彭學理

（中國國家鐵路集團有限公司工程管理中心，北京 100844）

1 工程概況

滬通長江大橋主航道橋為公鐵兩用雙主塔鋼桁梁斜拉橋，孔跨布置為（140+462+1 092+462+140）m，全長2 296 m。主墩承臺平面尺寸為83.9 m×58.7 m，頂面標高+8 m；塔座頂面尺寸70.6 m×29.6 m，頂面標高為+13 m。主塔設計高度為330 m，采用C60 鋼筋混凝土結構。塔柱橫梁以上為倒Y 形設計，橫梁以下內(nèi)收為鉆石形結構［1-5］。塔頂高程343.0 m，其中下塔柱及下橫梁總高度為55 m，中塔柱高145 m，上塔柱及電梯房總高度為125 m。主塔結構見圖1。

大橋在上塔柱重型鋼錨梁與鋼牛腿整體高精度吊裝、斜拉索盤吊裝上橋等工序中，對起吊能力需求不低于100 t。受主塔平面尺寸、斜拉索與鋼梁設計位置、現(xiàn)有塔吊站位以及重物待吊區(qū)域等諸多限制。若采用常規(guī)落地式設計，安裝于承臺或塔座處，為滿足上述吊裝要求，需配置4 000 t·m 以上的大型塔吊，且塔吊立柱高度超過320 m，附墻結構設置極其復雜，整座塔吊均需特殊設計，費用昂貴。

2 塔吊設計

圖1 主塔結構圖（單位：cm）

為滿足上述設計需求，滬通長江大橋大吊重塔吊采用附壁式設計，重物通過在承臺存放再倒運吊裝至塔頂。塔吊安裝于中塔柱下游側塔肢上，整體結構由2 700 t·m自升式塔吊本體、托架及附墻組成，2 700 t·m塔吊吊重性能參數(shù)見表1，設計載荷見表2。塔吊安裝總高144 m，標準節(jié)高度為4 m，共36 個標準節(jié)，與主塔之間共設置5 道扶墻附著桿，吊臂長49 m，配重架10.8 m（到回轉中心），塔機平衡重91 t。吊重100 t時，最大幅度26 m；幅度45 m 時，最大吊重52 t。塔吊平面布置示意見圖2。

表1 2 700 t·m塔吊吊重性能參數(shù)

表2 2 700 t·m塔吊設計載荷 t

圖2 塔吊平面布置示意（單位：mm）

托架結構由鋼靴、壓桿、壓桿附墻、壓桿聯(lián)結系、支撐框組成。鋼靴分上下2 層共布置4 個，單個鋼靴結構通過塔柱相應部位預留槽口及8φ40 精軋螺紋鋼與塔柱固定，單個精軋螺紋設計水平張拉力450 kN。壓桿結構為φ710×22鋼管，與塔柱之間設置2道附墻。

壓桿間水平方向通過φ351×10 鋼管之字形聯(lián)結系連接。支撐框結構由HN800 型鋼拼接而成，支撐框與下方壓桿、鋼靴之間分別通過銷軸和螺栓連接［6］。壓桿結構內(nèi)灌注C60 微膨脹混凝土，以提高局部剛度及穩(wěn)定性?；炷羷偠日蹨p系數(shù)取0.7 時，經(jīng)計算可減少壓桿豎向變形約50%（1～2 mm）。

動力分析表明，塔吊縱向剛度偏弱，應根據(jù)動力工況模擬計算結果并檢驗共振特性。因此，按照塔吊工作狀態(tài)運轉速率1 800 r/min 對塔吊進行動態(tài)激勵。采用有限元軟件MIDAS/Civil進行建模，其中塔吊結構除附著桿件采用桁架單元，其余構件均采用梁單元，共振檢算模型見圖3。主塔的兩塔柱底部均使用固定約束，約束6 個方向的自由度［7］。分析塔柱在不同施工階段整體結構的前60 階自振頻率和周期。工況4第7 階振型見圖4。在不同施工工況下，整體結構0～60階模態(tài)自振頻率見表3。外部載荷對塔吊和主塔的作動頻率為30 Hz，由計算得到的結構前60 階頻率可以看出，結構頻率均在30 Hz 以內(nèi)，因此共振風險較低。

圖3 共振檢算模型（5道附墻）

圖4 工況4第7階振型

表3 整體結構0～60階模態(tài)自振頻率

3 塔吊及托架施工

1）托架安裝

主塔施工至27#～30#節(jié)段時，加密設計槽口處鋼筋網(wǎng)，預留托架鋼靴、精軋螺紋鋼拉桿孔洞，并安裝托架附墻預埋件。托架安裝前需將預埋件鑿出并清理，對比測量數(shù)據(jù)及設計參數(shù)，嚴格校正并抄平槽口底面。然后吊裝操作平臺，安裝鋼靴并利用千斤頂張拉精軋螺紋鋼拉桿（單根張拉力450 kN）。

鋼靴安裝完成后，吊裝托架壓桿G1 和G2-1、聯(lián)結系及第1 和第2 道托架附墻，利用料斗和導管自下而上灌注壓桿內(nèi)微膨脹混凝土，及時振搗密實，然后吊裝托架結構支撐框與壓桿G2-2 組合結構。期間應重點控制壓桿垂直度、托架頂標高及中心位置，在確保安裝質(zhì)量滿足要求后，向G2-2節(jié)壓桿中灌注細石混凝土，通過頂部蓋板壓漿，提高管內(nèi)填充密實度［8］。 鋼靴結構局部如圖5所示。

圖5 鋼靴結構局部示意（單位：mm）

在托架結構安裝完畢后，為保證鋼靴與主塔間的有效傳力，采用現(xiàn)場灌漿的方式密實填充槽內(nèi)空隙。托架結構如圖6所示。

圖6 托架結構示意（單位：mm）

2）塔吊主體結構安裝

塔機的首次安裝采用固定基礎式，后轉為外附著式外爬自升。根據(jù)實際施工情況，具體安裝步驟如下：

塔吊基礎制作、驗收→安裝2節(jié)標準節(jié)→安裝第1道附著→安裝2 節(jié)標準節(jié)→安裝第2 道附著→安裝6節(jié)標準節(jié)→安裝回轉下座及其平臺→安裝外頂升套架→安裝平衡臂及其平臺→安裝控制室→安裝起升卷揚機→安裝變幅卷揚機→安裝A 形塔→安裝吊臂（在地面組合完畢后整體吊裝）→安裝配重塊→穿繞變幅鋼絲繩和起升鋼絲繩→調(diào)試→第三方檢測→試吊→四方驗收合格，報監(jiān)理審核同意，正式投入使用［9］。

在附壁塔吊安裝過程中，根據(jù)危險截面計算結果，對塔壁預埋件與附墻桿件接頭角接焊縫等薄弱部位應進行焊縫超聲波探傷檢測，確保焊接質(zhì)量合格［10-11］。

3）塔吊試吊

①空載狀態(tài)。測量工作幅度、起升高度及側向垂直度，通電后測試起落鉤、變幅及回轉等操作是否滿足相關要求。

②載荷試驗。依次進行100%額定載荷-靜載、110%額定載荷-動載、125%額定載荷-靜載試驗。以最大吊幅下載荷系數(shù)×對應額定起重量和最大吊重×載荷系數(shù)下極限吊幅為2 類主要測試工況，考慮安全系數(shù)進行起升等操作。

重點評估塔吊起升、變幅及回轉機構工作機能，檢查限位裝置和電控系統(tǒng)是否正常，同時觀測工作狀態(tài)異響、振動狀況，利用全站儀觀測主塔順橋向、橫橋向變形是否滿足設計要求。

4）信息化監(jiān)控

托架基礎監(jiān)控內(nèi)容為主要受力結構鋼靴上的精軋螺紋鋼及塔吊支撐框底的銷軸連接板，通過在主塔內(nèi)腔設置2個攝像頭，監(jiān)控精軋螺紋鋼后錨固情況，另在每個鋼靴處選擇1根精軋螺紋鋼安裝智能弦式數(shù)碼穿心力傳感器，檢測預應力損失情況，每個銷軸處兩側的連接板分別安裝1個應變傳感器。

塔吊附墻結構的監(jiān)控內(nèi)容為附墻桿件的應力監(jiān)控，在每根附墻桿上安裝3個應變傳感器，分別布置在兩端部和桿件中間。

精軋螺紋鋼后錨固點的監(jiān)控頻率為每半個月1次。應力傳感系統(tǒng)為實時監(jiān)控，應力數(shù)據(jù)可實時反饋到后臺主機上，通過設置警戒值，可在超警戒情況下將信號傳輸至控制室電腦界面。

4 結論

1）為滿足滬通長江大橋超高主塔上塔柱預制結構及斜拉索索盤上橋等高吊重需求，采用專用托架作為基礎結構，實現(xiàn)了2 700 t·m塔吊在中塔柱處的附壁式固定。相比傳統(tǒng)橋梁工程中落地式塔吊，顯著節(jié)省吊幅、充分利用吊重能力，大大減少了塔吊標準節(jié)用量及安裝工期。

2）塔吊托架由鋼靴、壓桿、壓桿附墻、壓桿聯(lián)結系和支撐框組成，采用鋼靴槽口后期壓漿保障有效傳力，微膨脹混凝土灌注壓桿減小變形。MIDAS/Civil 建模分析了動態(tài)激勵下前60階頻率，驗證了整體結構共振安全性。通過試吊及信息化監(jiān)控，驗證了設計載荷下附墻及托架等關鍵結構部位受力安全，125%額定載荷-靜載試驗下，順橋向持荷時主塔最大變形為2.4 cm（順橋向），確保了塔吊整體結構在使用階段的工作性能及結構安全。

3）滬通長江大橋主塔2 700 t·m 附壁塔吊安裝質(zhì)量滿足設計及規(guī)范要求，證明了該吊重形式的合理性及優(yōu)越性，為后續(xù)超高橋塔、大吊重預制結構吊裝施工提供了借鑒。