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整體豎轉(zhuǎn)技術(shù)在斜拉索橋傾斜索塔施工中的應(yīng)用

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：采用整體豎轉(zhuǎn)的施工方法進(jìn)行斜拉索橋傾斜索塔的吊裝，可降低索塔結(jié)構(gòu)的高空拼裝工作難度。由于采用地面拼裝和焊接，便于拼裝過(guò)程中的結(jié)構(gòu)尺寸精度控制，提高焊接質(zhì)量和工效。鋼塔采取整體豎轉(zhuǎn)到位，最大程度減少了高空安裝、調(diào)整及焊接工作量，使鋼塔最終安裝精度得到了有效的保證。
    關(guān)鍵詞：整體豎轉(zhuǎn) 傾斜索塔 安裝精度

    一、工程概況

    西安?灞生態(tài)園灞河2號(hào)橋主跨為半漂浮體系獨(dú)塔斜拉索鋼箱橋，跨度為 145m，橋面寬度29.8m，鋼橋橫斷面為雙箱雙室扁箱形，鋼橋總重2800噸。索塔為矩形變截面四腹板橢圓形鋼箱體，索塔斜高80.752m，垂直高度78m，鋼塔自重1560.74噸，塔身中心線與水平面成75°傾角。鋼塔為全焊接結(jié)構(gòu)，底部最大截面為5820×2500（單位：mm），頂部最小截面為3000×2500（單位：mm）。全橋主體鋼結(jié)構(gòu)主要選用Q345qD鋼材，最大焊接板厚為60mm。鋼索塔的施工，采取工廠內(nèi)整體拼裝后分段焊接，現(xiàn)場(chǎng)在水平支架上進(jìn)行拼裝和焊接成鋼拱，最后采用整體豎轉(zhuǎn)的施工方法將鋼索塔扳轉(zhuǎn)到75°傾角的安裝位置。

    二、施工技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策
    1： 西安灞河2號(hào)橋坐落于灞河與?河交匯處，河道常年有水，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間在6-11月份，為灃水期。施工區(qū)域水深約為4-5米，對(duì)構(gòu)件吊運(yùn)帶來(lái)不便。對(duì)策：為確保施工工期，降低施工措施費(fèi)用，施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)ㄅR時(shí)圍堰，將場(chǎng)地內(nèi)的積水抽干后進(jìn)行施工。以解決水面區(qū)域施工難題。
    2： 由于該鋼索塔在橋的縱軸向與水平面成75°傾角，垂直高度78m，總重達(dá)1560.74噸，使索塔鋼結(jié)構(gòu)單元的拼裝、吊裝、定位及焊接難度極大。對(duì)策：通過(guò)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)幾種施工方案的工期、成本及安全可靠性比較后，決定采用鋼塔在水平支架上完成整體拼裝焊接，然后采用整體豎轉(zhuǎn)的方法將鋼塔安裝就位，從而解決高空拼裝時(shí)鋼結(jié)構(gòu)單元吊裝、定位、穩(wěn)固及高空焊接的難題。
    3： 整體豎轉(zhuǎn)施工方法的技術(shù)難點(diǎn)是建立安全可靠的豎轉(zhuǎn)受力體系，保證體系受力明確、簡(jiǎn)潔可靠。對(duì)策：經(jīng)過(guò)反復(fù)論證和驗(yàn)算，最終確定采用塔根鉸接式起重塔充當(dāng)豎轉(zhuǎn)拔桿，塔頂采用6臺(tái)350噸穿心式液壓千斤頂及后背錨穩(wěn)繩組成的受力體系。完成索塔豎轉(zhuǎn)過(guò)程受力。
    4： 豎轉(zhuǎn)鉸鏈安裝精確定位是保證索塔順利豎轉(zhuǎn)和定位的關(guān)鍵，鉸鏈安裝誤差的控制是整體結(jié)構(gòu)施工基礎(chǔ)和難點(diǎn)。對(duì)策：通過(guò)制定科學(xué)的測(cè)量方案并增加相應(yīng)的工藝措施，控制了鉸鏈安裝的定位精度。
    5： 鋼索塔豎轉(zhuǎn)就位后，由于其結(jié)構(gòu)自重的影響將出現(xiàn)塔身彎曲，從而影響索塔焊接前定位及索塔掛索時(shí)結(jié)構(gòu)線形控制。同時(shí)，索塔就位后由于河道風(fēng)力較大，必須解決索塔安裝就位狀態(tài)風(fēng)震的影響。對(duì)策：索塔就位后，利用塔身中部錨索孔增設(shè)轉(zhuǎn)換索調(diào)整塔身中部撓曲變形，既解決了索塔變形問(wèn)題，又為索塔提供了抗風(fēng)震的穩(wěn)定索。
    三、整體豎轉(zhuǎn)的關(guān)鍵技術(shù)
    1: 整體豎轉(zhuǎn)的受力體系
    整體豎轉(zhuǎn)的受力體系由索塔、起升索、起重塔、塔頂穿心式千斤頂、后背索及后背錨組成。索塔坐落于8號(hào)橋墩上，根部4m埋入8號(hào)墩混凝土內(nèi)。索塔在工廠內(nèi)分段加工完成后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，在8號(hào)墩與10號(hào)墩之間搭設(shè)拼裝支架，進(jìn)行索塔拼裝和焊接。索塔頂段設(shè)置三組吊耳，用于豎轉(zhuǎn)時(shí)安裝起升索錨具。起重塔搭建于8號(hào)墩頂，采用65式軍用墩標(biāo)準(zhǔn)桿件組合成變截面桁架結(jié)構(gòu)的承重塔。起重塔底部在組裝階段為剛性固結(jié)，外排桁架為起重塔搭建提供支撐。在索塔豎轉(zhuǎn)階段，起重塔底部轉(zhuǎn)換為鉸接，外排桁架與塔身承重桁架脫開(kāi)。從而減少起重塔的根部約束，簡(jiǎn)化起重塔桿件受力。索塔豎轉(zhuǎn)提升千斤頂安裝在起重塔頂?shù)钠鹬仄脚_(tái)上，起重平臺(tái)在10號(hào)墩側(cè)安裝六臺(tái)350噸液壓穿心式千斤頂，用于豎轉(zhuǎn)牽引。千斤頂上安裝144根Φ15.24mm1860級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼鉸線作為起升索，與索塔頂部吊耳連接，用于牽引在地面完成整體拼裝的索塔。在7號(hào)墩兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)1000噸地錨，每個(gè)地錨安裝兩臺(tái)350噸千斤頂。采用96根Φ15.24mm1860級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，將地錨與起重塔頂平臺(tái)連接作為后背索。用于平衡起升索傳遞到塔頂平臺(tái)的索力。
    1.1：索塔整體豎轉(zhuǎn)施工現(xiàn)場(chǎng)布置：


    1.2：起重塔
    起重塔架采用65式軍用墩桿件組合而成，為提高起重塔搭設(shè)速度和便于塔頂設(shè)備的安裝，在起重塔一側(cè)安裝一臺(tái)23B型塔吊，將軍用墩桿件在地面組合成框架結(jié)構(gòu)后，再吊至起重塔上進(jìn)行組裝。隨著起重塔的高度升高，塔吊在距8號(hào)墩頂48m處設(shè)置附著點(diǎn)，附著在起重塔架上。起重塔分別在距8號(hào)墩頂48m、63m和78m處設(shè)置三層風(fēng)纜繩。每層風(fēng)纜繩為四根對(duì)稱布置，繩徑28mm，預(yù)緊力6噸。起重塔各主要施工工況狀態(tài)，采用ANSYS軟件按照實(shí)體建模后進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算：

    1）在起重塔搭設(shè)階段主要考慮風(fēng)載荷和塔吊附著后的附加載荷的影響，起重塔架設(shè)三層風(fēng)纜繩后，滿足最大400Pa風(fēng)壓下的安全狀態(tài)；
    2）起重塔在工作狀態(tài)（起重塔底為鉸支狀態(tài)，且考慮400Pa風(fēng)載荷最不利風(fēng)向）

    通過(guò)對(duì)起重塔在各工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度檢算，表明起重塔結(jié)構(gòu)滿足索塔豎轉(zhuǎn)對(duì)強(qiáng)度及剛度的要求。起重塔搭建過(guò)程要保證各節(jié)點(diǎn)連接可靠，高強(qiáng)螺栓連接付做到不欠擰和不過(guò)擰。并在豎轉(zhuǎn)加載后對(duì)全部螺栓進(jìn)行檢查，松動(dòng)的部分及時(shí)補(bǔ)擰。起重塔拼裝過(guò)程中嚴(yán)格控制塔架的垂直度，完成拼裝的起重塔垂直度偏差小于20mm.

    1.3：后背錨
    通過(guò)對(duì)索塔豎轉(zhuǎn)各階段的受力計(jì)算分析，豎轉(zhuǎn)加載到索塔脫離拼裝支架的臨界狀態(tài)，受力體系各部承載達(dá)到最大值，隨著索塔豎轉(zhuǎn)角度的增加各部受力值逐漸減小。因此，受力體系的結(jié)構(gòu)計(jì)算均采用豎轉(zhuǎn)初始階段的最大承載力值為設(shè)定值。并考慮最不利方向400Pa風(fēng)載荷及1.1的動(dòng)載系數(shù)。起升索最大索力為1040噸；后背索最大索力為856噸。
    后錨設(shè)計(jì)為重力式錨碇。每個(gè)后錨設(shè)4根Φ1500mm樁基，樁長(zhǎng)25m，承臺(tái)尺寸為6250*6250*3500mm，承臺(tái)及樁身自重為 476噸。后背錨計(jì)算結(jié)果：
    每個(gè)后錨所受最大上拔為：225噸
    抗拔安全系數(shù)為：K=476/225=2.11>2.0
    每個(gè)后錨所受最大水平力為：363噸
    抗滑移安全系數(shù)為：K=2.1>1.4
    后背錨滿足受力要求。索塔豎轉(zhuǎn)加載過(guò)程中后背錨觀測(cè)最大水平位移為3mm。


    1.4：索塔豎轉(zhuǎn)鉸鏈
    鋼鉸鏈既是豎轉(zhuǎn)過(guò)程的轉(zhuǎn)軸，又是索塔拼裝及豎轉(zhuǎn)就位的基準(zhǔn)。隨著搬轉(zhuǎn)角度的增大，鋼鉸鏈最終將承受鋼塔全部重量，因此，鋼鉸鏈既要滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于施工，又要確保足夠的強(qiáng)度和剛度，安全可靠。鋼鉸鏈分為鉸鏈下座、銷(xiāo)軸和鉸鏈上座三部分構(gòu)成（如下圖）鋼鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)部位均應(yīng)保證 以上光潔度，材料均應(yīng)進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)。結(jié)構(gòu)在工廠內(nèi)制作完成后進(jìn)行消除應(yīng)力處理。
    鋼塔豎轉(zhuǎn)鉸支座裝配Φ400mm銷(xiāo)軸，材質(zhì)為40Cr調(diào)質(zhì)處理；耳板采用Q345B，耳板厚度為90mm。
    鋼鉸支座最不利受力工況為鋼塔被扳轉(zhuǎn)到75°安裝就位狀態(tài)，取1.1倍的沖擊系數(shù)，下部銷(xiāo)軸所受總荷載為 1415.68*1.1=1557.25 噸，由兩幅鉸鏈承受。
    銷(xiāo)軸抗剪安全系數(shù)：K=6
    耳板承壓安全系數(shù)：K=4.46
    經(jīng)計(jì)算，豎轉(zhuǎn)鉸鏈耳軸及耳板均滿足施工要求。



    1.5：起升千斤頂及吊索
    1）起升千斤頂為6臺(tái)350噸液壓穿心式千斤頂，并排安裝在起重塔頂部平臺(tái)的9號(hào)墩側(cè)，各頂之間通過(guò)油壓傳感器和位移傳感器控制各千斤頂受力均衡。起升力最大值為1040噸每臺(tái)頂平均受力為173.3噸，千斤頂工作安全系數(shù)2.01，滿足施工要求。
    2）起升索共計(jì)144根，在起重塔頂平臺(tái)處分六束穿在6臺(tái)液壓穿心千斤頂上，在索塔頂部每相鄰兩束為一組與索塔頂部吊耳連接。最大起升力1040噸時(shí)，平均每根鋼絞線受力7.2噸，鋼絞線破斷力25.6噸，安全系數(shù)為3.54，滿足施工要求。
    3）索塔頂部吊耳，是在原設(shè)計(jì)塔頂箱形結(jié)構(gòu)內(nèi)部增加兩條內(nèi)置腹板進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)；腹板的布置形式等同于鋼塔內(nèi)置腹板的原設(shè)計(jì)；吊耳設(shè)計(jì)為插入式吊點(diǎn)，用于鋼塔的豎轉(zhuǎn)起吊。


    索塔頂部吊耳軸采用Φ400mm銷(xiāo)軸，材質(zhì)為40Cr；耳板采用Q345B，耳板厚度為58mm共計(jì)三組吊耳，六塊耳板。
    索塔頂部吊耳受力最大工況為索塔豎轉(zhuǎn)脫離拼裝支架時(shí)，每組吊耳所受最大荷載為346.66 噸，由此可得：
    銷(xiāo)軸抗剪安全系數(shù)（按Q345B計(jì)算）：K=13.47
    耳板承壓安全系數(shù)：K= 6.25
    1.6：后背千斤頂及后背索
    后背千斤頂為4臺(tái)350噸液壓穿心式千斤頂，在每側(cè)后背錨分別安裝兩臺(tái)千斤頂。4臺(tái)后背千斤頂通過(guò)壓力傳感器平衡后背力。后背力最大值為索塔豎轉(zhuǎn)脫離拼裝支架時(shí)，合計(jì)856噸。每臺(tái)頂平均受力為214噸，安全系數(shù)1.63，滿足施工要求。
    后背索共計(jì)96根，分4束穿在后背千斤頂和起重塔頂平臺(tái)后背錨掛架之間，最大后背力為856噸時(shí)平均每根受力8.92噸，鋼絞線破斷力25.6噸，安全系數(shù)為2.87，滿足施工要求。
    1.7：起重塔下部鉸支撐結(jié)構(gòu)
    考慮索塔豎轉(zhuǎn)過(guò)程中起升力為漸變值，與之平衡的后背力隨起升力的變化而改變。不同的索力狀態(tài)下后背索的彈性伸長(zhǎng)量不同，由此造成重塔隨后背索長(zhǎng)度的變化而出現(xiàn)偏斜。當(dāng)起重塔偏斜時(shí)，若起重塔的根部與基礎(chǔ)為剛性連接，則勢(shì)必在根部桿件上出現(xiàn)彎矩，并隨起重塔偏斜量增大而遞增。此種狀態(tài)下，起重塔根部桿件將出現(xiàn)既承受壓力又承受彎矩，從而使根部桿件容易出現(xiàn)受壓狀態(tài)下的失穩(wěn)。基于上述原因，起重塔工作狀態(tài)下應(yīng)減少根部約束，消除彎矩的不利影響。故此，起重塔下部在豎轉(zhuǎn)工作狀態(tài)下采用鉸接支撐形式，改善起重塔根部桿件受力狀態(tài)，提高起重塔的安全性。
    起重塔下部鉸支撐結(jié)構(gòu)由上部橫梁、下部縱梁、下鉸座構(gòu)成。上部橫梁與起重塔墩柱采用高強(qiáng)螺栓連接，上橫梁與下縱梁為焊接。下縱梁與下鉸座在橋的縱軸向通過(guò)半圓鉸連接。由此形成起重塔在豎轉(zhuǎn)過(guò)程中沿橋縱軸方向?yàn)楦裤q支的桅桿，起重塔在橋的縱軸向的平衡由連接塔頂平臺(tái)的起升索和后背索來(lái)保證。由于塔根部的鉸支撐由七組鉸支座組成，在進(jìn)行下鉸座定位安裝時(shí)必須保證各鉸支座的同軸度，以保證起重塔鉸支撐各點(diǎn)受力的均勻和各鉸支座在橋的縱軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性。起重塔下部結(jié)構(gòu)圖示。


    索塔豎轉(zhuǎn)受力體系，通過(guò)充分的結(jié)構(gòu)計(jì)算后進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作和安裝。以保證結(jié)構(gòu)的可靠性和施工的安全性。
    2：豎轉(zhuǎn)鉸鏈的安裝定位
    2.1：索塔根部錨固段的安裝
    索塔豎轉(zhuǎn)的鋼鉸鏈，安裝在索塔錨固段內(nèi)。因此，索塔錨固段是塔體豎轉(zhuǎn)施工的基礎(chǔ)，其安裝狀態(tài)必須滿足鉸鏈安裝定位的精度要求，才能保證后期索塔拼裝及豎轉(zhuǎn)的順利進(jìn)行。索塔根部箱體4000mm澆筑在混凝土塔墩中，墩頂面以上2000mm鋼塔節(jié)內(nèi)灌注混凝土。塔墩通過(guò)埋設(shè)的精軋螺紋鋼及貫穿錨固段箱體的剪力筋與索塔澆注混凝土后連成一體，索塔錨固箱節(jié)的安裝就位后方可進(jìn)行塔墩最終段的混凝土澆注施工。

    在索塔預(yù)埋段吊裝前，在混凝土墩臺(tái)內(nèi)設(shè)置型鋼支架，用作預(yù)埋段安裝就位時(shí)的定位支撐架。用全站儀投放預(yù)埋段在安裝支架上頂面定位十字中心線，用于索塔預(yù)埋段下端口安裝定位基準(zhǔn)線。將鋼塔預(yù)埋段吊起放入塔墩內(nèi)的支架上，調(diào)整至箱體下端口軸線與支架上定位軸線重合后，在下端口四側(cè)設(shè)置定位擋塊。
    橋塔預(yù)埋段吊裝就位后，用全站儀對(duì)塔節(jié)上口十字中心線進(jìn)行測(cè)量。塔節(jié)上口測(cè)量基準(zhǔn)線為橋的縱向軸線和8號(hào)塔墩橫向軸線。先將一側(cè)索塔預(yù)埋段上端口調(diào)整完畢，保證上端口橫向軸線與塔墩軸線平行，同時(shí)保證上端口4邊中心點(diǎn)的坐標(biāo)與設(shè)計(jì)相符。然后參照塔墩橫向軸線和橋的縱向軸線進(jìn)行另一側(cè)索塔預(yù)埋段的調(diào)整。保證兩預(yù)埋段上口縱軸向中心線平行度偏差在6000mm長(zhǎng)度內(nèi)小于5mm,橫軸向中心線同軸度偏差小于3mm，調(diào)整完成后將鋼塔和底座焊接牢固。塔墩混凝土澆筑時(shí)應(yīng)注意塔節(jié)兩側(cè)混凝土均勻澆筑和振搗，并實(shí)施監(jiān)控測(cè)量跟蹤，防止預(yù)埋段塔節(jié)的位移。
    2.2：鋼鉸鏈安裝
    用全站儀復(fù)測(cè)預(yù)埋段上端口四側(cè)面中心觀測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)，并用光電經(jīng)緯儀復(fù)查兩箱體縱向軸線平行度和橫向軸線同軸度。通過(guò)GPS點(diǎn)定位G、B、H、C用于鉸座及索塔安裝放線基準(zhǔn)點(diǎn)。

    其中：A、E、F為橫軸線定位點(diǎn)；
    O1、O2為索塔錨固段上端口中心點(diǎn)；
    　　G、B；H、C為縱軸線定位點(diǎn)；
    P1、P2為下鉸座耳軸孔中心點(diǎn)；
    以③軸線為基準(zhǔn)軸線放出④軸線為鉸鏈軸心定位軸線。
    以①、②軸線放出兩鉸鏈在縱向定位軸線，其支點(diǎn)P1、P2為兩鉸鏈中心定位點(diǎn)。
    以A點(diǎn)為原點(diǎn)，C點(diǎn)為定位點(diǎn)，J點(diǎn)為P1、P2的中心點(diǎn)利用全站儀于A點(diǎn)復(fù)測(cè)P1、P2點(diǎn)縱軸的坐標(biāo)位置。
    將下鉸座連同鉸座板吊入鋼箱體，以下鉸鏈孔中心安裝定位，調(diào)整鉸鏈下座耳板垂直度、耳板平面與中心線垂直平面的平行度及兩耳板與中心垂直面的對(duì)稱度，用框式水平儀檢查鉸鏈耳板加工面的垂直度偏差應(yīng)小于1/1000。
    在下鉸座兩軸孔的外側(cè)，臨時(shí)安裝一等徑圓盤(pán)，圓盤(pán)加工成芷口與耳軸孔的配合間隙不大于0.05mm，圓盤(pán)中心點(diǎn)與軸孔中心重合。圓盤(pán)內(nèi)、外側(cè)軸心點(diǎn)用劃針劃出十字線交點(diǎn)，劃針線寬應(yīng)小于0.2mm。如上圖所示。
    在J點(diǎn)架設(shè)經(jīng)緯儀，測(cè)量調(diào)整鉸座內(nèi)、外側(cè)耳板上銷(xiāo)軸孔中心與④軸線所在鉛垂面的平面外偏差，以A點(diǎn)架設(shè)水準(zhǔn)儀測(cè)量?jī)?nèi)、外側(cè)銷(xiāo)軸孔心標(biāo)高偏差，采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行觀測(cè)線標(biāo)定，保證同一銷(xiāo)軸兩側(cè)孔心徑向偏差值小于1mm，兩墩臺(tái)上的下鉸座耳軸孔中心同軸度偏差值小于2mm。
    用全站儀于A點(diǎn)對(duì)下鉸座銷(xiāo)軸孔的安裝偏差進(jìn)行復(fù)測(cè)后，將下鉸座進(jìn)行定位焊接。
    控制精度要求：①P1-P2線與H-C線垂直度偏差小于3/20000；②P1P2兩點(diǎn)水平度偏差小于2mm，以保證鋼塔安裝就位后垂直度偏斜小于1/5000；③P1、P2處鉸軸孔中心軸與P1P2軸線的同軸度偏差小于2mm。
    下鉸座與錨固段的焊接采用兩名焊工同焊接參數(shù)、對(duì)稱位置施焊，焊接采用小電流、分段跳焊，焊前預(yù)熱溫度80～100℃，焊接過(guò)程層間溫度控制小于250℃，焊后保溫緩冷并進(jìn)行消氫處理。鉸座焊接過(guò)程應(yīng)始終進(jìn)行測(cè)量觀測(cè)，通過(guò)調(diào)整焊接次序和規(guī)范控制焊接變形，嚴(yán)禁大電流連續(xù)施焊，每完成一道焊縫焊接后，用氣動(dòng)風(fēng)鎬打擊焊縫表面，以碾壓焊縫消除焊接殘余應(yīng)力。
    1）焊接方法： 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊；
    2）焊材：藥芯焊絲（TWE-711）；
    3）焊前預(yù)熱：80℃～100℃；
    4）層間溫度：180℃～200℃；
    完成下鉸座安裝、焊接后，進(jìn)行上鉸座安裝。上鉸座安裝時(shí)先將上、下鉸座用假軸連接，假軸外徑與鉸座孔徑誤差為0.5mm，假軸用厚壁無(wú)縫管加工而成， 假軸穿入上、下鉸座后應(yīng)保證上鉸座能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，然后將上鉸座轉(zhuǎn)至其與上節(jié)箱體的安裝位置，用支架將上鉸座固定。調(diào)整上節(jié)鋼箱體與下部預(yù)埋段箱體側(cè)板軸線重合后，將上鉸鏈與上箱體焊接固定。
    上鉸座裝配圖示意圖：


    首段箱體按索塔安裝位置吊裝就位，與上鉸鏈焊接完成后，將上段塔節(jié)轉(zhuǎn)至水平拼裝狀態(tài)。
    上鉸座與索塔箱體間的焊接遵參照下鉸座的焊接工藝制度進(jìn)行，鉸座與箱體的焊接過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常用塞尺檢查，假軸與軸孔的間隙變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不均勻變形時(shí)及時(shí)調(diào)整焊接順序。
    鉸座焊接過(guò)程熱量集中，最大板厚60mm,拘束度很大，易產(chǎn)生熱裂紋和母材的層狀撕裂，焊后采用電熱毯加熱，電子溫控儀控溫，進(jìn)行退伙處理。外包100mm厚石棉被，退火溫度600℃～650℃，保溫時(shí)間130分鐘，然后緩慢冷卻至室溫，退火加溫區(qū)應(yīng)為焊縫及兩側(cè)150mm范圍。

    3：索塔拼裝
    選用65式軍用墩搭設(shè)索塔現(xiàn)場(chǎng)拼裝支架，上部鋪設(shè)鋼墊梁，做為塔架箱體拼裝載荷分配梁。分配梁上設(shè)拼裝支撐墩作為鋼塔箱節(jié)拼裝時(shí)的支撐點(diǎn)。
    索塔節(jié)的拼裝以首段與鋼鉸鏈焊接定位的箱體為初始端，各拼裝段腹板中心均與首段的腹板中心在同一水平面，各段的拼裝就位依照內(nèi)外側(cè)腹板中心線上定位點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。就位的鋼塔節(jié)從N3（N3’）段接口開(kāi)始向沿橢圓長(zhǎng)軸對(duì)稱向N25段依次進(jìn)行拼裝。每完成兩個(gè)支撐柱跨距單元內(nèi)的塔段吊裝和調(diào)整后，隨即進(jìn)行該單元內(nèi)塔段的定位焊接，然后進(jìn)行后續(xù)單元內(nèi)塔段的吊裝和焊接。
    塔段接口上蓋板、下蓋板采用帶焊劑襯墊的CO2焊接，實(shí)現(xiàn)單焊雙面成型。腹板采用分段立焊，焊工以接口豎向中心線為對(duì)稱軸對(duì)稱布置，同步施焊。先焊內(nèi)側(cè)兩腹板，再焊外側(cè)兩腹板。焊前需對(duì)焊縫兩側(cè)及坡口內(nèi)的銹蝕進(jìn)行充分清理，焊劑墊使用前應(yīng)進(jìn)行450℃烘干2.5小時(shí)以上，并進(jìn)行200℃保溫待用，將襯墊裝配到焊縫鈍邊下側(cè)，襯墊應(yīng)與鋼板表面貼緊，適度擠壓。然后進(jìn)行母材預(yù)熱，預(yù)熱采用電熱毯或加熱棒預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在焊接側(cè)表面溫度為80～100℃為宜，預(yù)熱區(qū)域?yàn)楹缚p兩側(cè)各100mm?150mm，二氧化碳?xì)獗：复虻缀附樱附舆^(guò)程層間溫度控制在250℃以下。
    索塔拼裝采用三維坐標(biāo)定位的同時(shí)，對(duì)索塔上斜拉索孔中心位置坐標(biāo)進(jìn)行校核。由于塔段在支架上進(jìn)行拼裝，每段塔節(jié)就位時(shí)都應(yīng)對(duì)前段已就位鋼塔進(jìn)行復(fù)測(cè)，以監(jiān)控支架承載變化后的變形，并及時(shí)調(diào)整拼裝塔節(jié)標(biāo)高。

    由于索塔現(xiàn)場(chǎng)焊縫全部為一級(jí)焊縫，需進(jìn)行48小時(shí)后的100%超聲波探傷和10%射線探傷。因此，探傷工作應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)的焊接及吊裝作業(yè)合理安排，以保證施工人員的人身安全和最佳的施工效率。
    4：鋼橋塔豎轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)
    以起重塔頂平臺(tái)為液壓提升系統(tǒng)的工作平臺(tái)，將六臺(tái)350噸級(jí)液壓穿心式千斤頂作為起升設(shè)備，安裝于塔頂起重平臺(tái)上。起重平臺(tái)通過(guò)縱、橫墊梁將載荷分布到軍用墩立柱上。起重平臺(tái)由橫梁和起重縱梁構(gòu)成，在縱梁上安裝錨箱用于安裝豎轉(zhuǎn)千斤頂，通過(guò)鋼鉸線與索塔頂部吊耳連接。六臺(tái)350噸液壓千斤頂分別使用兩臺(tái)液壓站供油，在豎轉(zhuǎn)工作過(guò)程，通過(guò)安裝在千斤頂上的位移傳感器和壓力傳感器控制千斤頂?shù)耐轿灰坪途鶆蚴芰?。索塔豎轉(zhuǎn)的前45°采用六頂同時(shí)工作，45°-75°采用四頂工作。


    后背索采用四臺(tái)350噸千斤頂工作，分別由兩臺(tái)液壓站供油。起升和后背系統(tǒng)液壓站由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制。
    5：豎轉(zhuǎn)過(guò)程監(jiān)控及觀測(cè)
    5.1：應(yīng)力監(jiān)控
    起重塔搭設(shè)完成后，按照對(duì)起重塔結(jié)構(gòu)受力計(jì)算的結(jié)果，在起重塔鉸座、變截面位置軍用墩柱、塔頂分配梁及起重平臺(tái)縱梁吊耳處安裝張弦式應(yīng)變測(cè)試設(shè)備，測(cè)量各點(diǎn)應(yīng)力初始值。在索塔豎轉(zhuǎn)開(kāi)始后按照每分鐘一次的頻率對(duì)起重塔高應(yīng)力區(qū)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)值與理論計(jì)算值進(jìn)行比照，為索塔的豎轉(zhuǎn)提供決策依據(jù)。

    5.2：測(cè)量觀測(cè)
    索塔豎轉(zhuǎn)過(guò)程中需對(duì)起重塔縱向偏位、起重塔橫向偏位、索塔豎轉(zhuǎn)角度、及后背錨變位進(jìn)行觀測(cè)。
    起重塔的縱、橫向變位觀測(cè)采用光電經(jīng)緯儀測(cè)量，用于監(jiān)控隨著索塔豎轉(zhuǎn)角度的變化引起起重塔頂受力不平衡時(shí)起重塔的傾斜。以便于及時(shí)調(diào)整后背索力，平衡起重塔受力，使起重塔垂直度保持適當(dāng)?shù)钠罘秶?
    在豎轉(zhuǎn)加載后，采用經(jīng)緯儀對(duì)后背錨水平位移進(jìn)行觀測(cè)，以掌握后背錨基礎(chǔ)受力后的變位，確保豎轉(zhuǎn)過(guò)程的安全。
    索塔豎轉(zhuǎn)角度的觀測(cè)采用在索塔腹板中心線上貼反光片，用全站儀進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)測(cè)出索塔的豎轉(zhuǎn)角度。
    6：索塔豎轉(zhuǎn)
    完成索塔拼焊、檢測(cè)、豎轉(zhuǎn)設(shè)備安裝及起升索穿索和索力初調(diào)后。更換鉸鏈耳軸，先將上、下鉸鏈安裝定位使用的假軸用耳軸頂出，然后拆除所有上、下鉸鏈固定支撐及索塔拼裝過(guò)程中的工藝支撐。使索塔與拼裝支架的全部連接點(diǎn)斷開(kāi)，并清理塔內(nèi)和塔頂面的全部雜物，清除索塔豎轉(zhuǎn)前的障礙。
    索塔豎轉(zhuǎn)分以下幾個(gè)階段進(jìn)行：
    6.1：豎轉(zhuǎn)前起重塔垂直度調(diào)整：由于起重塔在豎轉(zhuǎn)加載前其塔根部轉(zhuǎn)為鉸接支撐形式，塔頂起升力和后背力變化時(shí)，起重塔身將出現(xiàn)偏斜，為控制起重塔頂位移，減少對(duì)塔頂操作人員帶來(lái)不適的影響，豎轉(zhuǎn)過(guò)程中起重塔頂?shù)目v橋向偏斜量一般控制在50mm以內(nèi)。加載前起重塔初始垂直度偏差控制在10mm以內(nèi)。
    6.2：豎轉(zhuǎn)加載、壓載：索塔豎轉(zhuǎn)加載分20%、40%、60%、80%、100%五個(gè)階段進(jìn)行，每階段加載過(guò)程中，對(duì)起重塔和索塔均應(yīng)力應(yīng)變值進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，并及時(shí)調(diào)整起重塔的偏斜量。加載到預(yù)計(jì)起升力之后，索塔將轉(zhuǎn)離拼裝平臺(tái)，索塔與拼裝平臺(tái)完全脫離后進(jìn)入滿負(fù)荷壓載狀態(tài)。索塔豎轉(zhuǎn)體系在壓載狀態(tài)下保持24小時(shí)。
    6.3：壓載狀態(tài)下索塔豎轉(zhuǎn)受力體系檢查：索塔豎轉(zhuǎn)進(jìn)入壓載階段后，將液壓系統(tǒng)的閥體鎖死，分專(zhuān)業(yè)進(jìn)行起重塔、索塔吊耳、后背錨變位及千斤頂掛架、液壓提升系統(tǒng)等進(jìn)行檢查。
    起重塔檢查主要是頂部其中梁吊耳焊縫檢查、起重塔桿件連接節(jié)點(diǎn)高強(qiáng)螺栓檢查、塔根鉸座及縱梁檢查。目的是檢查起重塔在滿載狀態(tài)下，高應(yīng)力桿件變形和裂紋及高強(qiáng)螺栓的松弛。索塔吊耳檢查，是針對(duì)索塔吊耳在最大豎轉(zhuǎn)載荷狀態(tài)下變形及高應(yīng)力部位的裂紋，確保豎轉(zhuǎn)的安全。后背錨檢查，主要進(jìn)行后背錨座受壓狀態(tài)下的破損、后背錨在最大后背力作用下的滑移和后背錨千斤頂掛架安全性的檢查。
    液壓提升系統(tǒng)檢查，主要檢查液壓系統(tǒng)的密封性、起升及后背鋼絞線受力是否均勻和起升索在千斤頂掛架內(nèi)出索是否順暢。
    根據(jù)各專(zhuān)業(yè)分工的檢查結(jié)果進(jìn)行匯總分析，對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題認(rèn)真解決后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員驗(yàn)收確認(rèn)，方可轉(zhuǎn)入正式索塔豎轉(zhuǎn)階段
    6.4：索塔豎轉(zhuǎn)：通過(guò)24小時(shí)壓載及壓載階段對(duì)各部分的檢查和調(diào)整后，索塔進(jìn)入正式豎轉(zhuǎn)階段。豎轉(zhuǎn)過(guò)程0°~45°采用6臺(tái)千斤頂同步提升，鋼絞線提升速度為4米/小時(shí)。在45°~75°的豎轉(zhuǎn)階段用4臺(tái)千斤頂同步提升，鋼絞線提升速度為6米/小時(shí)。豎轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)起重塔應(yīng)力變化、起重塔垂直度進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，并對(duì)起重塔偏斜進(jìn)行及時(shí)調(diào)整保證豎轉(zhuǎn)工作順利進(jìn)行。
    7：索塔就位焊接
    由于索塔的拼裝采用鉸鏈定位，而鉸鏈的游動(dòng)間隙小于2mm。因此，索塔合攏接口部分能夠避免出現(xiàn)較大錯(cuò)位，接口部位設(shè)置定位墊板保證接口的焊縫間隙。測(cè)量索塔腹板中心線上反光片坐標(biāo)，調(diào)整索塔腹板中心線與水平面夾角滿足設(shè)計(jì)要求后將合攏接口進(jìn)行固定。合攏口焊接前應(yīng)進(jìn)行充分清理表面污物并進(jìn)行預(yù)熱，焊接過(guò)程中控制層間溫度，焊后進(jìn)行消除應(yīng)力退火處理。焊接過(guò)程中還應(yīng)注意合理的焊接順序和對(duì)稱的焊縫布置，減小焊接變形和焊后殘余應(yīng)力
    8：索塔后背體系裝換及起重塔拆除
    在索塔豎轉(zhuǎn)合攏調(diào)節(jié)完成后，將起重塔柱腳恢復(fù)到塔的拼裝過(guò)程的剛性固接狀態(tài)。同時(shí)恢復(fù)起重塔拼裝過(guò)程架設(shè)的起重塔風(fēng)纜繩。進(jìn)行索塔受力體系轉(zhuǎn)換。由于索塔搬轉(zhuǎn)至75°角后的起升索索力僅為132噸，后背索索力為153噸。因此，在此時(shí)可將四臺(tái)后背千斤頂中兩臺(tái)350噸千斤頂拆除，將其所承擔(dān)的后背力轉(zhuǎn)換到另外兩臺(tái)千斤頂上，將卸載的兩臺(tái)千斤頂與索塔中部臨時(shí)后背索進(jìn)行安裝和加載，同時(shí)將原起重塔后背索進(jìn)行卸載，對(duì)索塔中部變形進(jìn)行調(diào)整至塔身側(cè)面中心線成直線狀態(tài)，與水平面成75°傾角。然后進(jìn)行合攏口焊接。在完成索塔根部焊接后，將索塔中部裝換后背索加載至192噸后，將起重塔后背索完全卸載，完成索塔合攏焊接后的受力體系轉(zhuǎn)換。
    起重塔最后卸載的兩臺(tái)千斤頂轉(zhuǎn)換為索塔頂部后背索，用于調(diào)整索塔在自重狀態(tài)下塔頂撓曲變形，并與索塔中部后背索一同充當(dāng)傾斜的索塔掛索前抗縱橋向風(fēng)震的穩(wěn)繩。

    完成索塔受力體系轉(zhuǎn)換后，便可拆除起重塔頂液壓起升設(shè)備和起升索及后背索。最后進(jìn)行起重塔的拆除。由于斜拉索橋的掛索施工必須在主跨鋼橋及引橋的混凝土橋施工完成后進(jìn)行，轉(zhuǎn)換后背索要在索塔掛索并完成初張拉后卸載和拆除。

    結(jié)束語(yǔ)
    通過(guò)采用整體豎轉(zhuǎn)技術(shù)組織西安灞河2號(hào)橋的安裝施工，使索塔焊接測(cè)量結(jié)果達(dá)到：塔頂橫橋向偏差3mm；縱橋向角度偏差0.016°。達(dá)到了很高的安裝精度。同時(shí)降低了施工的難度，簡(jiǎn)化了施工控制環(huán)節(jié)，使高空安裝的焊接、組拼、測(cè)量監(jiān)控等工序轉(zhuǎn)化為地表作業(yè)，從而提高了效率，保證了安裝質(zhì)量和進(jìn)度。索塔現(xiàn)場(chǎng)1980米厚板拼裝焊縫100%達(dá)到超聲波一級(jí)探傷標(biāo)準(zhǔn)，一次探傷合格率達(dá)到96%。安裝過(guò)程使用的最大吊車(chē)為150噸，從而極大地降低了施工成本。由于減少了高空作業(yè)工作量，保證了施工過(guò)程0傷亡的安全目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。使大型傾斜構(gòu)的安裝做到了安全、準(zhǔn)確、平穩(wěn)、快捷、高效。
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