甬江特大桥索塔施工塔吊选型及布置

1、PAGE PAGE 9甬江特大桥索塔施工塔吊选型及布置厦门工程有限公司宁波甬江大桥项目 叶派平 欧阳潮摘 要：随着桥梁的发展，超过百米高的桥墩和数百米高的索塔已不再少见，此类工程施工对垂直运输的要求越来越高。在现代桥梁高墩施工中，塔吊已基本上成为一种必不可少的垂直运输起吊设备，其选型和布置不但是施工技术措施中不可或缺的重要组成部分，而且对施工工期有着重要影响。关键词：索塔 塔吊 选型 布置引言随着桥梁中桥墩、索塔高度的不断增加，其施工难度也在增大，施工中机具、设备的投入越显重要，尤其是运输、起吊设备的投入。为确保工程能够优质高效、安全环保地完成施工，并且做到提高劳动效率、节省机具投入、节省施工

2、成本，就必须对所投入的机械设备进行合理选择和搭配。塔吊（又称塔式起重机）以其鲜明的特点工作高度大、幅度大、全回转、服务范围广、视野开阔、适用性强等，已成为桥梁高墩、高塔施工中一种必不可少的垂直运输起吊设备。桥梁施工中受施工环境、场地位置以及墩柱、索塔外形结构等限制，施工组织设计中对于塔吊的选型、布置以及附着设置必须结合工程实际进行综合系统的考虑，方可取得较完善的方案。1 工程概况甬江特大桥是宁波市绕城高速公路东段的控制性和标志性工程，采用四索面边箱形钢混凝土叠合梁斜拉桥，跨径组成为5416646816654m，全桥设双塔，塔型采用双菱形联体索塔，塔高141.5m（含塔座），塔柱设上下两道横梁，

3、上下横梁均施加预应力，桥塔锚固方式采用环向预应力锚固。下横梁以上部分塔柱内外侧面横桥向斜率1/9.600，下横梁以下部分塔柱外侧面横桥向斜率1/3.833，内侧面横桥向斜率1/2.963，左右幅成对称布置。塔柱采用变截面，从顶部至下横梁处塔柱截面为4.0m7.0m4.0m9.44m空心截面，下横梁至塔柱底为4.0m9.44m6.0m10.0m空心截面。全桥索塔混凝土量31346立方米，钢筋总重8196吨。大桥工程属亚热带季风气候区，冬、夏盛行风向随季节而变化，夏季受热带海洋性气团控制，盛行偏南风，冬季受大陆冷气团控制，盛行偏北风。累年平均大风（风速17.2m/s，8级风）日数为30.9天，工程

4、影响区一年四季均可出现大风天气，出现频率季节变化不太明显，78月大风日数略大于其它月份，主要也是因为热带气旋影响。影响大桥工程区的主要灾害性天气有热带气旋、暴雨、龙卷、冰雹、雪、雾、飑等。索塔塔柱施工采用全自动液压爬模法施工，上下横梁采用钢管支架法施工。图1-1 索塔一般构造图2 塔吊选型塔吊的种类有轨道式、附着式、爬升式等。甬江特大桥双菱形联体索塔总高141.5m（含塔座），为确保索塔施工安全，优先选择附着自升式塔吊。塔吊型号选择时，需根据桥梁工程不同的地理环境位置、工程结构特点和施工技术方案等确定塔吊主要参数，从而选择合适的塔吊型号。塔吊的主要参数有：工作幅度、起重量、起重力矩和起升高度。

5、塔吊工作幅度又称回转半径或工作半径，是塔吊选型时首先需要考虑的参数，塔吊最大工作幅度必须满足施工平面需要，塔吊工作幅度与塔吊布置位置有关，需结合施工技术方案进行考虑。塔吊起重量包括最大起重量和最大工作幅度时的起重量两个参数，起重量应包括起吊物、吊具、吊索等作用于塔吊起重钩上的全部重量。塔吊起重力矩是工作幅度和与之相对应的起重量的乘积，起重力矩是反映塔吊起重能力的一项首要指标，在进行塔吊选型时，初步确定起重量和工作幅度参数后，还必须根据塔吊技术说明书中给出的数据，核查是否超过额定的起重力矩。塔吊起重力矩一般控制在其额定起重力矩的75%之下以保证作业安全并延长其使用寿命。塔吊起升高度为基础顶面至吊

6、钩中心的垂直距离，起升高度应不小于桥墩、索塔等建筑物的总高度加上起吊物、吊具、吊索和安全操作高度，同时应满足塔吊超出建筑物顶面障碍物，如斜拉桥索塔施工爬架、索塔顶避雷塔等。当塔吊主要参数指标满足施工需求时，还应考虑每个桥梁工程的特殊要求，并择优选择性能好、工效高和费用低的塔吊。甬江特大桥索塔在下横梁处横桥向最大宽度达62.62m，施工起吊物主要为钢筋、索导管、模板、液压爬模、上下横梁支架钢管、主动横撑钢管、施工所需机具设备以及后期主梁施工期间托架钢管、桥面吊机、钢梁起吊龙门、斜拉索等。其中起吊频率最大的是钢筋，其它起吊物频率较低。起吊物中大部分可进行适当拆除分解，而斜拉索为不可分解单元，斜拉索

7、中最长索单根重达21t，但因斜拉索起吊频次有限并综合塔吊投入费用，不考虑塔吊作为全桥全部斜拉索的起吊设备，对于斜拉索起吊单独设置起吊桁架。根据索塔施工技术方案，施工期间最大起吊物为索塔施工液压爬模系统，起重量5t，此时工作幅度约30m。在甬江特大桥塔吊选型时除考虑塔吊主要参数外，还综合考虑了以下几方面：甬江特大桥距入海口仅10km，每年夏季均受台风影响，台风袭击时最大风力可达12级，所以塔吊自身的抗风性能对施工安全起着重要作用；索塔总高达141.5m，当塔吊起吊高度较大时钢丝绳极容易搅到一起，则要求塔吊必须要通过构造措施很好地解决钢丝绳打搅的问题；甬江特大桥索塔采用双菱形联体索塔，每座索塔设有

8、四个塔柱，施工过程中起吊物为普通桥梁索塔的两倍，塔吊利用率高，对塔吊的安全性和可靠性有更高的要求，并要求塔吊采用变频技术，确保塔吊工作平稳可靠；联体索塔设计决定了施工任务的繁重，故而在塔吊选型时要求塔吊附着数量尽量减少，减少附着数量，也能减小塔吊对索塔的应力集中影响；甬江特大桥施工区域为雷击多发区域，要求塔吊要有完善的防雷措施。综合甬江特大桥索塔高度、外形尺寸、施工场地布置、起吊物组成、总体施工技术方案以及投入费用，本着保证塔吊安全性、实用性、高效性、可靠性的原则，最终选用波坦MC170A型塔吊。表2-1 MC170A塔吊的性能指标3 塔吊布置塔吊平面位置的选择，对高效、安全地使用塔吊起着决定

9、性的作用。塔吊布置位置不当，将可能降低塔吊利用率，如施工场地范围内存在盲点，有时甚至危及塔吊安全，如塔吊碰及周边高压线或其它建筑物、构筑物。塔吊平面定位布置应尽量满足以下各方面要求，当个别要求无法同时满足时，可根据经验进行综合衡量，确定最合理的布置方案，满足塔吊工作幅度的充分利用，使塔吊工作幅度覆盖全部施工作业面，避免存在施工盲点，可通过作与塔吊作用半径一定比例的圆，而后在同比例施工平面图中进行布置定位。满足塔吊起重能力的合理利用，塔吊起重量随着工作幅度的增大而减小，需结合一定范围内的起吊物重量确定塔吊位置。满足周边环境条件对塔吊的要求，塔吊布置时需避开周边的建筑，如高压线、民宅、道路等，需最

10、大限度地减少起吊时起吊物从民宅、道路上空走过。满足施工过程中设备、设施的空间要求，如多台塔吊交叉作业时需满足相邻塔吊的作业要求。满足塔吊附着位置及尺寸要求，桥梁索塔结构形式千变万化，菱形、A字形、倒Y形索塔上部向内收缩，塔吊布置时必须考虑附着的可行性和安全性。满足塔吊基础受力要求，塔吊基础必须牢固可靠，尽量避免塔吊基础设置于软土地基上。满足塔吊安装、拆除要求，塔吊起重臂、平衡臂长度较长，且安装、拆除时其朝向固定，在拆除时不能碰及已施工建筑，尤其是斜拉桥斜拉索及悬索桥主缆。满足施工工期要求，塔吊布置时尽量做到一次安装即可完成全部起吊作业，避免施工过程中的塔吊转换。满足费用要求，应考虑以最小的投入

11、完成施工中的全部起吊作业。根据甬江特大桥施工现场实际，在施工区域内无影响塔吊布置的高耸建筑物，塔吊可布置于施工区域任意位置。双菱形联体索塔下横梁处横桥向达最大宽度，塔身上部向内缩小尺寸较大，在塔吊布置时需同时考虑此两种工况下起吊物的重量及所需的塔吊工作幅度。根据各方面要求，甬江特大桥塔吊布置有多种方案可供选择：两台塔吊（一台长臂，一台短臂），分别布置于上、下游侧，其中短臂塔吊至索塔施工完成后拆除，另一台长臂塔吊直至全桥施工完成；两台塔吊（均为短臂），分别布置于上、下游侧，直至全桥施工完成；两台塔吊（一台长臂，一台短臂），长臂塔吊布置于左右幅中间直至全桥施工完成，短臂塔吊布置于上游侧或下游侧至索

12、塔施工完成后拆除；一台塔吊（长臂），布置于左右幅中间直至全桥施工完成。经多面精心比较，最终选用方案。方案、中，施工至上塔柱后因向内收缩，则塔吊附着增长，设置塔吊附着时需设置强有力的钢桁架才能满足受力要求；另外塔吊布置于上下游侧将影响施工电梯的布置，增加施工电梯布置难度；并且方案中塔吊投入费用较大，两台塔吊任何一台出现故障都将对索塔工期产生影响。方案中单座索塔仅布置一台塔吊，单台塔吊需负责全部四个塔柱施工，则塔吊不能完全满足施工需要，且该布置方案要求塔吊任何时候都不能出现故障，否则将直接拖后索塔施工工期。方案有如下特点：上下游仅一侧布置塔吊，另一侧可很好地布置施工电梯；减少长臂塔吊附着长度，并为

13、对称受力，受力合理；塔吊可以避让开桥面的平面位置范围，不干扰主梁施工；两台塔吊均为一次安装即可完成全部起吊作业；短臂塔吊至索塔施工完成后即可拆除，节省了塔吊的投入；长臂塔吊工作幅度覆盖短臂塔吊，两者附着设置时存在相互影响；受成桥后索塔联体段及斜拉索影响，增加了长臂塔吊拆除难度。 图3-1 方案塔吊布置示意图在甬江特大桥塔吊布置过程中，还考虑了以下几方面要求：根据施工现场布置，长臂塔吊工作幅度覆盖钢筋加工场地，短臂塔吊覆盖劲性骨架加工场地，节省了后场加工场地的起重设备；两台塔吊与塔柱间的距离必须满足索塔液压爬模系统的爬升空间要求。4 塔吊附着设计附着自升式塔吊随施工进程向上顶升接高，接高到塔吊设

14、计的自由高度后，必须使用锚固装置将塔身与桥墩、索塔等建筑物相联结，形成附着。通过附着使塔吊上部传来的水平力、不平衡力矩以及扭矩传给建筑结构；同时减小塔吊塔身的长细比，改善塔身结构受力情况。附着设置方式、相互间距和附着距离等，本应按出厂说明书中的规定执行，但因桥梁索塔结构与房建结构相比，截面尺寸变化大，塔吊布置时基本无法满足说明书中的附着距离要求，必须根据工程实际，按说明书中塔吊的自由高度和附着的杆件角度对每道附着进行单独设计。甬江特大桥索塔采用全自动液压爬模法施工，液压爬模整体高度约14m，施工时超出节段交界面2m。索塔施工钢筋、劲性骨架长度为9m，混凝土节段斜高4.5m（垂直高度4.48m）

15、，钢筋顶标高与节段交界面间高差最大时约3m，吊装空间余量按3m考虑。则该液压爬模系统及钢筋将直接占去塔吊18m的自由高度。施工现场因短臂塔吊设置附着后自由高度不足30m，只能满足18m9m=27m的施工要求，故塔吊需每隔9m设置一道附着（临时附着或永久附着）。附着设计时密度大，为加快附着安装进度，对附着杆进行了优化设计。将附着杆与附着框、索塔塔臂之间均采用铰接，同时将附着杆的一端加工成可缩可伸的灵活端，安装时可根据不同情况进行调节，且伸缩端亦可作为塔身垂直度的调节装置。甬江特大桥地处滨海环境，对于桥塔结构的耐久性有很高的要求，对索塔表面的施工预埋件需进行严格控制。以往工程中普遍采用将预埋钢板埋进混凝土表面，安装附着时进行焊接操作，造成施工后不易取出、不易采用混凝土修补、对索塔防腐形成不利影响等。为确保结构的耐久性，甬江特大桥塔吊附着设计时，采用在索塔中预埋高强螺栓套筒，在拆模后通过高强螺杆将连接钢板锚固于索塔表面。此方法不但将高空焊接工作转移至后场，提高了钢结构的焊接质量，且在高空中安装、拆除均相当容易，施工完成后可拆出预埋高强螺纹套筒，对塔身耐久性和外观质量不存在不利影响。图4-1 塔吊及附着布置现场照片5 结语桥梁工程中桥墩、索塔施工属于高空作业，工作面狭小，塔吊的选型与布置是施工的关键，将直接影响到全桥的总工期。而塔吊的选型和布置是一个综合分析的过程，应根据