浅谈独塔斜拉桥索塔钢壳T0节段施工技术

浅谈独塔斜拉桥索塔钢壳 T0节段施工技术

郑喜强

中铁二十四局集团南昌铁路工程有限公司

摘 要：随着城市都市化建设进程的加快，城市各类景观桥随之兴起，采用独特造型且塔身采用外包钢壳的钢筋混凝土结构的斜拉桥，存在施工难度大、对独塔线形控制及首节钢壳定位要求极高。文中就通过独塔斜拉桥索塔钢壳预埋的施工方法及精准定位做一论述，以便对相类似的工程提供借鉴。

关键词：独塔斜拉桥；索塔钢壳；劲性骨架；精准定位

1 工程概况

于都大桥位于于都县中心城区，横跨贡江水域，连接北岸老城区与南岸新城区。桥梁主线长度为960m，采用独塔预应力混凝土箱梁斜拉桥。索塔采用“鱼跃型”造型，钢壳外形下塔柱为圆形、上塔柱为椭圆形，总高90m，上塔柱77m，下塔柱13m，索塔塔身采用外包钢壳的钢筋混凝土结构，索塔钢壳竖向分节制造，竖向共划分为20个节段（T0～T19节段），现场分节段连接（焊接）安装。索塔钢壳塔底T0节段板件延伸入承台20cm，并在承台顶层钢筋通过处预留钢筋孔，实现钢外壳与承台之间的连接，主塔横断面图见图1。

图1 主塔横断面图（单位：mm）

2于都大桥索塔钢壳T0节段施工方案的确定

于都大桥索塔钢壳T0节段设计高度3.52m，重量17.2t，索塔承台厚度4.2m，T0节段钢壳埋入承台20cm，且与承台顶面层钢筋形成连接，索塔塔身钢筋伸入承台1.5m。针对索塔钢壳T0节段施工难度大，精准定位要求高，项目部提出以下方案进行必选：

方案一：索塔钢壳T0节段采用施工塔吊进行整体吊装；钢壳定位采用预埋劲性骨架伸入承台底部，钢壳及主塔预埋钢筋一次性安装完成；索塔承台一次性浇筑成型。优点是：钢壳及承台一次性安装并施工完成，减少混凝土施工缝。缺点是：现场小型履带吊起重量无法满足T0节段吊装，主塔施工所用塔吊需提前进场或重新租用大吨位吊机进行钢壳吊装，增加施工成本；钢壳预埋劲性骨架伸入承台底部，钢壳T0节段与主塔预埋钢筋一次性安装，造成钢壳精准定位难度大，预埋整体稳定性差；承台设计厚度大于钢板桩围堰围檩间距，承台模板安装受限。

方案二：索塔钢壳T0节段分次加工吊装；索塔承台分次浇筑施工；钢壳定位预埋劲性骨架基准面为承台第一次混凝土浇筑面，完成钢壳T0节段与主塔钢筋预埋安装。优点是：可以利用现场小吨位履带吊进行钢壳吊装，节约成本；承台分次浇筑，可以完成围堰围檩支撑体系转换，有效避开对承台模板安装时的干扰；钢壳预埋劲性骨架整体高度大大缩减，提高了整体稳定性，钢壳预埋安装实现精准定位。缺点是：钢壳分次加工增加焊缝；承台分次浇筑增加施工缝。

项目部综合成本及工期考虑，确定按方案二实施：

（1）索塔钢壳T0节段经设计单位同意后分次加工吊装，首次加工T0-1节段，高度1.7m，重量9.6t；剩余部分T0-2节段高度1.82m，重量7.6t，在承台施工完成后进行二次吊装。

（2）索塔承台厚4.2m，考虑到钢围堰围檩内支撑体系转换以及确保T0节段与索塔塔身钢筋（伸入承台1.5m）预埋安装整体稳定性、定位准确性，承台分两次浇筑，首次混凝土浇筑高度2.7m（设计标高114.00），为后续钢壳及塔身钢筋预埋定位安装提供基准作业面。

（3）由于T0节段作为索塔钢外壳起步段，对其精准定位要求高，为确保T0号钢壳能够稳固支撑并能实现水平及竖直方向的位移调整，承台内需要安装钢壳 T0 节段预埋定位劲性骨架。索塔钢壳预埋定位劲性骨架分两部分组成：可调预埋底座及桁架式马凳。主要施工工艺流程如下：

T0节段分次加工生产—→可调预埋底座安装—→承台第一次浇筑—→桁架式马凳加工、定位安装—→钢壳定位点测量、限位槽安装—→钢壳T0-1节段吊装—→测量复核—→承台第二次浇筑—→钢壳T0-2节段吊装。

3 可调预埋底座加工安装

根据索塔钢壳T0节段底板截面尺寸，环向设置9个可调预埋底座，每个可调预埋底座由1个底座板和4个可调地脚螺栓组成，底座板尺寸为800mm×800mm×15mm钢板，考虑到水平定位调节方便及施工可操作性，可调地脚螺栓螺纹直径规格为M24mm，其主要功能是调整马凳竖直方向标高，以保证钢壳T0节段设计标高的精准度。可调预埋底座平面图、横断面图见图2。

钢壳T0-1节段设计重量9.6t,荷载94.08kN，单个M24mm的螺栓承受荷载为：

94.08kN/36=2.61kN，考虑不安全系数1.2，即2.61kN×1.2=3.132kN。

应力计算：

δ=N/S=3.132 ×10³/(3.14×0.024×0.024×0.25) =6.93Mpa

图2可调预埋底座平面图、横断面图（单位：mm）

在承台第一次混凝土浇筑前，进行测量放样，将可调预埋底座预埋至承台中，采用水准仪调整底座板标高（设计标高114.05），高出混凝土浇筑面5cm，保证在后续马凳标高调整时，可调螺栓具有可操作空间。

4 钢壳定位桁架式马凳制作、安装

4.1 加工制作

桁架式马凳由现场既有型钢材料I10工字钢焊接而成，单个马凳尺寸为600mm×600mm×1250mm，在T0节段底部截面环向设置9个马凳，马凳个体间采用8#角钢进行纵横联结，连接和焊缝满足《钢结构设计标准》（GB50017-2017）的规范要求，马凳平面图、横断面图见图3。

图3马凳平面图、横断面图（单位：mm）

4.2 马凳工字钢验算

I10工字钢S=14.345cm²，[δ]=215MPa。

单个工字钢承受荷载：

94.08÷9÷4×1.2=3.132kN（考虑偏载，安全系数取1.2）

（1）应力计算：δ=N/S=3.132×103/14.345×102＝2.18MPa<[δ]=215MPa

（2）稳定性验算：

翼缘宽b与截面h之比：

b/h＝68/100=0.68≤0.8，属b类构件。

查表得I10工字钢 iy=1.52cm

λy=μL/iy =1.25×2/1.52×10^-2 = 164.48

查表得ψ=0.264

N/ψAf=3.132×10³/ 0.264×14.345×215×10² ＝0.038<1

稳定性符合要求。

4.3马凳定位安装

承台第一次混凝土浇筑完成后，进行马凳安装。先通过地脚螺栓初调预埋板标高，调至设计标高114.05，然后用全站仪在可调预埋板上测量放出马凳布设中心线；然后依次按照中心线安装马凳，并与预埋板牢固焊接。马凳安装焊接完成后，再将每一个马凳标高进行复测，使用可调预埋板微调马凳顶面表高至设计标高后，使用8#角钢将马凳焊接成整体，确保整体稳定性。

图4马凳布置横断面图（单位：mm）

图5马凳布置平面图（单位：mm）

5 钢壳T0-1节段定位及吊装

5.1 钢壳T0-1节段定位

在所有马凳完成安装后，将在马凳顶部横梁使用全站仪精确放出钢壳T0-1节段下部直线段外边线及中心线，主要控制点如图6所示，并对马凳顶部标高（设计标高115.30）进行二次复核、精调。

在马凳顶部放出的钢壳外边线后，调整好水平方向位移，并采用8#角钢制作成限位槽与马凳牢固焊接，以确保钢壳安装的精准定位。

索塔钢壳T0节段底座板安装精度为：

底座板中心的纵向偏差≤2mm，横向偏差≤3mm；

底座板相对桥梁轴线的平行度±1mm；

底座板预埋高程误差±1.5mm。

图6定位坐标示意图

5.2 钢壳T0-1节段吊装

为有效节约成本，钢壳T0-1节段吊装选择现有的XGC55型履带起重机。

先使用55T平板半挂车，从现场临时存放场将T0-1节段托运至索塔位置，并对吊索、吊具进行全面检查，在确认安全的情况下，将起重绳索挂设至钢壳吊码（吊码在钢壳加固出厂前已安装，采用A20型，焊接位置为钢壳内部在环型加劲和纵向加劲交叉且与钢壳焊接位置，吊装完成后可不必拆除，此目的即可防止吊码拆除切割对母材造成损伤，又有利于吊装时钢壳重心的把控）位置，然后进行试吊，试吊完成后将钢壳卸车并进行安装姿态调整，再挂设牵引绳进行吊装，整个吊装过程中设专人指挥，确保现场安全。

整体准备工作就位后，按照预先在马凳上放出的外边线限位槽进行吊装钢壳，安装就位，再对中心轴线、边线坐标及标高进行复核，经复核精准就位后，将钢壳与限位槽进行焊接固定，完成钢壳T0-1节段的吊装工作。

5.3 钢壳T0-1节段定位复测

吊装完成后针对钢壳底部坐标进行再次复测，检查其底部边线及中心线定位精度，经复测，钢壳安装精度满足设计要求，同时为后续钢壳节段安装及塔柱整体线形控制打下基础。

6 承台二次混凝土浇筑及钢壳T0-2吊装

在钢壳T0-1节段吊装完成后，对首次浇筑混凝土面进行凿毛清理，同时进行钢壳内索塔塔身预埋钢筋绑扎安装，以及承台上层部分钢筋和模板安装，完成承台二次混凝土浇筑至设计标高115.50，再进行钢壳T0-2节段吊装，重点控制焊缝质量，完成整个钢壳T0节段的施工。

7 结束语

（1）通过采用可调底座板及马凳劲性骨架，有效控制索塔钢壳T0节段预埋的设计标高及水平面坐标，实现精准定位，为后续索塔钢壳施工的线形准确控制奠定基础。

（2）通过采用主塔钢壳T0分节段加工技术及承台混凝土分次浇筑工艺，降低施工难度，节约成本，提升独塔斜拉桥钢壳预埋整体施工质量，安全有效完成施工任务，可为以后类似工程项目提供借鉴经验。

参考文献

[1]钢结构设计标准GB 50017-2017

[2]公路钢结构桥梁设计规范JTG D64-2015

[3]《地脚螺栓》GB799-2020