张雄 杨富生 朱安杰 付晓军 张侃述复二手钢结构
摘 要：钢结构桥梁、钢混组合结构桥梁应用越来越广泛，但桥梁位于封闭水域内时，钢结构的运输、吊装往往受到限制。本文以玉环市漩门湾大桥及接线工程主塔吊装为例，着重介绍封闭水域内异形钢塔身的吊装施工技术，为类似工程提供参考。
关键词：玉环市漩门湾大桥及接线工程;主塔;封闭水域;异形钢塔身;吊装;施工技术;
1 工程概况1.1 主塔概况
漩门湾大桥主塔顺桥向为“月环”形，横桥向为H形，塔高63.111m。单侧塔柱设计分为18个块段，分别为:A段(塔顶段)、B段(桥塔锚固区)、C段(主塔塔根区)、D段(钢混组合段)、E段(次塔段)。从下到上，主塔壁板厚度分为三种规格:A段壁板厚度为30mm,B段、E段及C段中的C1/C2节段壁板厚为45mm,C3节段、D段壁板及腹板壁厚为60mm，各节段腹板壁厚均为45mm。
桥塔在主梁下部设置一道横梁，横梁宽4m，高3m，采用箱形截面，壁厚为40mm，重217.9吨。桥塔大塔柱顶部设置上横梁，横梁宽3m，高3m，采用箱形截面，壁厚为40mm，重108.6吨。钢塔主体结构采用Q420q D钢，钢塔内部人行楼梯预焊件采用Q235C钢。主塔设计分块重量如表1所示。
表1 主塔设计分块重量 下载原图
备注:D节段为钢混组合段，承台施工过程中分块预埋，在此不做赘述。
1.2 水文条件
漩门湾大桥位于漩门大坝内侧，随着漩门湾围垦二期的完成，桥址区水域已经成为封闭的蓄淡区，与外侧乐清湾海水没有水流交换，水面平稳，水位变化小。通过连续观测，施工期间水位标高约-0.6～-0.3m。靠近岸边侧水深约4～9m，向桥位处水深逐渐加深，主桥桥位处水深约20m。
1.3 周边环境
漩门湾大桥位于封闭蓄淡区内，常规水上运输、水上起吊设备无法直接进入施工范围。玉环市有一座集装箱码头，距离桥位处约25km，沿途需经过2个隧道，大小10余座桥梁，码头上最大起重设备吊装能力为60t。
图1 主塔三维模型图 下载原图
2 吊装设备选型2.1 设备比选
钢结构吊装常用的施工设备有塔吊、龙门吊、浮吊等，各种设备对比分析如表2所示。
经过综合比选，选用灵活性高、可兼顾主梁吊装的拼装式浮吊作为主塔的起重吊装设备。
2.2 拼装式浮吊简介
拼装式浮吊主要由浮箱、起重装置、锚泊装置及配套装置组成，根据其结构组成可单独分块运输，然后按既定顺序组装，解决常规浮吊无法进入封闭水域的问题。
(1)浮箱
浮箱主要兼顾两项功能:(1)一部分浮箱作为浮吊的“船身”位于起重装置下方，通过吃水、排水作为浮吊的承重结构;(2)其余浮箱作为钢结构的运输装置，负责将钢结构块段从临时拼装场地转运至桥位处。
表2 设备对比分析表 下载原图
(2)起重装置
起重装置由扒杆、起重钩、卷扬机及钢丝绳组成，根据钢结构块段水平吊距、吊高，确定扒杆长度。
(3)锚泊装置
锚泊装置由移船绞车、抛锚艇和锚组成。
(4)配套装置
浮吊配套装置主要为拖轮，利用拖轮动力拖动浮吊行走。
3 钢结构运输
(1)水运:玉环漩门湾项目主桥位于封闭蓄淡区内，钢结构无法经水路直接运达;
(2)水陆结合运输:经实地勘察，玉环市仅有一座大型码头，距离桥位处约25km，沿途需经过2个隧道，大小10余座桥梁，对结构尺寸要求较高;码头最大起重设备吊装能力为60t，需额外租用大型设备将块段由运输船吊至码头上，费用较高;码头空间不足，钢结构块段吊装至码头上后无存放空间。不选用水陆结合方式运输钢结构块段。
(3)主塔钢结构在厂内加工完成后旧钢构，直接陆运至施工现场，考虑浮吊起吊能力、道路运输条件将主塔设计块段进行重新划分，划分为运输块段和起吊块段，在桥位附近设置临时拼装场地，将运输小块段拼装为起吊大块段，以提高吊装效率;利用浮箱将起吊块段由临时拼装场地运输至桥位处，然后用拼装式浮吊进行主塔块段起吊、安装。
4 钢结构吊装4.1 临时拼装场地设置
在距离桥位处约2km的位置，选用一旧码头作为钢结构临时拼装场地，根据需要将场地划分为临时存放区、钢塔拼装区、钢梁拼装区、钢结构下水区等。场地内设置一台龙门吊作为吊装设备，沿龙门吊轨道方向在水中搭设支架，将龙门吊轨道延伸至水中，以便钢结构块段下水运输。
4.2 块段初拼
临时拼装场地内设置固定胎架，根据塔身每一个吊装节段的线形，在胎架上设置“L”型定位钢板，塔身块段在定位钢板上精确定位后，再将运输块段焊接为吊装块段。拼装胎架满足“2+1”个吊装节段的预拼装，采用水平预拼装的方式旧钢构，保证钢结构的整体线形。
4.3 块段场内转运
钢塔身块段下水之后，采用浮箱经水路运输至桥位处，浮箱本身无动力系统，需利用拖轮进行拖运。施工前对拼装场地、桥位处以及浮箱运输路线上的水深情况进行摸底，防止河床有异物磕碰浮箱。
4.4 块段安装
(1)块段吊装模拟
根据钢塔身每个吊装块段的重量、吊装高度、位置、角度等条件，结合拼装式浮吊起重吊装参数，模拟每个块段吊装时浮吊的站位、臂杆角度、臂杆长度，确保吊装过程安全，避免各施工工序相互干扰。
(2)块段重心分析及吊耳设置
玉环项目主塔顺桥向为“月环形”，横桥向为H形，为异形结构塔身。塔身每个块段的外形均各不相同且横桥向向内倾斜，部分块段之间纵向接缝为斜面，块段空中姿态调整极为困难。为精确定位块段姿态，项目建立每个块段的CAD三维模型，通过三维模型模拟块段重心，然后定位吊耳的布设位置。吊耳采用塔身加工过程中产生的废料制作，吊耳材质与塔身一致，提高吊耳的强度，保证吊装安全。吊耳与塔身焊接连接，块段安装就位后，对吊耳进行割除。
(3)钢丝绳选用
首先根据块段重量、吊耳的位置、钢丝绳的长度及角度等，计算每根钢丝绳的受力，取安全系数K=6，然后根据《重要用途钢丝绳GB8919-2006》，钢丝绳最小破断拉力公式反算钢丝绳的最小直径，再查询规范确定钢丝绳的直径、类型等。
(4)限位及匹配装置
常规钢结构塔身施工时，一般在厂内预拼装阶段，在相邻塔身块段之间设置临时匹配件，用以塔身吊装时对其限位和姿态调整。匹配件与钢塔身之间通常采用栓接，塔身节段厂内组拼完成后，将匹配件拆除，待现场对接就位再进行安装。
玉环项目主塔各节段之间采用焊接连接，为避免塔身环焊缝与加劲板焊缝处于同一断面，两者之间错开10公分的间距，上一节段的加劲板伸入下一节段内部，则加劲板可代替匹配件进行限位及姿态调整。
(5)调整工装
塔身块段初步安放就位后，采用千斤顶对其姿态进行精确调整。千斤顶支点为“L型”钢板，钢板焊接在已安装完成的块段上。
(6)牵引系统
塔身待安装块段起吊至接近已安装块段时，采用牵引系统对其进行辅助定位及空中姿态的调整，牵引系统采用手拉葫芦在塔柱节段四个角点处进行对拉。
(7)限位码板
塔身块段精度调整完成后，沿垂直于块段间环焊缝的方向设置限位码板，码板间距约50～70cm，用以固定待安装的块段，同时提高焊缝处钢板的刚度，减少焊接变形。
(8)块段焊接
钢塔身块段间焊缝均采用CO2气体保护焊，根据焊接工艺评定方案，不同部位的焊缝采取不同的坡口形式。塔身块段安装就位完成后，按照先壁板，再腹板，最后加劲板、锚箱的顺序进行施焊。钢构件焊接完毕，对所有焊缝进行外观检查，壁厚45mm以上对接熔透焊缝应在焊接48h后进行无损检测，其它焊缝在焊接24h后进行无损检测。钢塔身不同部位及等级下，焊缝检测方法及频率如表3所示。
表3 焊缝检测方法及频率 下载原图
4.5 横梁安装
下横梁重量较大，采用支架法分节段进行吊装，节段划分时设置楔形合拢段，方便合拢段自上而下吊装就位;上横梁重量轻、吊装高度高，则不搭设支架，先安装横梁与塔身连接的部位，再将横梁中间部分整体起吊安装。
5 线形控制措施
(1) BIM吊装模拟
根据设计图纸中塔身各块段的详细参数，利用BIM技术建立塔身三维模型，对各块段的吊装进行模拟，通过模拟对设计图纸进行复核，发现问题及时与设计单位进行沟通协商，从源头消除线形误差。
图2 塔身吊装模拟图 下载原图
(2)设置主动横撑
主塔横桥向由塔底到塔顶逐渐向内收敛，塔柱节段吊装过程中，在两塔柱之间设置主动横撑调整塔柱之间的相对距离，以及改善塔柱根部应力状况，辅助控制塔身整体线形。
(3)施工监控
项目与具备专业资质的单位签订施工监控合同，在施工过程中对桥梁结构进行实时监测，根据监测结果评估各主要施工阶段结构主要构件的变形及应力状态是否符合要求，判断施工过程结构是否安全;而当出现较大误差或参数发生变化时，及时对施工误差进行分析判断，对主塔安装标高等予以调整和控制，确保在施工过程中桥塔、结构受力和变形始终处于安全的范围内，从而保证成桥时结构最大可能的接近理想设计状态，同时也确保施工期间主要构件结构安全。
6 结语
玉环市漩门湾大桥及接线工程主塔为异形钢结构，且塔身位于封闭水域，项目采用拼装式浮吊进行块段吊装，解决了常规浮吊无法进入内水的问题;在桥位附近设置临时拼装区，将运输小块段组拼为吊装大块段，提高了吊装效率，取得了较好的成果，可以为类似工程提供参考借鉴。
参考文献
[1] JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范．
[2] GB 50017-2017，钢结构设计标准．
[3] TGD64-2015，公路钢结构桥梁设计规范．
