大型鋼錨箱在大型斜拉橋上的應用

1主塔結構及鋼錨箱安裝杭州跨海大橋的北航道大橋是一座雙索橋的傾斜橋。主橋全長908m，半徑（70.16044.160和70）m。索塔為鉆石形,總高度178.8m,塔頂高程+186.500m,上塔柱高38.075m。其中標高+143.425～+161.139m為直線變化段,斜率為1/5.9;標高+161.139～+177.85m為曲線變化段,橫橋向外側面曲線半徑為100m,內側面曲線半徑為150m;標高+177.85～+186.5m為直線段,主塔構造見圖1。上塔柱中間為斜拉索錨固區,斜拉索通過鋼錨箱錨固在上塔柱。鋼錨箱橫橋向寬2.5m,順橋向寬6.0m,高34.475m,分為14個節段,每節段分為主跨側及邊跨側2塊,最重吊裝塊為2號鋼錨箱邊跨側一段,重為13.587t,高度為4.2m,吊裝設備為QTZ315塔式起重機。鋼錨箱通過鋼框架錨固在主塔合攏段混凝土上,橫向通過剪力釘與兩側塔柱混凝土錨固,另外設置了58束環向預應力。鋼錨箱構造見圖2。鋼錨箱參數見表1。2安裝過程中的鋼鳳箱鋼錨箱安裝工藝流程見圖3。3安裝連接工藝3.1錨固端安裝鋼框架中塔柱雙肢在無索區和有索區交接處合攏,合攏段底面為半徑370.1cm圓弧,起點標高為+140.305m,圓弧頂部標高為+143.425m,合攏段搭設支架分2次澆筑,第1次澆筑預埋第1節鋼錨箱錨管,第2次澆筑前安裝鋼框架,并安裝第1節鋼錨箱。合攏段支架示意見圖4。合攏段第1次混凝土澆筑前預埋首節鋼錨箱錨管,錨管事先在加工場做防腐處理,利用5號角鋼加工桁架梁,焊接在兩側塔柱勁性骨架上,錨管定位固定在桁架梁上,并事先在底模上設計位置開孔,以便錨管穿過底板。錨管定位后,安裝鋼筋及預應力束,兩側4束預應力束采用后穿束工藝,避免破壞模板,中間4束采用先穿工藝。第1次混凝土澆筑時還要預埋鋼框架定位支架。預埋件安裝完畢,澆筑合攏段第1次混凝土,澆筑高度為4.5m。3.2鋼框架安裝精度測量放線合攏段第2次混凝土施工高度為1.62m,第2次施工重點是鋼框架定位安裝,鋼框架定位的要點是控制其平面位置及高程。在合攏段第1次混凝土澆筑時預埋定位支架,支架設計為雙拼25a工字鋼,共設12個,兩側塔柱部分各3個,控制平面位置和高程,中間合攏段混凝土部分設6個,主要是控制高程,見圖5。鋼框架定位是整個鋼錨箱施工中最關鍵的步驟,定位方法是先在定位架頂面鋼板上測量定出鋼框架平面位置,再根據各定位點測量并微調高程,微調設備采用50t手動螺旋千斤頂,使用不同厚度的薄鋼板支墊。考慮斜拉索錨固點預抬量2cm,鋼框架及鋼錨箱絕對高程均提高2cm。鋼框架安裝精度要求見表2。鋼框架邊線測量放好大樣,四周用磨光的3cm厚鋼板壓線焊接控制平面位置,平面位置調整依靠5t手拉葫蘆,標高利用50t手動千斤頂調節并固定。鋼框架固定以后,在其上安裝第1節鋼錨箱,調整完畢鎖緊連接螺栓,然后澆筑合攏段第2次混凝土,第2次混凝土全部采用微膨脹混凝土。3.3對下分段段鋼錨箱的吊裝(1)將待安裝節段鋼錨箱分2塊吊裝就位,臨時固定,再分塊吊裝兩吊裝塊間連接鋼板,用插銷臨時銷接,測量精確定位,最后安裝高強螺栓。(2)在已安裝節段鋼錨箱定位之后,對其進行固定,防止鋼錨箱移位。固定方法采用高強螺栓將鋼錨箱內的臨時固定裝置連接好,并在順橋向兩端內側焊6處10cm長的定位焊縫,固定已經定位好的鋼錨箱,保證進行下一節段鋼錨箱吊裝時不發生位移,見圖6、圖7。(3)已安裝節段鋼錨箱固定好之后,立即進行下一節段鋼錨箱的吊裝就位。在下一節段鋼錨箱吊裝過程中,已定位好的鋼錨箱與前節錨箱不施焊連接,以防止鋼錨箱焊接時,鋼錨箱受壓對焊縫造成影響。(4)下一節段鋼錨箱吊裝之后,再對已定位好節段鋼錨箱與前節錨箱間進行不間斷焊接施工。焊接順序為先焊外側面,再焊內側面。外側面焊好之后,將不影響塔柱鋼筋綁扎作業。(5)在作業(4)的同時,可對已吊裝的下節段錨箱進行連接板安裝、高強螺栓施擰及定位工作。(6)施焊過程中要連續觀測節段鋼錨箱的位置、高程變化,特別是索導管上下口中心點位置、高程的觀測。(7)待焊接完成并冷卻后,對上面已定位好的鋼錨箱節段的軸線、上端面水平度、高程以及索導管位置進行復測。若滿足要求,即可重復第(3)～(6)作業。在鋼錨箱安裝過程中,還要注意控制已安裝鋼錨箱的整體垂直度。(8)對每道焊縫按規定程序和方法進行超聲波探傷檢測,凡檢測結果不符合要求的焊縫均需進行返修直到合格,焊縫全部合格后方可進行塔柱混凝土施工。3.4鋼鏈安裝定位施工測量3.4.1初支鋼錨箱及鋼框架安裝在塔柱穩定的時間段先復測定位鋼框架時2個工作點及鋼框架中線的坐標,如果點位相對變化較小,仍以這2個工作點放樣鋼框架時的坐標為基準,然后在鋼框架上放樣出首節鋼錨箱的平面安裝位置。首節鋼錨箱安裝后,采用精密水準儀及配套銦鋼尺檢查其頂面高程及平整度。平面位置的檢查采用全站儀與懸吊垂球相結合的方法。全站儀架設在工作點可以直接測得鋼錨箱頂口相應位置的坐標,與底口放樣坐標相比較即可求出鋼錨箱的垂直度。3.4.2準確定位錨固點以規劃設計以第2節段鋼錨箱底口縱、橫軸線沖眼對準首節鋼錨箱頂面縱、橫軸線沖眼(廠內進行精確沖眼),從而定位第2節鋼錨箱的平面位置。然后利用橫梁工作基點放樣出塔柱混凝土上或勁性骨架上工作點的坐標,再用與第1節相同的方法檢查其平面位置和錨固點的坐標及該節段鋼錨箱頂面標高及平整度。其余節段方法類似。3.4.3錨箱頂出出入口點鋼錨箱吊裝前,首先根據每節鋼錨箱錨管出口縱、橫軸線沖眼找出錨管出口點,然后丈量出與錨箱頂及中線、外壁的相對關系。待鋼錨箱吊裝后,首先測量錨管錨固點的三維坐標,然后根據測量的鋼錨箱平面位置及高程數據,結合出口點丈量數據推算出錨管出口點的三維坐標。3.5預應力鋼絞線的張拉和封錨鋼錨箱安裝至一定高度(大于5m,不超過12m),開始鋼混結合段混凝土施工,先安裝勁性骨架及鋼筋,然后安裝環向預應力束塑料波紋管,最后安裝模板并澆筑混凝土。上塔柱共設置58束15-12環向預應力束,張拉端采用深埋錨。考慮冬季混凝土強度增長較慢,預應力穿束、張拉和壓漿在爬架上進行。為了保護四角圓弧鋼模板的完整性,環向預應力采取后穿方式,為防止混凝土澆筑時波紋管漏漿,波紋管內事先穿1條軟質塑料襯管,襯管分為2段,從兩側伸入波紋管內,在鋼錨箱內會合,模板上只開小孔讓襯管通過,混凝土初凝后,抽出塑料襯管。拆除模板后穿預應力鋼絞線,混凝土強度達到85%,彈性模量達到設計值的80%后張拉預應力鋼絞線,兩端同時張拉,張拉力與引伸量雙控,以張拉力為主。張拉完畢切除多余部分鋼絞線,用環氧砂漿封錨,24h內壓漿并修補。鋼錨箱與混凝土之間通過剪力釘錨固,上塔柱距離承臺高達180m,且施工期間已進入冬季,為防止鋼錨箱與混凝土之間連接部位開裂,混凝土施工要解決2個方面的問題:①改善混凝土工藝性能。主要是通過優化混凝土配合比,提高混凝土泵送性能,提高混凝土早期強度,縮短拆模時間,并在混凝土中摻入適量聚丙烯纖維,以提高混凝土抗裂性能。②保溫保濕養護。高塔混凝土澆筑完畢后,在模板外側包裹帆布防風保溫,混凝土初凝后即噴淋灑水養護,使混凝土表面處于濕潤狀態,爬架上共布置2層噴淋系統,間距5m。4施工工程管理杭州灣跨海大橋北航道橋主塔斜拉索錨固區采用鋼錨箱,將斜拉索索導管定位由空間變為平面定位,減少施工難度,縮短施工工期,平均每節鋼錨箱安裝時間3～4d,上塔柱每節段施工工期為7～8d。北航道橋鋼錨箱安裝工藝具有以下特點:(1)首節鋼錨箱與鋼框架同時安裝,然后澆