陕西 西安 710054； 2.中铁一局第四工程有限公司，陕西 咸阳 712000)

1 概述

宝鸡阳平渭河大桥位于虢潘大桥以东5 km，桥梁起点接西宝南线路基工程，上跨南河堤路、渭河、北河堤路及连霍高速，终接阳平物流大道。大桥主桥为双塔双索面钢结构斜拉桥，桥跨布置为(102+208+102)m。主塔为门式结构，高96.5 m，由下塔墩和上塔柱组成，其中下塔墩高21.5 m，为钢筋混凝土结构；上塔柱高75.0 m，为格构式钢结构。单塔柱由4个钢箱柱组成，钢柱间采用横、斜撑连接，纵横向相邻钢柱中心距分别为6.5 m和5.8 m，钢柱横截面尺寸为1.8 m×2.0 m。塔顶横梁为拱形钢桁架结构，两片桁架中心距与塔柱对应，端部与塔柱焊接。横梁跨中高11.25 m，端部高25.65 m，节间长度4.25 m，节间高度4.3 m。桁架平联采用0.7 m×0.7 m×16 mm矩形截面杆件连接。主塔三维模型见图1，主塔横梁三维模型见图2。

本工程塔顶拱形横梁距地面高度96.0 m，桥位处高空中常年风力较大，多为5级～6级，有时可达到10级～11级，如果采用支架法施工，支架搭设难度大，需要投入大量人工、材料，且长时间高空拼装焊接，施工安全风险高，施工质量难以保证。为减少拱形钢桁架横梁空中安装时间及焊接次数，采用整体提升安装施工。塔顶横梁总的提升质量303 t(含提升辅助设施)，外形尺寸29 m×25.65 m×7.5 m，为大体积半圆拱形钢桁架结构，该结构新颖，在同类型桥塔横梁整体提升工程中较为少见。拱形钢横梁由两片半圆拱形钢桁架组成，四个拱脚段在提升中会与钢塔柱摩擦，若采用后期安装，拱片线形难以保证。两片钢桁架同时整体提升，合理的吊点位置选择、各吊点提升过程中同步控制难度大。塔顶横梁整体提升至设计高度后，需整体向河道外小角度倾斜，以满足塔顶向主跨外侧预偏80 mm的设计要求，其位置的准确调整难度大。

2 总体施工方案

横梁采用桥面设置胎架进行低位拼装，利用塔柱顶加设牛腿作为支撑体系的整体提升方案(见图3)。为减少横梁与塔柱之间的摩擦，按高度方向将横梁分为两部分，上部结构左右侧各设置嵌补段，在梁面设置胎架进行原位拼装，下部拱脚段在主塔北侧设置胎架进行预拼。待上部结构拼装完成后利用提升千斤顶将上部结构提升至距梁面4.5 m高处，拆除支架，将下部拱脚段平移至上部结构对应位置正下方，利用手拉葫芦将下部拱脚段提升至与上部结构连接处，用销子连接。提升至设计高度进行精准对位后，采用精轧螺纹钢将横梁与上牛腿固定，之后利用手拉葫芦将下部结构提拉与塔壁紧贴，进行焊接。在下部焊接完成后，拆除提升设备，由下至上依次焊接上部结构嵌补段。

3 关键施工技术

3.1 横梁分块及胎架上拼装

根据设计图纸统计，单个主塔钢横梁由21种杆件组成，共重286.4 t，为保证横梁顺利精确的提升至设计位置，需在横梁两侧设置嵌补段，嵌补段的位置以及大小见图4，横梁提升点示意图见图5。

塔顶横梁组拼时，为了减小高空作业和竖向交叉作业的施工风险、提高拼装精度，根据钢桁架的结构形式，结合塔吊的吊装能力，将横梁散件在地面胎架预拼为较大的单元块，然后，在梁面横梁下部原位设置总拼胎架，胎架上进行单元块整体组装。单个塔顶横梁每片桁架具体分块位置见图6。图6中杆件不包括嵌补段[1]。

名称横梁分块示意图数量/件单件重量/t横梁上部结构212.510 6226.874 2228.229 2228.787 2横梁下部结构48.741 6

3.2 吊点选择

本工程塔顶横梁为钢桁架结构形式，两桁架片之间间距较大(7.2 m)，采用两点起吊时，其平面外稳定性控制较为困难，同时考虑到两侧钢塔柱顶提升支撑点的平面布置，本次提升采用四吊点的提升方式。吊点的布置原则：保证结构良好的受力性能和结构完整性(吊点合力重心与结构物重心重合)；便于提升前后的结构施工。根据上述吊点的布置原则，通过BIM建模，寻找重心平衡位置，最终确定位置见图5。在横梁整体组拼完成后，加固吊点位置结构，在靠近同一塔柱的两吊点之间安装一根横向支撑杆，支撑杆采用双[40b焊接而成，从而形成一整体框架结构，提升时四台提升千斤顶分别布置于两片钢桁架四个吊点，由于空间形成框架，不会出现平面外失稳的情况。

3.3 提升牛腿设计

塔顶横梁的提升牛腿分为固定于钢塔柱顶部的上牛腿和固定于被提升横梁的下牛腿，牛腿结构形式的确定综合考虑了支撑塔柱的截面形式、被提升物的结构形式、荷载大小、现场施工操作空间等问题，同时参考了类似提升工程的施工经验。因提升施工中牛腿为关键的受力构件，承担荷载大，且荷载作用位置较集中，要求其具有较高的强度、刚度和稳定性。本工程中牛腿结构材质为Q420低合金高强度结构钢，其具有强度高、抗疲劳性能好、高韧性、良好的焊接性能。上牛腿由2 Ⅰ 70组成，两工字钢内侧焊接通长12 mm厚加劲板，牛腿长3 963 mm,宽940 mm，截面高700 mm。上牛腿顶部焊接提升千斤顶安装及施工防护架。具体结构形式见图7。提升上牛腿安装于主塔格构柱靠横梁侧塔柱顶部，为了保证上牛腿的侧向稳定性，防止提升过程中产生较大侧向位移，将大、小里层侧上牛腿采用双拼Ⅰ40b连接成整体。Ⅰ40b与牛腿采用双面角焊缝连接，焊脚尺寸不小于10 mm。下牛腿为三角形结构，采用加劲板焊接而成，具体结构形式见图8。三角形加劲板长直角边与横梁吊点位置焊接。

3.4 提升系统设计

塔顶横梁提升设备采用LSD型钢绞线式液压提升设备。LSD型钢绞线式液压提升设备包含提升千斤顶、动力系统及控制系统三大部分。每套连续提升系统安全提升能力300 t(安全系数3.9)，平均提升速度大于20 m/h,退索速度2 m/h。控制系统配置钢绞线应力、应变传感器及电子开关，随时了解钢绞线应力及变形。液压千斤顶及泵站的液压回路上设置了液控单向阀和平衡阀，在遇到突然停电等突发事件即可对油路进行闭锁，使提升重物安全悬挂在所处位置。每个起吊点采用15φ15.2 mm，抗拉强度为1 860 N/mm2高强度低松弛预应力钢绞线提升。根据GB 51162—2016重型结构和设备整体提升技术规范中的相关规定，钢绞线的安全系数宜不小于2倍。钢绞线的承载力 (15根×26 t/根)/(303 t/4)=5.149>2，满足要求。提升系统布置图如图9所示。

3.5 提升过程中钢横梁纵向限位

横梁提升过程中，在纵桥向风荷载作用下，会产生纵向水平位移，提升高度越高，水平位移越大，到一定程度会给提升系统带来安全风险。若采用常规风缆形式来控制，由于横梁动态提升，风缆与垂直方向夹角会不断加大，给提升带来逐渐加大的阻力，不利于横梁顺利提升。在综合考虑施工的便捷性、构造的简易性、塔吊附墙的位置、提升施工的最小空间要求等因素，结合被提升横梁的空间位置，决定在横梁同侧两吊点下牛腿之间的连接双拼Ⅰ40b腹板上，靠近左右两塔柱壁位置，焊接两根双[30a，作为纵向位移限位挡块，上贴30 mm厚橡胶垫，具体结构见图10。

3.6 横梁下部结构安装

第一次正式提升4.5 m高度后，千斤顶上、下锚具锁定，进入悬停阶段。采用塔吊与倒链配合的方式，将横梁下部结构移动至悬停位置的横梁上部结构正下方，并采用销轴连接牢固。横梁下部结构共分四块等大小的单元，安装时需对称安装，保证横梁处于平衡状态[2]。

3.7 整体提升就位

塔顶横梁提升就位后，采用精轧螺纹钢将横梁与上牛腿固定，利用倒链将横梁下部结构安装至设计位置，采用水平千斤顶配合提升千斤顶，对塔顶横梁的位置进行精确调整，满足要求后，将横梁下部结构和钢塔柱侧壁采用马板临时固定，并及时进行焊接。下部结构焊接完成并检测合格后，拆除提升设备，自下向上安装横梁剩余嵌补段[3]。

4 结语

阳平渭河大桥主桥拱形塔顶 钢桁架横梁采用地面胎架总拼，整体提升了安装，减少了高空杆件拼装焊接作业，保证了横梁拱形线形及焊接质量，加快了主塔的施工进度，为全桥的顺利通车奠定了良好基础。该桥拱形钢桁架横梁的整体提升了安装技术，操作简单，施工方便，为类似工程施工提供有益的借鉴[4]。