空間曲梁單邊懸索橋圓弧形鋼箱梁的安裝

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 工程概況

上海國際旅游度假區(qū)空間曲梁單邊懸索橋位于迪士尼主題樂園東南側，環(huán)繞度假區(qū)中心湖泊外圈，為園區(qū)的重要交通配套工程和景觀項目的組成部分。項目部在中心湖區(qū)的東西兩端設置了2座結構形式相同的圓弧形平面的跨湖景觀人行天橋（雙塔單索面懸索橋），分別稱為東橋和西橋，用以連接湖道兩側。

本工程單邊懸索橋橋面為曲面鋼梁，分為內、外兩側橋面。東橋全長120 m、西橋全長90 m。外側橋面為非機動車道，結構形式為單箱三室鋼箱梁，材質為Q345d，橋面頂寬6 m、底寬1.20 m，梁高1.70 m，板厚24 mm。內側副橋為寬3 m人行道，橋面由“Y”形懸挑梁、兩側邊梁和交叉拉桿組成?！癥”形懸挑梁間距約為3.20 m，節(jié)段間采用栓接，材質為Q345b，規(guī)格為寬150 mm、高300～120 mm的變截面“工”字形焊接截面。其上端鉸接于主橋上方內側，下端鉸接于水平環(huán)索節(jié)點處。橋板兩側的邊梁鉸接于“Y”形梁上，材質為Q235b，規(guī)格為寬100 mm、高200 mm的型鋼（圖1）。

圖1 鋼梁斷面布置示意

2 施工特點及難點分析

上海迪士尼景觀橋為亞洲首座圓弧形雙塔單索面懸索橋，結構形式特殊、施工難度較大。在圓弧形鋼箱梁安裝過程中主要有3個方面的難點，即鋼箱梁節(jié)段劃分、鋼箱梁臨時支架布置及鋼箱梁安裝精度控制。本工程也主要從吊裝準備工作和吊裝過程中對以上3個難點進行控制和解決，保證鋼箱梁吊裝的可行性、安全性和精確性[1-3]。

2.1 鋼箱梁節(jié)段劃分

本工程外側橋面為圓曲面鋼箱梁，橋寬6 m，由于寬度無法滿足道路運輸要求，因此須進行合理的鋼梁分段。如若采用縱向小節(jié)段（長度為6 m，寬度小于5.50 m），則鋼箱梁分段較多、節(jié)段間焊縫較多，且施工現(xiàn)場焊接質量不如工廠焊接，同時鋼梁節(jié)段較多也將影響工期要求。根據(jù)鋼箱梁的特點，采用橫、縱向結合的分段方式進行節(jié)段劃分，在滿足道路運輸要求的前提下，減少鋼箱梁的分段數(shù)量。

2.2 鋼箱梁臨時支架布置

本工程為單邊受力的圓曲面懸索橋，結構新穎，給人一種漂浮在水面上的感覺。由于鋼箱梁安裝采用臨時支架法進行施工，橋梁體系轉換采用落架法施工，因此需根據(jù)鋼梁的分段合理布置鋼箱梁臨時支架，臨時支架的構造既要滿足鋼箱梁安裝階段的要求，又要滿足后續(xù)橋梁體系轉換時鋼箱梁落架千斤頂?shù)牟贾靡蟆?/p>

2.3 鋼箱梁安裝精度控制

本工程不同于一般的功能性橋梁，而是作為整個國際旅游度假區(qū)景觀項目的重要組成部分，外觀要求相當高。因此在鋼箱梁安裝階段，現(xiàn)場設置鋼箱梁拼裝胎架，鋼箱梁節(jié)段進場后在胎架上拼接成吊裝節(jié)段，并與相鄰節(jié)段匹配后方可進行安裝。在安裝過程中，通過線形、標高的調整和焊接控制，保證圓弧形鋼箱梁的景觀效果。

3 吊裝準備

3.1 現(xiàn)場拼裝胎架布置

鋼箱梁制作節(jié)段運輸至安裝現(xiàn)場后，在拼裝胎架上拼接成吊裝節(jié)段。拼裝胎架長22 m，寬7 m，由型鋼搭設而成，滿足相鄰2個吊裝節(jié)段的拼接匹配工況。由于鋼箱梁每個吊裝節(jié)段的線形均不相同，因此拼裝胎架須根據(jù)每段鋼梁的線形及時調整。

3.2 吊裝設備選用

根據(jù)吊裝構件的尺寸、質量、吊裝工況及現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，結合起重機的性能，鋼梁吊裝采用1臺CX2000型2 000 kN履帶吊進行卸車和吊裝。本工程鋼梁最大吊裝節(jié)段為西橋W1段，吊裝質量為52 t。2 000 kN履帶吊最不利吊裝工況為：回轉半徑R=12 m，扒桿長度L=39 m，額定起重質量Q=71.60 t，安全系數(shù)1.38。

3.3 吊耳布置與吊索具配置

3.3.1 吊耳布置

吊耳設置在鋼箱梁分段隔板和勁板相交處的鋼箱梁分段頂面，1個鋼箱梁分段設置4個吊耳（350 kN），4個吊耳的對角線交點應是鋼箱梁分段自身的重心位置（圖2、圖3）。

圖2 吊耳平面布置示意

圖3 吊耳斷面布置示意

吊點吊耳形式均為船用通用吊耳，吊耳的等級、制作、焊接及吊點局部加強等須符合相關工藝。

3.3.2 吊索具配置

1）卸扣配置。本工程吊裝卸扣選擇美式弓形卸扣（BX型），額定載荷為550 kN。

2）鋼絲繩配置。本工程選用6×37的麻芯鋼絲繩，鋼絲繩的公稱直徑為48 mm。吊裝時鋼絲繩與鋼箱梁的夾角不小于60°。

3.4 臨時支架布置

3.4.1 臨時支架總體布置

鋼梁臨時擱置采用臨時支架法施工，東橋臨時支架全長為120 m、西橋臨時支架全長為90 m，支架間距根據(jù)鋼梁的節(jié)段劃分而定（對應隔板位置），為3 500 mm或7 000 mm。臨時支架構造分為A、B兩種形式，A型臨時支架既滿足鋼梁臨時擱置要求，又滿足后續(xù)橋梁體系轉換（落架）施工要求，B型臨時支架僅滿足鋼梁臨時擱置要求。臨時支架最大高度為4 m，具體高度根據(jù)后續(xù)落架施工的位移量最終確定。

3.4.2 臨時支架構造

臨時支架構造形式采用擴大基礎加鋼管立柱。A型臨時支架自下而上為碎石墊層、鋼筋混凝土擴大基礎、φ900 mm×20 mm鋼管、雙拼H400型鋼（雙拼H300型鋼）、鋼支墩（圖4）。B型臨時支架自下而上為碎石墊層、鋼筋混凝土擴大基礎、φ900 mm×20 mm鋼管、雙拼H400型鋼、鋼支墩（圖5）。

圖4 A型臨時支架構造示意

圖5 B型臨時支架構造示意

4 鋼箱梁節(jié)段吊裝

4.1 安裝區(qū)段及安裝順序

根據(jù)本工程分布特點及施工工期安排，鋼箱梁吊裝分為東、西橋2個安裝區(qū)段，并同時進行施工。

具體安裝順序為先安裝主橋鋼箱梁、隨后安裝副橋“Y”形臂。鋼箱梁由兩端向中間安裝，最后安裝合龍段，副橋“Y”形臂安裝順序同鋼箱梁[4-6]。

4.2 鋼箱梁節(jié)段安裝

本工程鋼箱梁各節(jié)段吊裝工況基本相同，現(xiàn)以最不利工況E1#段（東橋1#節(jié)段）為例進行說明。

4.2.1 安裝工況參數(shù)

2 000 kN履帶吊的主臂長度L=39 m，作業(yè)半徑R=12 m，該作業(yè)工況下的額定起重質量（含200 t吊鉤的質量）Q=71.60＞52 t，故滿足吊裝要求。

4.2.2 安裝步驟

1）運梁車由施工便道進入施工現(xiàn)場，停于現(xiàn)場拼裝區(qū)旁的指定位置。

2）將鋼梁制作節(jié)段起吊卸車后吊裝至拼裝胎架上。

3）鋼梁制作節(jié)段在拼裝胎架上拼裝焊接成吊裝節(jié)段，完成線形檢查及焊縫探傷，并與相鄰節(jié)段進行匹配。

4）用2 000 kN履帶吊將吊裝節(jié)段吊起，并回轉至安裝方向。

5）2 000 kN履帶吊由南向北行走至安裝位置，將鋼梁放至臨時支架上進行擱置。

6）吊車松鉤后回轉并行走至現(xiàn)場拼裝區(qū)，進行下一節(jié)段安裝。

4.3 線形標高調整

鋼箱梁定位控制點設置在鋼箱梁兩端端頭拼縫位置處，一端設置2個測量點，1個吊裝節(jié)段共計6個。

直接吊裝節(jié)段線形標高調整通過支架頂部設置的豎向500 kN扁平千斤頂（千斤頂置于臨時支座內）、手拉葫蘆及吊機配合來完成。

具體調整步驟為[7-9]：

1）吊機起吊鋼箱梁節(jié)段至臨時支架上方；

2）在臨時支架上做好對準標記并在相鄰鋼箱梁或橋墩上放好軸線樁；

3）利用吊機及手拉葫蘆控制節(jié)段以設計線形落在支架頂臨時支座上；

4）測量鋼箱梁控制點位置軸線，精確定位鋼梁平面位置；

5）鋼梁落架，測量控制點位置標高，通過豎向500 kN扁平千斤頂精確調整鋼箱梁標高。

4.4 吊裝節(jié)段焊接

吊裝節(jié)段間焊縫為橫向環(huán)縫，橋面焊縫采用CO2氣體保護焊打底，埋弧焊罩面，其余焊縫采用CO2氣體保護焊（手工立焊、仰焊）。

4.4.1 現(xiàn)場焊接平臺

現(xiàn)場焊接平臺采用φ48 mm×3 mm扣件式鋼管支架作為操作平臺，單個操作平臺投影尺寸為6.00 m×3.60 m，高度根據(jù)箱梁安裝標高確定。平臺基礎采用厚15 cm的C20素混凝土，腳手架間距為1.20 m×1.20 m，步距為1.80 m，支架外側設置剪刀撐。頂層平臺鋼管間距為50 cm，上鋪鋼筋網(wǎng)片（圖6）。

圖6 焊接平臺斷面示意

4.4.2 焊接要求

1）由于橋上施工條件較差，焊縫拘束度又很大，因此應從考試合格的焊工中挑選經(jīng)驗豐富的焊工施焊，以保證焊縫質量。

2）焊接施工前應先全面檢查接口的錯邊、間隙及坡口尺寸。

3）焊接施工前用砂輪清除接頭表面的鐵銹，清除范圍為焊縫兩側各50 mm以內，除銹后24 h內必須焊接，以防接頭再次生銹或被污染。

4）施焊時應按監(jiān)理工程師要求和相關工藝文件規(guī)定焊接產(chǎn)品試板，產(chǎn)品試板的厚度、軋向、坡口尺寸應與所代表的接頭一致，并采用與之相同的工藝方法及參數(shù)同時施焊。產(chǎn)品試板應做好標記，在經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后方可取下并移送試驗部門進行取樣試驗。

5）橋上焊接施工的環(huán)境溫度宜在5 ℃以上，相對濕度不大于80%，風力不大于5級。若在露天或雨天施焊時，應采取有效的防風、防雨及防潮措施。

6）定位焊采用手工焊，并執(zhí)行橋上連接焊接工藝相關規(guī)定。當定位焊出現(xiàn)裂紋或其他嚴重缺陷時，應先查明原因，再清除缺陷并補充定位焊。

5 結語

1）鋼箱梁的分節(jié)段現(xiàn)場安裝，解決了鋼箱梁運輸?shù)睦щy，提高了工效。

2）通過鋼箱梁分節(jié)段工廠化加工制作及現(xiàn)場臨時支架法安裝施工技術實踐，提出了現(xiàn)場鋼箱梁吊裝施工順序和步驟，同時對鋼箱梁吊裝所需的設備、吊裝方法和線形調整等進行了優(yōu)化，確保了鋼箱梁吊裝的可行性、安全性和精確性。

3）上海迪士尼景觀橋為亞洲第一座圓弧形單邊懸索橋，該工程的成功實施為以后類似工程提供了借鑒和參考，在中國的橋梁史上具有重大的意義。