鄒敏勇 張巨生

（中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司 武漢 430056）

1 工程概況

馬鞍山長江公路大橋位于長江中下游的安徽省東部，連接馬鞍山和巢湖兩市。馬鞍山長江公路大橋左汊主橋為2×1 080m的三塔兩跨懸索橋，跨度布置為（360m＋2×1 080m＋360m，矢跨比1／9，加勁梁在中塔處采用塔梁墩固結(jié)［1］；中塔為鋼－混疊合塔。總體布置見圖1。

圖1 馬鞍山長江公路大橋三塔懸索橋總體布置（單位：m）

2 中塔結(jié)構(gòu)形式選取

2.1 結(jié)構(gòu)形式選取

為選取合理的中塔結(jié)構(gòu)形式，分別對縱向為A形、人字形、I形的3種結(jié)構(gòu)形式進行研究分析。通過對這3種結(jié)構(gòu)形式的研究發(fā)現(xiàn)，混凝土塔及A形鋼塔由于主塔本身剛度較大，主纜與鞍座間抗滑安全無法保證［2］，人字形結(jié)構(gòu)和I形結(jié)構(gòu)剛度適中，能較好地滿足受力需求。

中塔若采用鋼塔，不論是I形鋼塔、亦或人字形鋼塔，2個方案在技術(shù)上都不存在問題，但考慮到馬鞍山長江流域水位落差較大，選用鋼塔方案，下塔柱處于水位變動區(qū)，影響結(jié)構(gòu)的耐久性，自身防撞能力較差。因此，中塔采用鋼－混疊合塔是合適的。鋼－混疊合塔剛度適中，上塔柱為鋼結(jié)構(gòu)，對變形適應能力較強，且鋼結(jié)構(gòu)強度高，能很好地滿足受力需求；下塔柱為混凝土結(jié)構(gòu)，具有較大剛度和較好的防撞能力［3］。

若采用人字形鋼上塔柱，分叉點距離承臺高約76m，該處鋼塔柱截面較大，吊裝較困難并需在混凝土塔柱頂面叉開約18m，使混凝土下塔柱頂面尺寸達32m，顯得過于粗重，與邊塔外形不協(xié)調(diào)，景觀效果較差。

而I形鋼上塔柱最重節(jié)段在疊合段，可以通過浮吊吊裝，有效地解決了節(jié)段吊裝難題；混凝土下塔柱截面相對較小，與邊塔外形協(xié)調(diào)，景觀效果較好。

經(jīng)過多方面比選，再結(jié)合馬鞍山大橋的工程建設(shè)條件，圍繞馬鞍山大橋設(shè)計所確定的技術(shù)控制指標，馬鞍山長江公路大橋中塔采用I形鋼－混疊合塔方案。

2.2 疊合段接頭位置選取

馬鞍山長江公路大橋采用塔梁固結(jié)體系，下橫梁為鋼箱梁。若疊合段接頭在下橫梁以上，需設(shè)置3個鋼－混接頭，塔梁固結(jié)體系活載作用下，該處主梁交變內(nèi)力較大，對鋼－混接頭受力不利，結(jié)構(gòu)構(gòu)造難處理。而疊合段接頭位置設(shè)在主梁以下，主梁材料單一，混合接頭數(shù)量較少，結(jié)構(gòu)構(gòu)造相對簡單，因此疊合接頭設(shè)置在距離下橫梁底4.2 m處，高程為＋47.5m。

3 中塔結(jié)構(gòu)設(shè)計

中塔結(jié)構(gòu)設(shè)計為門式結(jié)構(gòu)，由上、下塔柱、塔頂裝飾及上、下橫梁組成，其中下塔柱為預應力混凝土結(jié)構(gòu)，上塔柱、塔頂裝飾及上、下橫梁為鋼結(jié)構(gòu)。塔高（從塔座頂面算起）為175.8m。上塔柱高127.8m（從鋼－混疊合面算至鞍座底），橫橋向?qū)挾?.0m，順橋向?qū)挾?.0～11.0m。塔頂裝飾10.5m。塔柱間中心距：在塔頂處35m，承臺頂處43.5m，中塔結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 中塔結(jié)構(gòu)圖（尺寸單位：cm）

3.1 中塔鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

上塔柱高127.8m，橫橋向?qū)?.0m，順橋向?qū)?～11m。

塔柱斷面為單箱多室布置，由四周壁板和兩道腹板構(gòu)成，根據(jù)受力要求，位于塔頂段局部范圍內(nèi)增加了數(shù)道腹板。為了減小塔柱截面風阻系數(shù)，改善渦振性能，塔柱截面四角切去0.7m×0.7m4個矩形，將截面進行鈍化。在塔柱斷面中室內(nèi)設(shè)置1.5m×2.0m的電梯通道及人行爬梯，電力管線也從該通道進入。

上橫梁設(shè)計為具有徽派建筑特色的結(jié)構(gòu)，上橫梁由上、中、下梁3部分組成。上梁與中梁之間用5個有圓柱造型的結(jié)構(gòu)連接，中梁與下梁之間用3個有燈籠造型的結(jié)構(gòu)連接。

下橫梁為塔、梁固結(jié)的一部分，梁高中心為6.5m。

塔柱共劃分為21個節(jié)段，T1～T21，20個拼接接縫，J1～J20；節(jié)段長度5.0～9.55m，標準節(jié)段長度為6m。其中T1節(jié)段最重，約590t。塔柱節(jié)段連接傳力形式，設(shè)計采用高強度螺栓傳力與端面金屬間接觸傳力相結(jié)合的方法?？紤]到索塔安裝中誤差的調(diào)整，設(shè)計在J1，J5，J11，J16四處設(shè)置了調(diào)整接頭，即高強度螺栓傳遞100%內(nèi)力。

3.2 鋼－混疊合段連接設(shè)計

鋼上塔柱根部的壓力主要通過鋼上塔柱底座板傳遞到混凝土下塔柱中，而拉力則通過預應力鋼絞線索傳遞到混凝土下塔柱中?？紤]到預應力的更換、維護方便，采用無粘結(jié)體外預應力。中塔在主梁單跨滿載工況下最為不利，設(shè)計以該工況下疊合面無拉應力出現(xiàn)（底板不出現(xiàn)縫隙）來控制設(shè)計。經(jīng)計算需在單個塔柱疊合面布置110根Φss15.2－37無粘結(jié)預應力鋼絞線索。單根預應力鋼絞線索恒載時預應力約5 000kN，考慮預拉力張拉的損失，施工張拉力為5 698kN。

無粘結(jié)預應力可通過在錨頭加設(shè)防護罩封閉然后灌注油脂來防腐，并且在上端即鋼塔側(cè)防護罩由不銹鋼和玻璃鋼2部分組成，通過透明的玻璃鋼可以隨時觀測。鋼－混結(jié)合段結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 鋼－混結(jié)合段結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

疊合塔墩接頭構(gòu)造及受力復雜，為保證結(jié)構(gòu)安全可靠，對該部分構(gòu)造進行了空間仿真分析及模型試驗。計算結(jié)果表明，鋼－混凝土界面摩擦抗剪有足夠余量，下橫梁及鋼混疊合段各板件最大應力均在容許范圍，錨下承壓板件局部穩(wěn)定性能滿足規(guī)范要求，板件加勁肋設(shè)置合理，結(jié)構(gòu)安全。

3.3 混凝土下塔柱設(shè)計

下塔柱設(shè)計為預應力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高37.5m，橫橋向?qū)?.2～12m，順橋向?qū)?7～25 m，塔柱頂設(shè)置7.5m高實體段，截面采用單箱單室結(jié)構(gòu)，橫橋向壁厚1.6m，順橋向壁厚2.0m，在根部及頂部交接范圍內(nèi)壁厚逐漸加厚。下塔柱四角設(shè)有3cm×3cm倒角。下塔柱按照預應力混凝土構(gòu)件設(shè)計，單個塔柱配有110束Φs15.2－19 mm高強度低松弛鋼絞線束。

4 中塔施工

4.1 混凝土塔柱施工

下塔柱混凝土采用分層澆筑方式，每次灌注厚度為30～40cm。每個節(jié)段5m，除疊合段預留2m后澆外，最后一節(jié)高度為5.5m。

為固定定位鋼筋和預應力孔道，在每個節(jié)段均設(shè)置勁性骨架。采用懸臂模板保證混凝土澆筑時塔柱平面尺寸及位置滿足要求。

通過連接器接長，塔柱施工分節(jié)張拉預應力。

4.1.1 T1、T2及下橫梁施工

中塔鋼塔柱T1、T2及下橫梁最大吊重約590t，采用大型浮吊吊裝。

T1，T2節(jié)段及下橫梁施工總體思路：先吊裝下橫梁→安裝T1節(jié)段→鋼混凝土疊合、張拉錨固→安裝T2節(jié)段→下橫梁與T1，T2固結(jié)。

下橫梁采用落地支架安裝，T1節(jié)段支撐在下塔柱頂?shù)?個鋼筋混凝土立柱上，安裝順序為先進行落地支架搭設(shè)及下塔柱頂?shù)?個鋼筋混凝土立柱施工，再吊裝下橫梁，通過調(diào)節(jié)裝置調(diào)整下橫梁高程及平面位置，再吊裝T1節(jié)段，通過調(diào)節(jié)裝置調(diào)整T1高程及平面位置，調(diào)整完成后對T1、下橫梁的整體位置進行檢查，滿足設(shè)計要求后將T1節(jié)段與立柱進行鎖定。

T1與立柱鎖定后，將無粘結(jié)接預應力鋼絞線束預埋鋼管接長至設(shè)計位置，同時進行疊合段鋼筋施工，安裝模板，澆筑自密實混凝土并完成表面壓漿處理，最后澆筑T1節(jié)段內(nèi)填充混凝土。

浮吊吊裝T2節(jié)段就位，利用四角所設(shè)調(diào)整裝置對T2高程、平面位置進行精確調(diào)整，測量無誤后，匹配拼接板，完成J1接頭的安裝。待T2安裝完成后，通過下橫梁下調(diào)節(jié)裝置再次調(diào)整下橫梁平面位置及高程，匹配拼接板完成下橫梁與鋼塔的連接。

4.1.2 標準節(jié)段施工

T3以上節(jié)段最大重量超過200t，目前國內(nèi)的吊裝設(shè)備無法滿足要求，采用新研發(fā)的塔吊D5200－240進行本橋中塔標準節(jié)段吊裝。

（1）非調(diào)整接頭安裝。運輸船運送鋼塔節(jié)段到中塔后，檢查節(jié)段情況，確認測量基線并布置測量控制點。

塔吊緩慢起吊鋼塔，當鋼塔下口四角高差控制在5mm以內(nèi)，滿足要求后繼續(xù)起吊鋼塔，起吊到位后，旋轉(zhuǎn)起重臂至安裝位置，松鉤下落。下落到離接口約100cm時，將牽引系統(tǒng)安裝到位，作業(yè)人員在鋼塔內(nèi)拉緊牽引繩，調(diào)整鋼塔位置，使其落入導向及限位板內(nèi)。

下落到位后，測量人員對鋼塔進行檢查，利用水平頂、側(cè)面限位板將鋼塔平面位置調(diào)整好，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整豎向位置，并檢測鋼塔金屬接觸率情況，當滿足要求后，打入沖釘初步定位，上螺栓并施擰。

螺栓終擰后，測量接縫端面的傾斜率、高程、塔柱相對位置及金屬接觸率等各項指標。

（2）調(diào)整接頭安裝。調(diào)整接頭安裝前必須對上一節(jié)段的傾斜度、四角高差進行測量，以明確接口調(diào)整量，當各項指標均滿足設(shè)計及驗收要求時，可以將調(diào)整接頭按正常接頭進行連接，此時拼接板可直接根據(jù)廠內(nèi)預拼情況進行鉆孔。

當需調(diào)整時，拼接板一側(cè)需后鉆孔，現(xiàn)場利用豎向調(diào)整裝置調(diào)整鋼塔位置，測量檢查合格后，放出拼接板孔樣，鉆孔后進行連接。

實際施工時，為了加快鋼塔架設(shè)進度，根據(jù)廠內(nèi)預拼數(shù)據(jù)結(jié)合橋位實際測量數(shù)據(jù)對接口狀態(tài)進行預判，提前進行鉆孔作業(yè)。通過加強鋼塔制做和架設(shè)過程中的測量監(jiān)控工作，本橋?qū)嶋H架設(shè)時調(diào)整接頭加墊量最大只有3mm。

4.2 鋼塔線形控制

塔柱架設(shè)是再現(xiàn)工廠制造精度的過程，核心問題是采取有效措施恢復工廠匹配制造時相連節(jié)段的相對幾何位置和相連節(jié)段端面的金屬接觸率。

（1）鋼塔節(jié)段廠內(nèi)制造時端面機加工完成后進行逐段預拼，檢查金屬接觸率、接頭相對幾何位置，符合驗收要求后做出控制基線，做為架設(shè)時測量控制基點。

（2）鋼塔架設(shè)前現(xiàn)場測量人員對基線進行確認，保證測量點間通視。

（3）塔柱端面在進行測量前，檢查測量儀器，使儀器精度滿足精度要求。

（4）首節(jié)段鋼塔架設(shè)定位前測量精度按工廠制造精度控制，確保首節(jié)段鋼塔平面位置、高程、傾斜度達到設(shè)計要求。

（5）鋼塔架設(shè)后對接口金屬接觸率、錯邊量進行檢查，金屬接觸率采用0.04mm塞尺檢查，滿足要求后方可進行連接。

圖4為中塔塔吊施工圖。

圖4 中塔塔吊施工圖

（6）鋼塔測量工作在環(huán)境溫度相對恒定時段進行，一般在凌晨進行測量檢查。

（7）調(diào)整接頭安裝時空間位置必須調(diào)整至設(shè)計要求范圍內(nèi)，使鋼塔架設(shè)重新有一個良好的基準面，消除累積誤差。

（8）設(shè)置3道主動橫撐以保持設(shè)計線形。中塔架設(shè)完成后測量：鋼塔中心點最大偏差值8.9mm，塔相對間距小于4mm，傾斜度小于1／10 000，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

5 結(jié)語

馬鞍山長江公路大橋左汊主橋鋼塔首次采用鋼混疊合構(gòu)造，鋼－混結(jié)合部位首次采用無粘結(jié)預應力錨固，標準節(jié)段首次采用新研制的D5200塔吊進行安裝，在設(shè)計及施工方面有不少的創(chuàng)新點。

馬鞍山長江公路大橋鋼塔施工開始時間為2010年6月，2012年4月全部施工完成，中塔架設(shè)的各項技術(shù)指標（垂直度、塔柱中心距、接觸率等）均很好地滿足了設(shè)計要求。

［1］安徽省公路勘測設(shè)計院，中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司.馬鞍山長江公路大橋及接線工程初步設(shè)計［Z］.合肥：安徽省公路勘測設(shè)計院，2008.

［2］萬田保，王忠彬，韓大章，等.泰州長江公路大橋三塔懸索橋中塔結(jié)構(gòu)形式的選?。跩］.世界橋梁，2008（1）：1－4.

［3］高康平，張 強，唐賀強，等.馬鞍山長江公路大橋三塔懸索橋中塔剛度研究［J］.橋梁建設(shè)，2011（5）：1－5.