甬江特大橋索塔施工塔吊選型及布置

1、PAGE PAGE 9甬江特大橋索塔施工塔吊選型及布置廈門(mén)工程有限公司寧波甬江大橋項(xiàng)目 葉派平 歐陽(yáng)潮摘 要：隨著橋梁的發(fā)展，超過(guò)百米高的橋墩和數(shù)百米高的索塔已不再少見(jiàn)，此類(lèi)工程施工對(duì)垂直運(yùn)輸?shù)囊笤絹?lái)越高。在現(xiàn)代橋梁高墩施工中，塔吊已基本上成為一種必不可少的垂直運(yùn)輸起吊設(shè)備，其選型和布置不但是施工技術(shù)措施中不可或缺的重要組成部分，而且對(duì)施工工期有著重要影響。關(guān)鍵詞：索塔 塔吊 選型 布置引言隨著橋梁中橋墩、索塔高度的不斷增加，其施工難度也在增大，施工中機(jī)具、設(shè)備的投入越顯重要，尤其是運(yùn)輸、起吊設(shè)備的投入。為確保工程能夠優(yōu)質(zhì)高效、安全環(huán)保地完成施工，并且做到提高勞動(dòng)效率、節(jié)省機(jī)具投入、節(jié)省施工

2、成本，就必須對(duì)所投入的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行合理選擇和搭配。塔吊（又稱(chēng)塔式起重機(jī)）以其鮮明的特點(diǎn)工作高度大、幅度大、全回轉(zhuǎn)、服務(wù)范圍廣、視野開(kāi)闊、適用性強(qiáng)等，已成為橋梁高墩、高塔施工中一種必不可少的垂直運(yùn)輸起吊設(shè)備。橋梁施工中受施工環(huán)境、場(chǎng)地位置以及墩柱、索塔外形結(jié)構(gòu)等限制，施工組織設(shè)計(jì)中對(duì)于塔吊的選型、布置以及附著設(shè)置必須結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行綜合系統(tǒng)的考慮，方可取得較完善的方案。1 工程概況甬江特大橋是寧波市繞城高速公路東段的控制性和標(biāo)志性工程，采用四索面邊箱形鋼混凝土疊合梁斜拉橋，跨徑組成為5416646816654m，全橋設(shè)雙塔，塔型采用雙菱形聯(lián)體索塔，塔高141.5m（含塔座），塔柱設(shè)上下兩道橫梁，

3、上下橫梁均施加預(yù)應(yīng)力，橋塔錨固方式采用環(huán)向預(yù)應(yīng)力錨固。下橫梁以上部分塔柱內(nèi)外側(cè)面橫橋向斜率1/9.600，下橫梁以下部分塔柱外側(cè)面橫橋向斜率1/3.833，內(nèi)側(cè)面橫橋向斜率1/2.963，左右幅成對(duì)稱(chēng)布置。塔柱采用變截面，從頂部至下橫梁處塔柱截面為4.0m7.0m4.0m9.44m空心截面，下橫梁至塔柱底為4.0m9.44m6.0m10.0m空心截面。全橋索塔混凝土量31346立方米，鋼筋總重8196噸。大橋工程屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬、夏盛行風(fēng)向隨季節(jié)而變化，夏季受熱帶海洋性氣團(tuán)控制，盛行偏南風(fēng)，冬季受大陸冷氣團(tuán)控制，盛行偏北風(fēng)。累年平均大風(fēng)（風(fēng)速17.2m/s，8級(jí)風(fēng)）日數(shù)為30.9天，工程

4、影響區(qū)一年四季均可出現(xiàn)大風(fēng)天氣，出現(xiàn)頻率季節(jié)變化不太明顯，78月大風(fēng)日數(shù)略大于其它月份，主要也是因?yàn)闊釒庑绊?。影響大橋工程區(qū)的主要災(zāi)害性天氣有熱帶氣旋、暴雨、龍卷、冰雹、雪、霧、颮等。索塔塔柱施工采用全自動(dòng)液壓爬模法施工，上下橫梁采用鋼管支架法施工。圖1-1 索塔一般構(gòu)造圖2 塔吊選型塔吊的種類(lèi)有軌道式、附著式、爬升式等。甬江特大橋雙菱形聯(lián)體索塔總高141.5m（含塔座），為確保索塔施工安全，優(yōu)先選擇附著自升式塔吊。塔吊型號(hào)選擇時(shí)，需根據(jù)橋梁工程不同的地理環(huán)境位置、工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工技術(shù)方案等確定塔吊主要參數(shù)，從而選擇合適的塔吊型號(hào)。塔吊的主要參數(shù)有：工作幅度、起重量、起重力矩和起升高度。

5、塔吊工作幅度又稱(chēng)回轉(zhuǎn)半徑或工作半徑，是塔吊選型時(shí)首先需要考慮的參數(shù)，塔吊最大工作幅度必須滿足施工平面需要，塔吊工作幅度與塔吊布置位置有關(guān)，需結(jié)合施工技術(shù)方案進(jìn)行考慮。塔吊起重量包括最大起重量和最大工作幅度時(shí)的起重量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，起重量應(yīng)包括起吊物、吊具、吊索等作用于塔吊起重鉤上的全部重量。塔吊起重力矩是工作幅度和與之相對(duì)應(yīng)的起重量的乘積，起重力矩是反映塔吊起重能力的一項(xiàng)首要指標(biāo)，在進(jìn)行塔吊選型時(shí)，初步確定起重量和工作幅度參數(shù)后，還必須根據(jù)塔吊技術(shù)說(shuō)明書(shū)中給出的數(shù)據(jù)，核查是否超過(guò)額定的起重力矩。塔吊起重力矩一般控制在其額定起重力矩的75%之下以保證作業(yè)安全并延長(zhǎng)其使用壽命。塔吊起升高度為基礎(chǔ)頂面至吊

6、鉤中心的垂直距離，起升高度應(yīng)不小于橋墩、索塔等建筑物的總高度加上起吊物、吊具、吊索和安全操作高度，同時(shí)應(yīng)滿足塔吊超出建筑物頂面障礙物，如斜拉橋索塔施工爬架、索塔頂避雷塔等。當(dāng)塔吊主要參數(shù)指標(biāo)滿足施工需求時(shí)，還應(yīng)考慮每個(gè)橋梁工程的特殊要求，并擇優(yōu)選擇性能好、工效高和費(fèi)用低的塔吊。甬江特大橋索塔在下橫梁處橫橋向最大寬度達(dá)62.62m，施工起吊物主要為鋼筋、索導(dǎo)管、模板、液壓爬模、上下橫梁支架鋼管、主動(dòng)橫撐鋼管、施工所需機(jī)具設(shè)備以及后期主梁施工期間托架鋼管、橋面吊機(jī)、鋼梁起吊龍門(mén)、斜拉索等。其中起吊頻率最大的是鋼筋，其它起吊物頻率較低。起吊物中大部分可進(jìn)行適當(dāng)拆除分解，而斜拉索為不可分解單元，斜拉索

7、中最長(zhǎng)索單根重達(dá)21t，但因斜拉索起吊頻次有限并綜合塔吊投入費(fèi)用，不考慮塔吊作為全橋全部斜拉索的起吊設(shè)備，對(duì)于斜拉索起吊單獨(dú)設(shè)置起吊桁架。根據(jù)索塔施工技術(shù)方案，施工期間最大起吊物為索塔施工液壓爬模系統(tǒng)，起重量5t，此時(shí)工作幅度約30m。在甬江特大橋塔吊選型時(shí)除考慮塔吊主要參數(shù)外，還綜合考慮了以下幾方面：甬江特大橋距入?？趦H10km，每年夏季均受臺(tái)風(fēng)影響，臺(tái)風(fēng)襲擊時(shí)最大風(fēng)力可達(dá)12級(jí)，所以塔吊自身的抗風(fēng)性能對(duì)施工安全起著重要作用；索塔總高達(dá)141.5m，當(dāng)塔吊起吊高度較大時(shí)鋼絲繩極容易攪到一起，則要求塔吊必須要通過(guò)構(gòu)造措施很好地解決鋼絲繩打攪的問(wèn)題；甬江特大橋索塔采用雙菱形聯(lián)體索塔，每座索塔設(shè)有

8、四個(gè)塔柱，施工過(guò)程中起吊物為普通橋梁索塔的兩倍，塔吊利用率高，對(duì)塔吊的安全性和可靠性有更高的要求，并要求塔吊采用變頻技術(shù)，確保塔吊工作平穩(wěn)可靠；聯(lián)體索塔設(shè)計(jì)決定了施工任務(wù)的繁重，故而在塔吊選型時(shí)要求塔吊附著數(shù)量盡量減少，減少附著數(shù)量，也能減小塔吊對(duì)索塔的應(yīng)力集中影響；甬江特大橋施工區(qū)域?yàn)槔讚舳喟l(fā)區(qū)域，要求塔吊要有完善的防雷措施。綜合甬江特大橋索塔高度、外形尺寸、施工場(chǎng)地布置、起吊物組成、總體施工技術(shù)方案以及投入費(fèi)用，本著保證塔吊安全性、實(shí)用性、高效性、可靠性的原則，最終選用波坦MC170A型塔吊。表2-1 MC170A塔吊的性能指標(biāo)3 塔吊布置塔吊平面位置的選擇，對(duì)高效、安全地使用塔吊起著決定

9、性的作用。塔吊布置位置不當(dāng)，將可能降低塔吊利用率，如施工場(chǎng)地范圍內(nèi)存在盲點(diǎn)，有時(shí)甚至危及塔吊安全，如塔吊碰及周邊高壓線或其它建筑物、構(gòu)筑物。塔吊平面定位布置應(yīng)盡量滿足以下各方面要求，當(dāng)個(gè)別要求無(wú)法同時(shí)滿足時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合衡量，確定最合理的布置方案，滿足塔吊工作幅度的充分利用，使塔吊工作幅度覆蓋全部施工作業(yè)面，避免存在施工盲點(diǎn)，可通過(guò)作與塔吊作用半徑一定比例的圓，而后在同比例施工平面圖中進(jìn)行布置定位。滿足塔吊起重能力的合理利用，塔吊起重量隨著工作幅度的增大而減小，需結(jié)合一定范圍內(nèi)的起吊物重量確定塔吊位置。滿足周邊環(huán)境條件對(duì)塔吊的要求，塔吊布置時(shí)需避開(kāi)周邊的建筑，如高壓線、民宅、道路等，需最

10、大限度地減少起吊時(shí)起吊物從民宅、道路上空走過(guò)。滿足施工過(guò)程中設(shè)備、設(shè)施的空間要求，如多臺(tái)塔吊交叉作業(yè)時(shí)需滿足相鄰塔吊的作業(yè)要求。滿足塔吊附著位置及尺寸要求，橋梁索塔結(jié)構(gòu)形式千變?nèi)f化，菱形、A字形、倒Y形索塔上部向內(nèi)收縮，塔吊布置時(shí)必須考慮附著的可行性和安全性。滿足塔吊基礎(chǔ)受力要求，塔吊基礎(chǔ)必須牢固可靠，盡量避免塔吊基礎(chǔ)設(shè)置于軟土地基上。滿足塔吊安裝、拆除要求，塔吊起重臂、平衡臂長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且安裝、拆除時(shí)其朝向固定，在拆除時(shí)不能碰及已施工建筑，尤其是斜拉橋斜拉索及懸索橋主纜。滿足施工工期要求，塔吊布置時(shí)盡量做到一次安裝即可完成全部起吊作業(yè)，避免施工過(guò)程中的塔吊轉(zhuǎn)換。滿足費(fèi)用要求，應(yīng)考慮以最小的投入

11、完成施工中的全部起吊作業(yè)。根據(jù)甬江特大橋施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在施工區(qū)域內(nèi)無(wú)影響塔吊布置的高聳建筑物，塔吊可布置于施工區(qū)域任意位置。雙菱形聯(lián)體索塔下橫梁處橫橋向達(dá)最大寬度，塔身上部向內(nèi)縮小尺寸較大，在塔吊布置時(shí)需同時(shí)考慮此兩種工況下起吊物的重量及所需的塔吊工作幅度。根據(jù)各方面要求，甬江特大橋塔吊布置有多種方案可供選擇：兩臺(tái)塔吊（一臺(tái)長(zhǎng)臂，一臺(tái)短臂），分別布置于上、下游側(cè)，其中短臂塔吊至索塔施工完成后拆除，另一臺(tái)長(zhǎng)臂塔吊直至全橋施工完成；兩臺(tái)塔吊（均為短臂），分別布置于上、下游側(cè)，直至全橋施工完成；兩臺(tái)塔吊（一臺(tái)長(zhǎng)臂，一臺(tái)短臂），長(zhǎng)臂塔吊布置于左右幅中間直至全橋施工完成，短臂塔吊布置于上游側(cè)或下游側(cè)至索

12、塔施工完成后拆除；一臺(tái)塔吊（長(zhǎng)臂），布置于左右幅中間直至全橋施工完成。經(jīng)多面精心比較，最終選用方案。方案、中，施工至上塔柱后因向內(nèi)收縮，則塔吊附著增長(zhǎng)，設(shè)置塔吊附著時(shí)需設(shè)置強(qiáng)有力的鋼桁架才能滿足受力要求；另外塔吊布置于上下游側(cè)將影響施工電梯的布置，增加施工電梯布置難度；并且方案中塔吊投入費(fèi)用較大，兩臺(tái)塔吊任何一臺(tái)出現(xiàn)故障都將對(duì)索塔工期產(chǎn)生影響。方案中單座索塔僅布置一臺(tái)塔吊，單臺(tái)塔吊需負(fù)責(zé)全部四個(gè)塔柱施工，則塔吊不能完全滿足施工需要，且該布置方案要求塔吊任何時(shí)候都不能出現(xiàn)故障，否則將直接拖后索塔施工工期。方案有如下特點(diǎn)：上下游僅一側(cè)布置塔吊，另一側(cè)可很好地布置施工電梯；減少長(zhǎng)臂塔吊附著長(zhǎng)度，并為

13、對(duì)稱(chēng)受力，受力合理；塔吊可以避讓開(kāi)橋面的平面位置范圍，不干擾主梁施工；兩臺(tái)塔吊均為一次安裝即可完成全部起吊作業(yè)；短臂塔吊至索塔施工完成后即可拆除，節(jié)省了塔吊的投入；長(zhǎng)臂塔吊工作幅度覆蓋短臂塔吊，兩者附著設(shè)置時(shí)存在相互影響；受成橋后索塔聯(lián)體段及斜拉索影響，增加了長(zhǎng)臂塔吊拆除難度。 圖3-1 方案塔吊布置示意圖在甬江特大橋塔吊布置過(guò)程中，還考慮了以下幾方面要求：根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)布置，長(zhǎng)臂塔吊工作幅度覆蓋鋼筋加工場(chǎng)地，短臂塔吊覆蓋勁性骨架加工場(chǎng)地，節(jié)省了后場(chǎng)加工場(chǎng)地的起重設(shè)備；兩臺(tái)塔吊與塔柱間的距離必須滿足索塔液壓爬模系統(tǒng)的爬升空間要求。4 塔吊附著設(shè)計(jì)附著自升式塔吊隨施工進(jìn)程向上頂升接高，接高到塔吊設(shè)

14、計(jì)的自由高度后，必須使用錨固裝置將塔身與橋墩、索塔等建筑物相聯(lián)結(jié)，形成附著。通過(guò)附著使塔吊上部傳來(lái)的水平力、不平衡力矩以及扭矩傳給建筑結(jié)構(gòu)；同時(shí)減小塔吊塔身的長(zhǎng)細(xì)比，改善塔身結(jié)構(gòu)受力情況。附著設(shè)置方式、相互間距和附著距離等，本應(yīng)按出廠說(shuō)明書(shū)中的規(guī)定執(zhí)行，但因橋梁索塔結(jié)構(gòu)與房建結(jié)構(gòu)相比，截面尺寸變化大，塔吊布置時(shí)基本無(wú)法滿足說(shuō)明書(shū)中的附著距離要求，必須根據(jù)工程實(shí)際，按說(shuō)明書(shū)中塔吊的自由高度和附著的桿件角度對(duì)每道附著進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。甬江特大橋索塔采用全自動(dòng)液壓爬模法施工，液壓爬模整體高度約14m，施工時(shí)超出節(jié)段交界面2m。索塔施工鋼筋、勁性骨架長(zhǎng)度為9m，混凝土節(jié)段斜高4.5m（垂直高度4.48m）

15、，鋼筋頂標(biāo)高與節(jié)段交界面間高差最大時(shí)約3m，吊裝空間余量按3m考慮。則該液壓爬模系統(tǒng)及鋼筋將直接占去塔吊18m的自由高度。施工現(xiàn)場(chǎng)因短臂塔吊設(shè)置附著后自由高度不足30m，只能滿足18m9m=27m的施工要求，故塔吊需每隔9m設(shè)置一道附著（臨時(shí)附著或永久附著）。附著設(shè)計(jì)時(shí)密度大，為加快附著安裝進(jìn)度，對(duì)附著桿進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。將附著桿與附著框、索塔塔臂之間均采用鉸接，同時(shí)將附著桿的一端加工成可縮可伸的靈活端，安裝時(shí)可根據(jù)不同情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，且伸縮端亦可作為塔身垂直度的調(diào)節(jié)裝置。甬江特大橋地處濱海環(huán)境，對(duì)于橋塔結(jié)構(gòu)的耐久性有很高的要求，對(duì)索塔表面的施工預(yù)埋件需進(jìn)行嚴(yán)格控制。以往工程中普遍采用將預(yù)埋鋼板埋進(jìn)混凝土表面，安裝附著時(shí)進(jìn)行焊接操作，造成施工后不易取出、不易采用混凝土修補(bǔ)、對(duì)索塔防腐形成不利影響等。為確保結(jié)構(gòu)的耐久性，甬江特大橋塔吊附著設(shè)計(jì)時(shí)，采用在索塔中預(yù)埋高強(qiáng)螺栓套筒，在拆模后通過(guò)高強(qiáng)螺桿將連接鋼板錨固于索塔表面。此方法不但將高空焊接工作轉(zhuǎn)移至后場(chǎng)，提高了鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，且在高空中安裝、拆除均相當(dāng)容易，施工完成后可拆出預(yù)埋高強(qiáng)螺紋套筒，對(duì)塔身耐久性和外觀質(zhì)量不存在不利影響。圖4-1 塔吊及附著布置現(xiàn)場(chǎng)照片5 結(jié)語(yǔ)橋梁工程中橋墩、索塔施工屬于高空作業(yè)，工作面狹小，塔吊的選型與布置是施工的關(guān)鍵，將直接影響到全橋的總工期。而塔吊的選型和布置是一個(gè)綜合分析的過(guò)程，應(yīng)根據(jù)