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1、1景德镇白鹭大桥钢塔竖向转体施工技术景德镇白鹭大桥钢塔竖向转体施工技术高兴泽 范大意 杨仁康 摘 要 目的：介绍景德镇白鹭大桥主桥钢塔竖向转体施工和计算机控制液压同步整体提 升技术在竖转过程中的运用及其控制措施，为今后类似桥梁施工提供借鉴。方法：采用扳起法 竖向转体施工即在被扳起的钢塔上安装人字扒杆，扒杆和钢塔本身形成一个稳定的三角结 构，然后利用桥梁本身斜拉索锚箱作为锚点，采用钢绞线作为临时拉索，油缸集群，计算机控 制同步提升将钢塔竖向转体到位。结果：历时 9 小时 18 分，钢塔成功竖转 58到位，合拢精度 满足设计要求，偏差仅为 2mm，临时索力同计算相符。结论：对于长达 88 米的钢塔
2、，整体采用 扳起法竖向转体施工为国内首创，竖向转体全过程采用计算机控制，这也是目前国内最新颖最 先进的大型构件提升安装技术。关键词 钢箱塔 竖向转体 同步提升 技术创新 1 1 工程概况工程概况 白鹭大桥位于景德镇市昌江大桥下游约1km，是景德镇市外环线的重要工程，按 双向四车道城市主干道标准设计，全长795m，其中桥梁范围为487m，桥面总宽度为 29m，如图1所示。西瓜洲韭菜园图1 景德镇白鹭大桥主桥布置图（单位：mm） 白鹭大桥主桥结构形式为三跨连续单索面独塔无背索竖琴式斜拉桥，主跨跨径 为120m，两边跨跨径为45.29m，总长210.58m。江中距两岸40m左右各设一主墩和副 墩。主
3、梁为连续结构，在塔梁处与塔、墩固结。钢梁采用封闭型扁平钢箱梁加大挑 臂结构形式，横隔梁及大挑臂横向间距3.75m，梁高2.7m，箱梁顶宽29m。其中封闭 钢箱宽20m，挑臂为24.5m。索塔的主体结构为矩形钢箱三室结构，桥面上垂直高 度74.628m，塔身倾斜58度。索塔顺桥向截面尺寸由塔顶端5.6m渐变到根部的8m，横 桥向宽3.5m。索塔钢箱内填充C30微膨胀砼，采用焊钉来加强钢箱与砼的连接。顺桥 向翼缘板钢板厚度为12-25mm，横桥向腹板厚10-20mm，纵向加劲采用I型扁钢，横向 设环向加劲和横隔板。钢梁钢塔均为全焊接结构，钢材为Q345q-D, 主桥结构设计用 钢量共计3200吨，
4、其中钢塔重量为600吨。斜拉索采用竖琴式平行钢索，主梁上索距 为7.5m，全桥共12根。斜拉索水平夹角约25度，规格为SNS/S-7187高强度低松弛 镀锌钢丝，标准抗拉强度为1670Mpa。22 2 钢塔竖转施工方案必选钢塔竖转施工方案必选 2 21 1 方案一方案一 2.1.12.1.1 概述 使用一个约 4050m 的塔架进行安装。先将钢塔拖拉到位、穿销。然后搭设安 装塔架：用顶升方法将塔架逐节（每个标准节为 5m）安装到位，拉紧缆风。随后将 钢绞线连接在油缸和地锚之间，通过铰销将其分别与钢塔和塔架横梁的耳板相联， 最后通过油缸拉钢绞线使钢塔竖转，到与水平面成 58角度时停止，如图 2
5、所示。图 2 方案一模型 2.1.22.1.2 特点特点 优点：整个系统受力较小，尤其是钢塔本身。 缺点：整个塔架需要顶升安装，需高空作业。另外塔架横梁与立柱间的联系受 力较大，不易设计，塔架的投资也较大。同时，塔架需要设置后拉杆，如果采用缆 风绳代替后拉杆则钢丝绳尺寸较大。 2.22.2 方案二方案二 2.2.12.2.1 概述 扳起法安装，即在钢塔上安装一个临时起吊支架（由拉杆、压杆、横梁和天锚 组成） 。先将钢塔拖拉到位，用起重机将压杆吊起，穿销安装到钢塔压杆支座上，将 压杆用适当支架支撑好，然后安装压杆横梁和拉杆，将拉杆、天锚和横梁的耳板穿 销连接，油缸底座与钢梁上拉点的耳板连接。接着
6、安装油缸，然后将钢绞线穿入油 缸和天锚之中，启动液压泵站将钢绞线张紧，逐渐提升拉压杆到位，将拉杆穿销安 装到钢塔拉杆支座上，使整个体系稳定。此时就可以进行钢塔整体竖转，到钢塔与 水平面成 580角时停止，如图 3 所示。图 3 方案二模型32.2.22.2.2 特点 优点：没有高空作业，整个竖转系统安装和拆卸迅速方便，使用辅助设备少， 整个工程作业量小，12h 以内可完成竖转，适合现场施工条件的要求，在整体提升 方案中也是较为先进的施工方式。 缺点：整个体系受力较大，需布置较多油缸，钢塔本身亦需要适当加强，拉点 部位的基础受力较大，所以该点最好借用桥梁本身结构，本桥也具备这个条件，可 以利用钢
7、梁上斜拉索锚箱作为拉点。 2.32.3 方案确定方案确定 经过比选，决定采用第二方案。系统的具体布置如图 4 所示。已架好钢梁油缸600t拉杆压杆天锚及横梁58H=25050mm35130mm图 4 景德镇白鹭大桥竖向转体施工方案总图3 3 主要施工技术要点主要施工技术要点 3.13.1 钢塔制作及顶推钢塔制作及顶推 由于受施工场地和运输条件限制，钢塔采用工厂制作板单元，现场拼装焊接成 节段，然后实施顶推的方案。 塔座同塔 1 在平台上匹配安装，同时匹配安装转铰窝和铰轴，然后将塔座拖至 理论位置按设计要求进行安装如图 5 所示，误差为 0。钢塔顶推差 3m 到位时进行纠 偏，使钢塔轴线和理论轴
8、线吻合，然后以塔座为基准在上下游各安装 4m 长的导向， 使钢塔沿导向顺利就位。实测钢塔前端偏位为 0，尾端偏位为 20mm。塔座 塔1塔座 塔座图 5 钢塔顶推示意图 3.23.2 拉压杆安装拉压杆安装 利用钢塔竖转临时索起升安装拉压杆，因其原始状态躺在钢塔上，这种情况下 起升基本上处于自锁状态，是拉不动的，必须用千斤顶将拉压杆铰点顶高至 6m。拉 压杆安装步骤如图 6 所示。4步骤4：牵引拉压杆升起到位，利用倒链等辅 助设施安装拉杆销，此时拉压杆全部安装完 成，（可以继续驱动油缸进行钢塔竖向转体 施工）。步骤3：继续牵引拉压杆升高。4索步骤2：穿好4台油缸和横梁间的4束钢铰线，利 用钢铰线
9、牵引拉压杆逐渐升起。步骤1：钢塔在拼焊平台上组拼完成，利用起重 龙门吊机吊装拉压杆和横梁并将其连接，将压杆 用铰销同铰支座连接，然后拖拉钢塔到位，用液 压千斤顶将压杆顶起超过水平高度6米。已架好钢梁已架好钢梁600t油缸6000油缸600t4索已架好钢梁油缸600t600t4索已架好钢梁油缸图 6 拉压杆安装步骤图（单位：mm） 3.33.3 转铰窝和转轴的设计和安装精度转铰窝和转轴的设计和安装精度 转铰窝和转轴均采用 35 锻钢制造，竖转过程中，钢绞线拉力的大小是否同计算 相符、转动是否顺利取决于转铰窝和转轴的安装精度及润滑情况。在转铰窝安装过 程中，由于焊接变形影响使得转铰窝不同心度超过了
10、 5mm，采取的处理办法为：按 照转轴的半径和长度制造了一个同心轴，将同心轴按设计要求安放在转铰窝上，在 同心轴和转铰窝的间隙内填充巴氏合金，然后在转铰窝周边焊上 6mm 厚钢板将其封 闭以提高其抗压强度。经过以上处理后的转铰窝安装精度结果如下：上下游转铰轴 中心里程误差 1mm；顶面标高误差下游为 1mm，上游为 2.5mm，上下游间最大误差 2.5mm，铰轴外侧中心标高误差 1.5mm；用长钢尺测量上下游塔座顶板到转铰轴距离 为 7040mm，上下游塔 1#顶板到铰轴距离也为 7040mm（如图 7 所示） ，证明竖转到位 后和塔座能够完全吻合，铰轴标高误差为其本身安装不完全同心引起。铰轴
11、处的转 动摩擦系数理论上不能给出较准确的数值，根据以往转动或滚动摩擦的经验，如果 接触面不能完全耦合，转动过程中会发生爬坡现象或发出铿铿的声音。实际操作时 保证转角窝和轴等机加工件的精度，同时保证其耦合面充分润滑，消除了由于接触 及润滑不良引起的振动和异响，起塔过程十分平稳。570407040塔座转铰轴塔1图 7 铰轴铰窝安装示意图（单位：mm） 3.43.4 横向抗风环套设计横向抗风环套设计 为保证钢塔在竖转过程中的横向稳定，除在塔顶横向两侧布置了缆风绳外，在 转铰轴处还设置了横向抗风环套，环套内径比转铰轴外径仅大 2mm，使其只能在指 定平面内转动，有效地加强了钢塔扳起过程中的横向稳定，实
12、际竖转过程中两侧缆 风绳基本上没有带劲。其结构布置如图 8 所示。横向抗风环套转铰窝铰轴图 8 横向抗风环套安装示意图 3.53.5 临时索后锚碇设计临时索后锚碇设计 本次竖向转体施工中，采用主梁斜拉索锚箱作为地锚承重是非常成功、非常合 理，也是非常经济的。它利用钢梁节段自重来平衡临时拉索产生的竖向力，依靠钢 梁本身的轴向承载能力抵抗其水平力，并将水平力传到主墩。然后根据临时索力和 设计上一期恒载对单根永久斜拉索要求的索力选择锚点数量。 3.63.6 计算机控制液压同步提升计算机控制液压同步提升 计算机控制液压同步提升技术是一项新颖的构件提升安装施工技术，它采用柔 性钢绞线承重、提升油缸集群、
13、计算机控制、液压同步提升新原理，结合现代化施 工工艺，将成千上万吨的构件在地面拼装后，整体提升到预定位置安装就位，实现 大吨位、大跨度、大面积的超大型构件超高空整体同步提升。 3.73.7 测量控制测量控制6钢塔到位测量控制采用双控方式，一方面在塔座上设置 58限位装置，另一方 面在塔上布置到位观测标记，并且自始至终均在顺桥向中心线上监测钢塔轴线偏位 情况。 3.83.8 合拢缝焊接合拢缝焊接 钢塔到位后进行轴线偏位测量，启用横向缆风进行纠偏，并尽快进行临时锁定 和合拢缝焊接。 3.8.1 先制作上、下游腹板合拢缝，两板对接坡口为 555，钝边为 0，单面 v 形 坡口，两板纵向对接留 6-8
14、mm 缝隙，背面贴陶瓷衬垫。坡口内磨锈去氧化层及缺陷， 并将坡口两边磨光宽 20mm，报检合格后进行焊接。不等厚板对接应按规定过渡。 3.8.2 每块腹板从下水平隔板处由东向西焊接，两块腹板同时进行焊接，采用多层多 道焊接，确定合理焊接顺序以减小焊接应力，打底焊焊高应大于 5mm。焊接时采用 码板固定，控制焊接变形。 3.8.3 制作顶板及上、下水平隔板，焊缝探伤合格后，及时安装嵌补筋板。 3.8.4 以上三道工序施工时，钢塔自重和临时索力均集中在转铰窝处，所有焊接均在 无应力状态下施焊，为保证钢塔全截面受力，需经过计算调整临时拉索索力，使铰 点受力转移为全截面受力，然后拆除转角窝部件，用汽油
15、清洗干净，现场配装切除 部分。 3.8.5 切除塔座部分临时加强板，留出操作空间，制作底板合拢缝。底板与钢塔底板 两板对接合并坡口为 555，钝边为 0，单面 v 形坡口，两板纵向对接留 6-8mm 缝 隙，背面贴陶瓷衬垫。底板与钢梁顶面 T 接面不开坡口，利用自倾角形成坡口，焊 接时，先焊内部，再在外侧清根，坡口打磨后进行焊接。焊缝探伤合格后，及时安 装嵌补筋板。 3.8.6 焊接钢塔横隔板。 3.8.7 焊接时如有变形应及时校正，焊后应对钢塔的顶板、底板、腹板的对接焊缝进 行打磨。 合拢焊缝按规范要求进行无损探伤，合格率为 100。 3.93.9 临时索拆除和斜拉索挂设临时索拆除和斜拉索挂
16、设 合拢缝焊接完成后挂设 12斜拉索并张拉到 150 吨力，整体拆除钢塔竖转临时 三角扒杆，然后一次性挂设剩余的 11 根索（图 9） ，并按计算进行部分张拉，使钢 塔基本处于轴向受压状态，弯曲应力很小（最大为 2MPa）,截面应力达到最优（应 力图见图 10） 。7图 9 桥梁博士计算模型图图 10 截面上下缘应力图（单位：MPa）4 4 竖向转体施工方案计算竖向转体施工方案计算4 4. .1 1 主主塔塔计计算算主塔可以看成是一个箱型长梁，翼缘板和腹板设计厚度较小，因此在主塔的纵 向加了两道纵隔板，钢塔内壁及纵隔板上加焊了若干道纵筋；主塔横向加了若干横 隔板和横向加劲板。实际制造中，横隔板有三个孔，为加强其强度，在板上焊有加 强筋，人孔四周又包了一块板。考虑到其对整个主塔的受力影响不大，所以为了建 模方便，计算模型不挖人孔，其周围的板也不加。隔板的构造如图 11 所示。图 11 横隔板构造图使用 ANSYS9.0 有限元分析软件建立主塔的模型，计算立柱铰销和吊耳处的最大 应力。主要使
