钢塔施工概述

10.1　钢塔施工概述

10.1.1　工程概况

1.钢塔结构

泰州长江大桥主桥为三塔两跨连续钢箱梁悬索桥，采用中、边塔不等高索塔，其中中索塔为钢结构，边索塔为混凝土结构。主缆跨度布置为390＋1080＋1080＋390（m）对称结构。

塔柱纵向呈人字形结构，从下到上共分为3个区段，下部斜腿段、交点附近的曲线过渡段及上部直线段。斜腿段倾斜度为1∶4，直线段与斜腿段按圆曲线过渡，曲线半径为100m，其中曲线过渡段的高度为22.587m，上部直线段坡度为3.9∶192。钢塔柱横向为门式框架结构，沿高度方向共设置2道横梁。

2.节段划分

钢塔柱共划分为13个节段，节段划分见图10－1。节段长度除D0外其余为10.775～20.0m不等。其中D0底节段为钢混结合段，通过34根预加拉力的锚拉杆固定在塔柱底部混凝土内预埋的锚固件上。D1～D3位于斜腿段，D4～D5位于曲线过渡段，其余节段均在直线段。钢塔柱D4与D5节段间采用焊接接头，其余节段间的连接均采用高强螺栓传力与端面金属接触相结合的方式。连接螺栓采用M30摩擦型高强度螺栓。

钢塔柱上设置了上下两道横梁，上横梁为横置的“K”形，通过D12节段的横梁接头与D12节段连接；下横梁位于塔柱曲线过渡段，亦通过D4节段上的横梁接头与D4连接。上下横梁均为单室箱型结构，与塔柱截面相协调。上横梁顶、底板及腹板均为24mm厚，采用板式加劲肋，横梁内每隔3.0m设置一道横隔板，横隔板厚度为14mm；下横梁高5.0m，顶面宽13014.4mm，底面宽14851.8mm，顶、底板及腹板厚度均为32mm，亦采用板式加劲肋。横梁内每隔3.0m设置一道横隔板，横隔板厚度为14mm。

图10－1　钢塔结构示意图

3.箱体结构

钢塔柱为单箱多室切角矩形结构，塔柱横桥向尺寸：塔顶至塔底等宽为5.0m；纵桥向尺寸：直线段从塔顶的6.6m变化到10.6m，曲线过渡段从10.6m变化到15.54m；斜腿段（垂直塔柱）为6.0m。切角部位尺寸约为600mm×600mm。钢塔柱截面形式见图10－2。

图10－2　钢塔柱截面形式示意图

钢塔柱主要材料采用Q370qD及Q420qD，塔柱壁板厚度为50～60mm，腹板厚度为44～60mm；均采用板式加劲肋，加劲肋板厚为40mm、48mm；横隔板的间距主要为2.5m与3.0m两种，横隔板厚一般为16mm，特殊受力部位为20mm或24mm。

4.主要工程量

钢塔节段工程量数据见表10－1。

表10－1　钢塔柱制作及吊装的主要工程量

10.1.2　施工工艺

1.工序流程

钢塔节段在厂内完成零部件制作、节段组焊、端面加工、水平预拼装、涂装等所有安装前的工序，然后下水运输至桥位。在桥位完成节段安装、高强螺栓的施拧、成塔检查、桥位最后一道面漆的涂装等作业。工序可分成场内预制及桥位吊装两个阶段。

（1）场内预制

场内预制主要包括钢塔节段场内制造、节段预拼装、节段运输等工序。

钢塔节段场内制作分四步完成，即板块→板单元→块体→箱体，其中块体由侧壁板、边隔板、边腹板单元及角壁板组成。

预拼装主要为检查钢塔柱接口的匹配情况、金属接触情况、钢塔柱线形、配置节段间连接拼接板以及两节段的拼装长度；同时，预拼装还可以验证制造工艺的合理性、设计工装的可靠性等。钢塔节段水平预拼装，每次预拼两个节段，预拼完后留下一段参与下一次预拼。

按照制造工艺，钢塔节段制造场内运输包括零部件、块体、节段的吊运及转场，节段进出机加工车间、掉头，运至水平预拼装胎位、进出打砂涂装车间、运输至码头、节段装船作业等内容。采用的设备有天车、门吊、液压移梁平车及浮吊等移动设备。

图10－3　吊装各节段总体工艺流程

（2）桥位吊装

每节节段采用合适吊具进行吊装。其中，D4以下节段（含下横梁）采用1000t浮吊安装，每个节段重量控制在500t以内；D5采用浮吊吊装，将D6～D18沿横桥向再次划分为闭口段和开口段，重量满足MD3600塔吊能力要求。为提高桥塔的景观效果，沿高度方向拼缝经过结构处理后从景观角度来看可达到“无缝”连接效果。根据分段方案，拟采用1台MD3600塔吊进行吊装，塔吊布置于桥轴线上，距离桥墩横桥向轴线12.0m的位置。

由于塔架高度超过200m，常规采用的陇线缆张紧提高塔吊稳定性的做法无法在水中承台上实现，因此需考虑逐段安装后附着于钢塔塔身上，并依次爬升、吊装的方法。根据工程特点，拟采用4腿塔架方式，并选择塔吊标准节作为塔腿。总体吊装工艺如图10－3所示。

2.施工难点分析

（1）节段几何尺寸精度要求高

该钢塔柱为大断面［断面尺寸：5m×（6.0～15.54）m］切角矩形结构，一部分钢塔柱节段线型为圆曲线，且壁板、腹板及其纵肋均较厚，其中壁板、腹板厚度达44～60mm，加劲肋厚度40～48mm，横隔板厚16～24mm。钢塔节段焊缝密集，焊接质量要求极高，其中腹板、壁板间主焊缝均为深坡口焊缝（坡口深度超过板厚的2/3），纵肋为较深坡口角焊缝。而且塔柱节段几何精度要求高，箱口断面高度和宽度允许偏差均为±2mm，对角线差及旁弯允许偏差为3mm，扭曲允许偏差为3mm。

由于钢塔柱节段结构形式复杂，断面大，几何精度要求高，组成零件多，需多次作业才能完成钢塔节段制作工作；而且钢塔节段上焊缝数量多，焊接工作量很大，焊接收缩量难以准确预留，局部可能还会由于焊缝焊接量大而出现死弯，难以矫正。故控制钢塔节段的箱口尺寸、连接部位板面平面度、扭曲变形等有一定的难度。

（2）塔段端面机加工精度要求高

钢塔柱为以受压为主的构件，根据受力特点及线型要求，对钢塔节段端面加工要求很高，平面度要求≤0.08mm/m，全端面平面度≤0.25mm；切削面表面粗糙度≤12.5μm；钢塔节段间壁板、腹板金属接触率≥75%，纵肋金属接触率≥60%。

这样高的精度要求，对断面尺寸如此大且结构形式复杂的钢塔节段加工来说，有相当大的难度，既要考虑铣削设备精度、刀具磨损的影响，又要考虑工件精度的影响，以及加工时工件震颤、内应力以及温度的影响等。即影响钢塔节段端面加工精度的因素较多，故保证钢塔节段的端面加工精度，也是钢塔柱节段制作的关键和难点所在。

（3）特殊节段制作复杂

D0节段为钢混结合段，结构形式与标准节段不同，采用特殊的立式组装工艺。D0节段底座板厚度150mm，底座板与壁板加强板盖板上锚杆孔的同心度必须保证，以及壁板加劲板的组焊等，将是D0节段制作的难点所在。

D4节段位于上下塔柱过渡段，节段与两个下塔柱、上塔柱、横梁分别连接，即有4个方向的连接关系，所以D4节段结构形式、连接关系较为复杂，是整个塔柱制作中制作工艺最复杂的节段之一。而且，D4、D5节段为曲线段，零部件的下料、边缘及坡口加工、节段组装中曲线线形的保证等都有一定的难度，同时，D4节段的端面加工、预拼装也是本工程的一大难点。

（4）节段重量大，翻身困难

由于节段断面尺寸大［5.0mm×（6.0～16.69m）］、长度大（最大20.0m）、重量大（最大495t），且截面尺寸变化大，为了使塔段便于焊接，节段的翻身是必要的。大节段翻身、立起等操作实现起来很困难，特别是对D4这种特殊结构的节段翻身。

（5）水平预拼装难度大

塔段两节段水平预拼装精度要求较高，预拼全长偏差±2.4mm，轴线垂直度1.5/10000，壁板、腹板金属接触率≥75%，纵肋金属接触率≥60%，接口连接部位错边量≤1.0mm。由于节段重量较大，对两节段水平预拼装中节段精密对位、环境温度的控制、支撑及移位、节段间金属接触率的保证（水平力施加）均提出了很高的要求，且施工时拼接板的配置、复位作业难度较大，需采取一定的措施。

（6）下塔柱合龙闭合尺寸难控制

两条下塔柱分别安装在安装D4节段时合龙，如何保证下塔柱的安装精度，实现D4节段顺利安装，即实现下塔柱的顺利合龙，将是桥位安装的关键环节，也是保证后续节段安装精度的关键。