大跨度鋼管混凝土拱橋拱肋整體安裝工藝

關(guān)懷玉，李偉

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

1 工程概況

營口港仙人島標(biāo)志性景觀工程鋼棧橋為下承式鋼管混凝土拱橋（如圖1），橋梁全長960 m，雙幅8跨，共16榀，橋跨中心線間距離為120 m，拱高20 m，矢跨比1/6，單榀橋面全寬14.54 m，根據(jù)橋梁分類標(biāo)準(zhǔn)屬大橋。該工程采用陸域單榀整體拼裝后滑移至海邊，再用浮吊整體吊裝就位的總體施工工藝，因此整橋的拼裝全部在海邊的陸地進(jìn)行，具備拱肋整體拼裝和吊裝的現(xiàn)場條件。

該工程單榀橋鋼結(jié)構(gòu)凈重750 t（不含拱肋鋼管內(nèi)部和橋面行車道的混凝土重量），鋼管混凝土拱肋為全橋承載的主體，單片拱肋重量為110.86 t，采用雙肢式斷面，由弦管和腹桿組裝焊接而成，弦管為φ900×20直縫卷制鋼管，上、下弦管軸線間距2.0 m，腹桿為φ325×9的無縫鋼管，拱肋之間設(shè)置橫撐及K撐以增大橫向剛度，橋面系的全部荷載通過與拱肋間的吊索（每片拱肋19根）傳遞到拱肋，吊索采用帶有雙層PE護(hù)套的61φ07高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲，頂端配備PESM7-061固定端錨具，吊索穿過下弦桿和豎腹桿內(nèi)部的導(dǎo)索管與上弦桿上部的錨固結(jié)構(gòu)固定。

2 拱肋的整體拼裝

2.1 拼裝場地布置

拱肋的整體拼裝現(xiàn)場必須有相應(yīng)的場地、平臺和胎具，同時考慮后續(xù)整體吊裝作業(yè)的空間和吊車性能參數(shù)等因素。本次施工，將拱肋的整體拼裝放置在已經(jīng)完成的橋面系上進(jìn)行，而且在布置橋面系拼裝時，將同一跨的兩榀鋼橋的橋面系并放在一起，以滿足拱肋拼裝和吊裝作業(yè)的空間要求，同時，將同一榀鋼橋的兩片拱肋上、下相疊拼裝以節(jié)約作業(yè)空間，如圖2。

2.2 拱肋的組裝

拱肋預(yù)先在工廠內(nèi)完成分段預(yù)制和預(yù)拼裝，運(yùn)至拼裝現(xiàn)場后依次將4片拱肋（為便于敘述，將并放在一起的兩榀鋼橋分別編號為1號橋和2號橋，相應(yīng)的系桿和拱肋依次編號為1-1、1-2、2-1、2-2，如圖2） 的分段按出廠編號順序進(jìn)行吊裝，按照事先放樣劃線的位置放置在橋面系上部布置好的胎具上進(jìn)行組裝。

1） 在并排的兩榀鋼橋的橋面系上，以橋跨中心線為軸線基準(zhǔn)放出兩組拱肋的水平組裝大樣，并在對應(yīng)的橋面橫梁上依次劃出吊索中心線和端部基準(zhǔn)線。

2） 用20號工字鋼和墊板當(dāng)?shù)撞客屑芘c橋面點焊固定，通過水準(zhǔn)儀測量矯平形成拱肋組裝水平胎具，同時為方便拱肋定位，在劃出的拱肋下邊線垂直設(shè)置組裝擋架。

3）先將底層的兩片拱肋的分段以橋跨中心線為中心，將對應(yīng)分段依次向兩端吊裝鋪設(shè)到位，吊對各定位線，并調(diào)整各分段之間的對口間隙，將各分段點焊固定后開始焊接。

4）待底層兩片拱肋焊接并檢測合格后，在上部用20號工字鋼均布設(shè)置層間組裝托架，再按同樣的方法組裝和焊接上層兩片拱肋。

2.3 拱肋的焊接

拱肋的現(xiàn)場對接焊縫采用V形坡口，單面焊接雙面成型，反面（管內(nèi)）加襯墊的手工電弧焊工藝。焊接時，由數(shù)名焊工均布，由中間向兩端依次施焊，焊后按要求對焊口進(jìn)行檢驗。

2.4 導(dǎo)索管和吊索上部錨固結(jié)構(gòu)的安裝

導(dǎo)索管和吊索上錨固結(jié)構(gòu)的安裝在拱肋焊接完成后進(jìn)行，通過吊對橋面系上劃好的吊索中心線定位，在拱肋上開孔并逐一完成對應(yīng)導(dǎo)索管和上部錨固結(jié)構(gòu)的安裝焊接。

2.5 拱肋兩段余量的切割

通過吊對橋面系上部放樣劃出的拱肋端部基準(zhǔn)線，切割拱肋端部余量，并按要求切割坡口。

3 拱肋的整體吊裝

大跨度鋼管混凝土拱橋空鋼管拱肋的架設(shè)安裝，傳統(tǒng)的施工技術(shù)主要有支架法、平轉(zhuǎn)法、豎轉(zhuǎn)法和纜索吊裝法等，但以上方法共同的特點就是拱肋是空中分段拼裝，通過一系列復(fù)雜的工裝實現(xiàn)合攏對接，不僅施工周期長，成本高，操作不便，質(zhì)量難以保證，且安全隱患大。本次施工，因地制宜地采用整裝整吊的方法，克服了傳統(tǒng)安裝方法的諸多不利因素。

根據(jù)本次鋼橋拱肋的結(jié)構(gòu)尺寸和重量，結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，拱肋的整體吊裝采用1臺大型吊車作為中部主吊、兩端各2臺吊車輔抬溜送吊裝，其中，主吊采用500 t履帶吊車，吊車站位于橋跨中心，輔吊采用4臺100 t汽車吊，分別站位于橋面系兩端拱肋的端部位置，因?qū)嶋H吊裝過程中拱肋端部溜送距離超過100 t吊車有效吊裝半徑，溜送吊車每端各設(shè)置2臺，拱肋吊裝過程中兩吊車空中接力，從而拱肋在溜送過程中不用著地，避免了拱肋兩端部發(fā)生變形。

3.1 吊裝參數(shù)

1） 單片拱肋自重為110.86 t，加上吊具和鋼絲繩等重量合計不超過118 t。

2） 吊車性能參數(shù)

為減少大型吊車的站位移動，且由于拱肋吊裝采用1主4輔5臺吊車抬吊，考慮到拱肋在吊裝全過程的受力動態(tài)變化，為確保安全，拱肋吊裝過程中主吊吊車按承載全部重量選用，輔吊吊車按承載全部重量的1/4選用。選用吊車主要性能參數(shù)見表1。

表1 吊車作業(yè)工況相關(guān)性能參數(shù)

3.2 吊裝順序

1）主吊500 t履帶吊，采用主臂工況組裝好，如圖2所示，先在1號橋側(cè)跨中處貼近橋面系站位，輔吊4臺100 t汽車吊站位于1號橋跨的兩端。主吊吊拱肋的中間部位，兩側(cè)的各2臺輔吊吊拱肋的兩端空中溜送，直接將拱肋1-1吊起安裝就位于1號橋的系桿1-1位置上。

2） 主吊移至2號橋側(cè)跨中處站位，改為超起工況，輔吊站位于2號橋跨的兩端，將拱肋1-2吊起安裝就位于1號橋的系桿1-2上。

3） 主吊保持原站位，將拱肋2-1吊至2號橋的系桿2-1上就位。

4） 主吊保持原站位，將拱肋2-2吊至2號橋的系桿2-2上就位。

3.3 吊裝要求和措施準(zhǔn)備

1） 吊裝過程中，主吊和輔吊的工況、桿長和回轉(zhuǎn)半徑等參數(shù)必須控制在表1所列的規(guī)定范圍內(nèi)，不得超載吊裝。

2） 為減少主吊吊裝時拱肋局部受力較大的不安全因素，確保安全穩(wěn)妥，主吊采用吊裝平衡梁加滑輪組組合進(jìn)行吊裝。主吊吊點位于拱肋的拱頂中心線兩側(cè)，為防止吊裝鋼絲繩在吊裝過程中與拱肋間滑動摩擦，使吊裝鋼絲繩受損，在吊裝平衡梁下設(shè)置兩組滑輪組配合吊裝。本次吊裝采用主吊繩2根，每根吊繩2彎4股，滑輪組（H50×5D）共4組，每組滑輪組上鋼絲繩1根，串繞5圈，受力繩10股，如圖3，鋼絲繩規(guī)格按要求配備。

3）兩臺輔吊吊點均位于拱肋兩端的最外側(cè)的腹桿處，采用1根吊繩吊裝，每根吊繩2彎4股，如圖4。

4）攬風(fēng)繩的設(shè)置和使用

拱肋1-1吊裝前，在拱肋下弦桿的垂直橫撐處均勻設(shè)置5根攬風(fēng)繩，每根攬風(fēng)繩下部各設(shè)置1只吊鏈用于調(diào)節(jié)拱肋的垂直度，其中中間主攬風(fēng)繩吊鏈為10 t，其他輔攬風(fēng)繩吊鏈為5 t。拱肋吊立后，攬風(fēng)繩下端系于橋面結(jié)構(gòu)上，對于1號橋外側(cè)的攬風(fēng)繩下系點需另設(shè)重物作為錨點。

拱肋1-2吊裝前，在拱肋下弦桿上按同樣的方法設(shè)置攬風(fēng)繩，拱肋1-2吊立過程中，需相繼穿過拱肋1-1的攬風(fēng)繩，此時必須依次拆開并恢復(fù)相應(yīng)的攬風(fēng)繩，以確保拱肋1-1的安全穩(wěn)定。

拱肋2-1和2-2吊裝時按同樣的方法和步驟進(jìn)行。攬風(fēng)繩和吊鏈的規(guī)格按要求配備。

3.4 吊裝步驟和注意事項

1） 吊裝時，主吊和輔吊同時緩慢起吊，當(dāng)拱肋水平吊離橋面系300 mm左右時，檢查各吊車支腿、吊臂、吊裝鋼絲繩、吊點處、支腿支承地面的受力工作情況，確認(rèn)無誤方可繼續(xù)吊裝。

2） 各吊車同時緩慢旋轉(zhuǎn)吊臂，使拱肋主吊點基本位于拱肋所安裝位置系桿的中點附近。

3） 主吊吊車?yán)^續(xù)起吊，輔吊吊車配合溜送，當(dāng)輔吊鉤頭到達(dá)一側(cè)兩臺輔吊中間附近位置后，兩側(cè)各兩臺輔吊逐步實現(xiàn)接力，直至先吊起的輔吊完全卸空后摘鉤。

4）接近安裝位置后，3臺吊車依次操作調(diào)整拱肋的方位，拱肋的弦長通過兩端的輔吊吊車進(jìn)行調(diào)整，然后3臺吊車同時緩慢落鉤，將拱肋落于端部系桿拱腳處的安裝位置。

5）1號橋1-1拱肋吊立后，固定預(yù)先設(shè)置的5組攬風(fēng)繩，并調(diào)節(jié)吊鏈拉緊攬風(fēng)繩，同時進(jìn)行拱肋的垂直度調(diào)整。拱肋垂直度利用設(shè)置于系桿軸線方向的經(jīng)緯儀測量，垂直度調(diào)整合格后，將拱肋兩端與端部系桿拱腳處焊接牢固后，撤去吊車。

6） 1號橋1-2拱肋吊立后，按同樣的方法固定攬風(fēng)繩，并調(diào)節(jié)吊鏈調(diào)整拱肋的垂直度，再將拱肋兩端與系桿拱腳處焊接牢固。

7） 采用50 t汽車吊配合，施工人員借助于吊籃或掛籃安裝拱肋間的中間橫撐，并焊接牢固，再將主吊摘鉤。

8）用同樣的方法和步驟吊立2號橋的拱肋2-1和2-2。

9） 吊裝過程中，多臺吊車應(yīng)統(tǒng)一指揮，協(xié)調(diào)一致，吊繩的垂直度應(yīng)控制在2°范圍內(nèi)。

10）為確保輔吊不致承受較大的載荷，應(yīng)保證在吊裝過程中拱肋的弦長略小于理論弦長0.5～0.8 m左右（可通過觀察調(diào)整拱肋上弦桿下端部與在系桿上安裝位置之間的縱向距離來保證）。

11）拱肋起吊和移位過程中，應(yīng)緩慢穩(wěn)妥，吊件不得與已安裝好的拱肋及其攬風(fēng)繩相碰，特別是后吊裝拱肋穿過先吊裝拱肋的攬風(fēng)繩時，應(yīng)逐根進(jìn)行拆開和恢復(fù)，確保安全。

4 結(jié)語

營口港仙人島標(biāo)志性景觀工程鋼管混凝土拱橋施工中，因地制宜地采用了拱肋的整體安裝工藝、創(chuàng)新的現(xiàn)場布置，實現(xiàn)了在橋面系上部完成拱肋的整體拼裝，合理選用吊車，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆桨负陀行虻默F(xiàn)場組織，順利完成了拱肋的整體吊裝。在施工過程中，不僅操作方便，質(zhì)量可靠，而且縮短了工期，大大減少了高空作業(yè)工作量，降低了安全風(fēng)險，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，可為今后類似工程施工提供參考借鑒。

[1] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]JTJ041—2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計與施工[M].北京：人民交通出版社，1999.

[4]陳浩.大跨度鋼管混凝土拱橋雙肋整體纜索吊裝施工[J].科技信息，2011，369（13）：655-692.