大噸位鋼桁柔性拱施工方法研究

王振強(qiáng)

摘要：隨著我國鐵路建設(shè)的高速發(fā)展和鋼結(jié)構(gòu)橋梁技術(shù)的日益完善，大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁技術(shù)已廣泛應(yīng)用在鐵路橋梁上。鋼桁梁柔性拱橋?qū)撹炝汉颓€拱完美結(jié)合起來，充分利用兩種不同結(jié)構(gòu)各自的受力特點(diǎn)，發(fā)揮桁和拱的優(yōu)勢。同時(shí)柔性拱的安裝方式也在不斷的變化，包括支架法、豎轉(zhuǎn)法、懸吊法、整體提升法，今天就來探討一下柔性拱整體提升思路。

Abstract： With the rapid development of China's railway construction and the improvement of steel bridge technology， large-span steel bridge technology has been widely used in railway bridges. The steel truss flexible arch bridge perfectly combines the steel truss girder and the curved arch， making full use of the different force characteristics of the two different structures， and taking advantage of the raft and arch. At the same time， the installation method of the flexible arch is also constantly changing， including the bracket method， the vertical rotation method， the suspension method， and the overall lifting method. In this paper， the overall improvement idea of the flexible arch is discussed.

關(guān)鍵詞：第一；鋼結(jié)構(gòu)；柔性拱；整體提升；合龍

Key words： first；steel structure；flexible arch；overall lifting；closure

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）29-0164-03

1 工程概況

洪奇瀝水道特大橋主橋采用下承式鋼桁梁柔性拱，主跨通航凈空為300×24m。主跨下承式連續(xù)鋼桁梁柔性拱結(jié)構(gòu)，跨度布置（138+360+360+138）m，全橋長998.8m，亞洲同類型拱橋第一跨度。兩片主桁，桁高16m，桁間距15m，寬跨比1/24；拱肋矢高65.0m，矢跨比1 /4.67采用華倫式，全橋共2跨拱，每跨拱拱肋42個(gè)節(jié)段，兩片拱肋間用X型拱上平聯(lián)連接。

全橋鋼材總重27411.38t，其中鋼桁梁為22451.12t，鋼桁拱為4960.26t，吊桿168根。

2 總體安裝方案概述

跨洪奇瀝水道特大橋是新建廣州南沙港鐵路5標(biāo)的控制性工程，主跨為鋼桁柔性拱連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，138+360+360+138m的跨度為國內(nèi)同類型結(jié)構(gòu)中最大跨度的橋梁。綜合考慮工期、安全、質(zhì)量、航運(yùn)、水文、地質(zhì)等情況，洪奇瀝特大橋主跨鋼桁梁施工擬采用先梁后拱的施工方案。

在鋼桁梁的上弦設(shè)置臨時(shí)支架體系，利用全回轉(zhuǎn)橋面吊機(jī)進(jìn)行柔性拱桿件的臥拼施工，其中單跨拱兩側(cè)前3個(gè)節(jié)間采用原位支架法安裝，中間部分采用臥拼，臥拼從中跨向邊跨的順序進(jìn)行，并對(duì)拱肋提升處進(jìn)行加固，設(shè)置水平索，臥拼后進(jìn)行拱肋的豎向整體提升及合龍嵌補(bǔ)段的安裝完成拱肋合龍，然后進(jìn)行拱肋吊索的安裝和張拉施工，完成結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換。

3 拱肋支架及拱肋節(jié)段的安裝

本橋拱肋結(jié)構(gòu)形式為平行拱，根據(jù)先臥拼后提升方案，在鋼桁梁完畢后，根據(jù)鋼桁拱的分段接口位置，在鋼桁梁上弦桿上布置拱節(jié)段安裝支架。

鋼箱拱根據(jù)節(jié)段劃分，每個(gè)拱單側(cè)共計(jì)21個(gè)吊裝段，雙側(cè)共設(shè)置38個(gè)支架。

鋼桁梁安裝完成后，利用橋面全回轉(zhuǎn)架梁吊機(jī)，從跨中向兩側(cè)后退安裝支架至弦桿上，每安裝一組支架就將對(duì)應(yīng)的拱肋節(jié)段安裝至支架上。

拱肋支架為鋼管柱結(jié)構(gòu)，布設(shè)在上弦桿上方，支架采用6m、10m的標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)置，采用法蘭盤連接，方便安拆，連接系在下部組裝為單片桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝。支架采用Φ630×8mm鋼管，連接系采用Φ400×6mm的鋼管。支架底部與鋼梁頂板進(jìn)行螺栓連接，并設(shè)置加勁板。各支墩間設(shè)置橫向連接桁架，保證支架的整體穩(wěn)定性。

拱肋最重節(jié)段為54.2t，最高位置為橋面以上28m，橋面起重機(jī)滿足拱肋節(jié)段的安裝要求。

3.1 拱肋支架及拱肋安裝流程

步驟一：①鋼梁施工完畢后，橋面60t桅桿吊吊臂接長至51m。②大里程一側(cè)吊機(jī)安裝支架Z11，安裝拱肋G23節(jié)段。

步驟二：①大里程側(cè)吊機(jī)后退一個(gè)鋼梁節(jié)間，安裝支架Z10，安裝拱肋G24節(jié)段，安裝平聯(lián)。②小里程側(cè)吊機(jī)安裝支架Z10，安裝拱肋G22節(jié)段，安裝平聯(lián)。

步驟三：①大里程側(cè)橋面吊機(jī)依次吊后退，直至安裝支架Z5、安裝拱肋G29節(jié)段，安裝平聯(lián)。②小里程側(cè)橋面吊機(jī)依次吊后退，直至安裝支架Z5、安裝拱肋G17節(jié)段，安裝平聯(lián)。③利用橋面吊機(jī)安裝拱肋提升扣塔下部結(jié)構(gòu)。

步驟四：①大里程側(cè)吊機(jī)后退一個(gè)鋼梁節(jié)間，安裝支架Z4，安裝拱肋G30節(jié)段，安裝平聯(lián)。②小里程側(cè)吊機(jī)后退一個(gè)鋼梁節(jié)間，安裝支架Z4，安裝拱肋G16節(jié)段，安裝平聯(lián)。③安裝塔吊，并利用塔吊安裝扣塔上部結(jié)構(gòu)。

步驟五：①大里程側(cè)橋面吊機(jī)依次吊后退，直至安裝支架Z1、安裝拱肋G33節(jié)段，安裝平聯(lián)。②小里程側(cè)橋面吊機(jī)依次吊后退，直至安裝支架Z1、安裝拱肋G13節(jié)段，安裝平聯(lián)。

步驟六：①調(diào)整G13/G33、G14/G32、G15/G31線型并焊接。②橋面吊機(jī)前進(jìn)一個(gè)節(jié)間，安裝G15/G31平聯(lián)。③橋面吊機(jī)后退一個(gè)節(jié)間，安裝G13/G33、G14/G32平聯(lián)。④拱肋拼裝完畢后，橋面吊機(jī)拆除。⑤利用拱肋提升扣塔進(jìn)行拱肋的提升施工。⑥進(jìn)行后續(xù)施工。

3.2 拱肋節(jié)段的焊接

焊接是本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝中的關(guān)鍵工序，性能卓越的焊縫質(zhì)量是本工程設(shè)計(jì)使用壽命的重要保證。拱肋節(jié)段間現(xiàn)場焊縫要求見表1。

所有焊工必須持有權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)可的焊工合格證書，并在有效期內(nèi)。還需針對(duì)產(chǎn)品涉及的焊接方法與焊接位置進(jìn)行上崗前考試，考試合格方可上崗，并不得超越上崗證規(guī)定的范圍進(jìn)行焊接作業(yè)。進(jìn)行超聲波和射線探傷的無損檢測工作人員，需持有有效的二級(jí)以上合格證件，并經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可方可上崗。焊接材料應(yīng)由專用倉庫儲(chǔ)存，按規(guī)定烘焙、登記領(lǐng)用。當(dāng)焊條、焊劑當(dāng)班未用完時(shí)，應(yīng)交回重新烘干。烘干后的焊條應(yīng)放在保溫桶內(nèi)備用。陶質(zhì)襯墊要求粘貼牢固，鋼襯墊要求與母材貼緊密，間隙不得大于1.0mm。藥芯焊絲擴(kuò)散氫含量≤5ml/100g。焊接設(shè)備應(yīng)處于完好狀態(tài)，設(shè)備管理人員對(duì)焊接設(shè)備進(jìn)行定期檢查，抽驗(yàn)焊接時(shí)的實(shí)際電流、電壓與設(shè)備上的指示是否一致。

4 鋼桁拱整體提升

4.1 提升點(diǎn)的布置

拱肋提升重量1950t，現(xiàn)場采用8臺(tái)液壓千斤頂進(jìn)行提升，提升支架采用格構(gòu)柱支架，提升點(diǎn)設(shè)置在節(jié)點(diǎn)位置，示意圖如圖2。

4.2 提升設(shè)備拱肋提升段重量約為1950t，采用4點(diǎn)提升，單個(gè)提升點(diǎn)受力約為487.5t，考慮1.2倍動(dòng)力系數(shù)，單個(gè)吊點(diǎn)受力約為585t，根據(jù)《重型結(jié)構(gòu)整體液壓提升技術(shù)規(guī)程》要求，千斤頂可以選用2臺(tái)350t液壓千斤頂。

鋼絞線選用直徑15.2mm，抗拉強(qiáng)度1860MPa的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，單根鋼絞線極限承載力為26t，根據(jù)《重型結(jié)構(gòu)整體液壓提升技術(shù)規(guī)程》要求，鋼絞線受力不超過需用應(yīng)力的50%，因此鋼絞線選用：600/26*2≈47根，實(shí)際每個(gè)裝拉頂布置32根鋼絞線，左右旋鋼絞線交替布置。

4.3 拱肋提升方法

提升油缸垂直放置在提升平臺(tái)，用螺栓或七字耳板固定，同時(shí)提升平臺(tái)下有鋼絞線安裝平臺(tái)。打開提升油缸的上下錨具，每根鋼絞線在穿入之前，應(yīng)認(rèn)真檢查鋼絞線切割處是否符合要求，根據(jù)鋼絞線在提升油缸中的位置要求，逐一將每根鋼絞線從疏導(dǎo)板經(jīng)提升平臺(tái)穿入油缸，鋼絞線伸出后，用U形夾單獨(dú)加緊，確認(rèn)無誤后，慢慢松掉，直到確認(rèn)鋼絞線不會(huì)下滑，然后穿下一根，所有鋼絞線穿入完成后，鎖住上下錨具，U形夾不準(zhǔn)解除，在疏導(dǎo)板上根據(jù)油缸位置做好記號(hào)，同時(shí)用U形夾夾住底部兩根鋼絞線，將疏導(dǎo)板沿鋼絞線從上到下理順，然后安裝地錨，注意地錨方向與油缸方向一致，整個(gè)安裝過程切記鋼絞線安全。

提升油缸的下錨連同油缸的支架固定在提升支架上，上錨則固定在主油缸的活塞桿上，能夠隨主油缸的活塞桿上下運(yùn)動(dòng)。油缸的初始狀態(tài)是：上錨緊、下錨緊，主油缸全部縮鋼。下錨松、上錨緊，主油缸可挾鋼絞線上升一段距離；主油缸伸缸到位后，緊下錨，松上錨，進(jìn)行縮鋼，便可回到初始位置進(jìn)行下一次提升。相反的動(dòng)作過程則可以實(shí)現(xiàn)重物的下降。

桁架整體提升采用8臺(tái)350T的穿芯千斤頂，四臺(tái)油泵站和一個(gè)控制中心：一個(gè)計(jì)算機(jī)控制中心通過四臺(tái)油泵站，每臺(tái)泵站分別控制2臺(tái)350T千斤頂。

根據(jù)工程的特點(diǎn)，整體提升過程中按荷載平衡方式對(duì)千斤頂進(jìn)行控制，對(duì)于相對(duì)位移原則上只做觀測，不做調(diào)整；但如果四個(gè)提升點(diǎn)的相對(duì)位移大于30mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

4.3.1 拱肋整體提升前的檢查工作

構(gòu)件提升前，然后安排人員對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，焊縫是否有漏焊，與胎架相焊接的部位是否有未拆除的，加固措施是否滿足加固要求，提升設(shè)施是否安全到位，相關(guān)人員是否各就各位，在檢查無誤的情況下，由起吊總指揮指揮吊裝。

在正式提升之前，為驗(yàn)證提升過程結(jié)構(gòu)自身和千斤頂系統(tǒng)的安全性，應(yīng)進(jìn)行試提升。

在試提升之前，應(yīng)完成以下工作：

①所有結(jié)構(gòu)的安裝和焊接工作。

②同時(shí)對(duì)桁架已完成清理，無關(guān)桿件（零件）或無可靠連接的桿件（零件）、臨時(shí)用的桿件（零件）等均以拆除。

③確認(rèn)千斤頂系統(tǒng)已按施工方案要求正確安裝，鋼鉸線已預(yù)緊，液壓油缸工作正常。

④提升支架已按方案施工方案要求正確安裝，且焊接質(zhì)量可靠。

⑤需要加固的節(jié)點(diǎn)已按要求進(jìn)行加固。

⑥試提升的方法：千斤頂按0—10%—20%—30%—40%—50%—60%—70%—80%—90%—100%順序加載到預(yù)定的荷載，然后提起一個(gè)到兩個(gè)行程（約200～500mm），鎖定千斤頂，靜置30分鐘到1個(gè)小時(shí)。

⑦在靜置期間，對(duì)于結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行觀測、節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行檢查、對(duì)于千斤頂?shù)谋盒赃M(jìn)行檢查以及提升架的變形等情況進(jìn)行檢查。

⑧在試提升中，如果一切情況正常，即可開始正式的提升。本次使用的千斤頂每次的行程為250mm，提升速度約為4～6m/h。提升過程中，可使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)控制，不需要過多的人的干涉，施工過程中的組織與管理是施工的重點(diǎn)，施工監(jiān)控要全部到位，每個(gè)位置應(yīng)設(shè)置專人進(jìn)行檢查或監(jiān)控、觀測。

⑨結(jié)構(gòu)提升到位后暫停，高空鎖定，然后進(jìn)行上下弦接口的對(duì)接，由于構(gòu)件對(duì)接口處是用連接板先進(jìn)行連接，所以構(gòu)件提升到位后先用連接板連接，但提升設(shè)備仍處于工作狀態(tài)，然后對(duì)對(duì)接口進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整時(shí)各吊點(diǎn)微調(diào)使廊橋鋼結(jié)構(gòu)精確提升到達(dá)設(shè)計(jì)位置，對(duì)接口調(diào)整后，立即安排焊接人員進(jìn)行接口處的焊接，上下弦對(duì)接口焊接完畢，經(jīng)探傷合格后，進(jìn)行構(gòu)件的補(bǔ)缺。

4.3.2 提升設(shè)施的拆除

拆除千斤頂時(shí)先拆除下部的吊裝錨具，鋼絞線在千斤頂內(nèi)處于夾緊狀態(tài)，然后對(duì)鋼絞線在千斤頂兩側(cè)進(jìn)行捆綁，用吊車把千斤頂和鋼絞線一同吊在地面，在地面拆除鋼絞線。千斤頂拆除完畢后，進(jìn)行提升反力支架拆除。拆除時(shí)用履帶吊進(jìn)行拆除。

5 鋼桁柔性拱合龍

5.1 拱肋提升分段及嵌補(bǔ)合龍段設(shè)置

拱肋跨度約為304m，其中中間213.4m作為提升段，兩側(cè)作為散裝段，合龍口設(shè)在G15G16、G30G31拱肋弦桿上，長度2000mm。

5.2 拱肋合龍工藝

5.2.1 合龍前準(zhǔn)備工作

①測試工作。包括中線、合龍口尺寸、大氣和鋼梁溫度、鋼梁應(yīng)力測量等。

②設(shè)備準(zhǔn)備。包括平衡索張拉設(shè)備、頂拉設(shè)施的安裝和檢查。

5.2.2 合龍?zhí)鞖膺x擇

合龍前要與氣象部門取得密切聯(lián)系，準(zhǔn)確掌握合龍前后的氣象資料。應(yīng)盡量選擇良好的天氣，合龍時(shí)鋼梁梁體溫度差最小或無溫差。

5.2.3 合龍口位移調(diào)整

合龍前詳細(xì)測量合龍口的縱、豎向偏移及轉(zhuǎn)角和溫差、日照影響，根據(jù)測量資料認(rèn)真分析研究調(diào)整方法與步驟。

5.3 拱肋提升及合龍步驟

①利用塔架將拱肋提升到位；

②用倒鏈、水平索及對(duì)拉裝置將合龍段調(diào)整到設(shè)計(jì)要求；

③安裝拱肋桿件內(nèi)部四個(gè)角安裝鎖定角鋼將桿件鎖定；

④先將一側(cè)合龍段固定，另一側(cè)合龍段一端先固定，另一端放置在底板上的底托上，調(diào)整到位后固定；

⑤按底板→腹板→腹板肋板→蓋板的順序安裝嵌補(bǔ)段；

⑥先根據(jù)設(shè)計(jì)及監(jiān)控要求順序，安裝部分吊桿；拆除水平索，再安裝剩余吊桿；

⑦拆除臨時(shí)結(jié)構(gòu)，完成拱肋安裝。

5.4 鋼梁合龍主要措施

拱肋合龍的位移調(diào)整主要是包括轉(zhuǎn)角和縱向、豎向的位移調(diào)整。合龍口縱向間距、豎向位移和轉(zhuǎn)角的調(diào)整主要采用平衡索補(bǔ)張拉及拱肋合龍頂拉設(shè)施來實(shí)現(xiàn)。

①平衡索補(bǔ)張拉措施。拱肋提升到位后，測量合龍口尺寸，根據(jù)合龍口的具體測量尺寸，尺寸偏差較大，通過平衡索補(bǔ)張拉調(diào)整，合龍口的微調(diào)通過合龍口頂推裝置調(diào)整。②合龍口裝置及形式：合龍口設(shè)置頂推裝置，進(jìn)行合龍口位移微調(diào)。到位后通過匹配件定位合龍。

6 拱肋支架拆除

6.1 支撐牙板拆除

鋼梁整體安裝焊接完成后，即可拆除鋼梁支撐牙板，將鋼梁重量支撐轉(zhuǎn)換至永久支座上。牙板拆除順序：由跨中支墩向兩端支墩拆除。采用火焰切割，施工時(shí)不得傷害鋼梁油漆。

6.2 臨時(shí)支架拆除

臨時(shí)支架拆除需在支架完全卸載后進(jìn)行。先拆除鋼梁支撐墊梁，后拆除支撐立柱結(jié)構(gòu)。桿件拆除時(shí)不得碰撞鋼梁。支架拆除時(shí)需設(shè)置纜風(fēng)繩。

在塔吊吊裝范圍內(nèi)的臨時(shí)支架利用吊塔進(jìn)行拆除。下圖所示塔吊吊裝范圍。

超出塔吊吊裝范圍的支架，在上弦桿上安裝卷揚(yáng)機(jī)，在拱肋下方安裝導(dǎo)向滑輪，利用卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行拆除工作。

臨時(shí)支架橫向連接系采用兩臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)抬吊，直接下方到運(yùn)梁小車上。

縱向支架分成小節(jié)段，利用卷揚(yáng)機(jī)橫向旋轉(zhuǎn)后，整體下方到運(yùn)梁小車上。

7 結(jié)束語

大噸位鋼桁柔性拱施工研究，用三維建模軟件，建立鋼箱拱三維模型，模擬鋼箱拱拱肋支架上拼裝整體提升的施工工況，同時(shí)建立結(jié)構(gòu)有限元模型，對(duì)施工工況進(jìn)行模擬計(jì)算，確定合理的提升合龍施工方案、連續(xù)千斤頂?shù)仍O(shè)備配置、扣錨點(diǎn)位置及形式、弓弦式拉索力的分級(jí)加載步驟及結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換等，提供相關(guān)的數(shù)據(jù)支持，以指導(dǎo)鋼箱拱拼裝、提升施工作業(yè)，保證鋼箱拱整體提升合龍的有效銜接及安全可控，同時(shí)縮短工期，加快施工進(jìn)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇國明.連鹽鐵路灌河特大橋鋼桁柔性拱設(shè)計(jì)[J].高速鐵路技術(shù)，2014（06）.

[2]鄢懷斌，周云，李慧明.廈深鐵路榕江特大橋主橋連續(xù)鋼桁梁柔性拱施工關(guān)鍵技術(shù)[J].世界橋梁，2014（04）.

[3]劉桂紅.灌河大橋連續(xù)鋼桁拱梁設(shè)計(jì)[J].鐵道勘察，2014（01）.