大跨度CFST拱橋大型拱肋節(jié)段不同翻身方案對(duì)比分析

肖益新

摘要：文章結(jié)合平南三橋工程實(shí)例，介紹纜索吊機(jī)翻身、浮吊翻身、龍門吊翻身這三種翻身方案在實(shí)際施工過(guò)程中的具體操作步驟，并分析其適用范圍。

關(guān)鍵詞：拱肋;節(jié)段翻身;大跨度拱橋;吊裝;橋梁工程

中圖分類號(hào)：U448.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11003

文章編號(hào)：1673—4874（2020）11—0010—03

0引言

交通的發(fā)展，促使橋梁向更大規(guī)模發(fā)展。在建的“世界第一拱”平南三橋，主橋?yàn)榭缍?75m的中承式鋼管混凝土拱橋，全橋共分為44個(gè)拱肋節(jié)段。受制造及運(yùn)輸?shù)挠绊?，采用“臥式”加工，吊裝時(shí)，需將節(jié)段翻轉(zhuǎn)90°。在節(jié)段翻身施工過(guò)程中，考慮節(jié)段尺寸及重量影響，共采取三種翻身方案：纜索吊機(jī)翻身、浮吊翻身、龍門吊翻身。本文介紹了三種翻身方案在實(shí)際施工過(guò)程中的具體操作步驟，并分析其適用范圍。

1工程概況

平南三橋采用主跨575m（凈跨548m）中承式鋼管混凝土拱橋，引橋采用連續(xù)箱梁。橋跨布置為：（40m+60m+2×35m）（連續(xù)箱梁）+575m（中承式鋼管混凝土拱橋）+（50m+60m+50m）（連續(xù)箱梁）+3×40m（連續(xù)箱梁）。

主拱肋為鋼管混凝土桁式結(jié)構(gòu)，計(jì)算矢跨比為1/4.0，拱軸系數(shù)為1.50。拱頂截面徑向高為8.5m;拱腳截面徑向高為17.0m，肋寬為4.2m;每肋為上、下各兩根φ1400mm鋼管混凝土弦管，主弦管間通過(guò)橫聯(lián)鋼管φ850mm和豎向兩根腹桿φ700mm鋼管連接而構(gòu)成矩形截面。單側(cè)主拱肋共分為22個(gè)節(jié)段，以橋梁中心線對(duì)稱布置，兩岸以跨徑中心對(duì)稱，全橋共計(jì)44個(gè)節(jié)段。節(jié)段尺寸及運(yùn)輸方式見表1。

2拱肋節(jié)段加工制造及運(yùn)輸

2.1拱肋節(jié)段加工制造

鋼結(jié)構(gòu)制造廠位于廣東新會(huì)，節(jié)段加工完成后，在工廠碼頭裝船發(fā)運(yùn)至橋址區(qū)。拱肋節(jié)段在鋼結(jié)構(gòu)制造廠內(nèi)采用“2+1”和“3+1”預(yù)拼工藝進(jìn)行臥拼，單根拱肋分四輪加工。詳見圖1。

從鋼板到拱肋節(jié)段，經(jīng)過(guò)了鋼板校平、預(yù)處理，放樣、下料，胎架及工裝平臺(tái)制造，片裝制造，節(jié)段拼裝等工序，每道工序均需保證施工精度。節(jié)段拼裝流程如下：

（1）胎架制造：胎架使用型鋼和鋼墩制造，弦管片裝分段制造所需的檢查線、中心線均需放地樣并作出明顯標(biāo)記。為保證片裝分段線型，在胎架上用模板或墊板來(lái)調(diào)節(jié)。胎架需經(jīng)檢驗(yàn)合格后使用，且胎架每制造一輪后需重新檢查后才能再使用。

（2）弦管片體上胎架：弦管片裝分段按編號(hào)順序上胎架定位。

（3）安裝腹桿橫隔及斜腹桿：按地標(biāo)畫出的中心線和圖紙尺寸依次吊裝腹桿橫隔及斜腹桿。

（4）焊接橫聯(lián)管和主弦管之間的相貫線角焊縫，采用002氣體保護(hù)焊的焊接方法（全位置焊接）。

（5）調(diào)校弦管接頭并臨時(shí)固定。

（6）安裝腹桿橫隔散件。

（7）焊接腹桿與弦管間的相貫線角焊縫（全位置焊接）。

（8）裝焊橫撐短接頭和吊桿套管。

（9）按圖紙尺寸，畫線切割弦管端頭余量并裝焊弦管法蘭盤接頭連接件。

節(jié)段加工質(zhì)量控制要求：各片裝分段端口匹配，錯(cuò)邊≤2mm;拱肋端口對(duì)角線差≤3mm;腹桿位置偏差±2mm;吊桿孔位置水平偏差±3mm;確定各腹桿在主弦管上的準(zhǔn)確位置;接頭連接件安裝完整。

2.2節(jié)段運(yùn)輸

從廣東新會(huì)沿途到廣西貴港市平南縣，全程水路共約603km，途經(jīng)東平水道、西江，進(jìn)入潯江，其中廣州至梧州393km，梧州至平南縣210km。途經(jīng)梧州1個(gè)船閘，即長(zhǎng)洲船閘，其長(zhǎng)200m、寬34m、深8m，可通行凈高為14m。

鋼結(jié)構(gòu)制造廠擁有200m碼頭岸線，最大可停靠5000P屯級(jí)海船，可采用的裝船方式為龍門吊棧橋裝卸。棧橋軌道間距為20m，伸入江中70m，搭配兩臺(tái)200t龍門起重機(jī)，一次可吊裝400t節(jié)段。

根據(jù)平南三橋鋼管拱節(jié)段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，成品轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程需墊木方和橡膠，防止硬接觸破壞涂裝。全橋拱肋發(fā)運(yùn)分為兩種船運(yùn)方式：臥裝疊放和立裝。

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件轉(zhuǎn)運(yùn)裝船運(yùn)輸流程為：節(jié)段存放區(qū)→運(yùn)梁車將節(jié)段移至門式吊機(jī)下→兩臺(tái)吊機(jī)抬吊翻身→節(jié)段吊裝上船→節(jié)段加固→運(yùn)輸船發(fā)運(yùn)→運(yùn)輸船過(guò)閘→橋位定位吊裝。

2.3現(xiàn)場(chǎng)泊船

現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí)，船舶需要橫跨潯江江面定位吊裝。考慮受到水流速度的影響，選擇沿順流向傾斜泊船，以減少水的阻力確保定位的穩(wěn)定。

3節(jié)段翻身

節(jié)段加工完成后，需要翻轉(zhuǎn)90°調(diào)整至立置狀態(tài)才能進(jìn)行起吊安裝。根據(jù)節(jié)段尺寸及重量，最終確定為：第1～4節(jié)段在橋址使用纜索吊機(jī)翻身;第5～6節(jié)段在鋼結(jié)構(gòu)制造廠利用浮吊翻身;第7～11段在鋼結(jié)構(gòu)制造廠使用龍門吊翻身。

3.1纜索吊機(jī)翻身

纜索吊機(jī)翻身主要由兩部分組成：纜索吊裝系統(tǒng)與翻身平臺(tái)。纜索起重機(jī)額定吊重為主索道2×110t，工作索道4×5t，節(jié)段翻身時(shí)，選用主索起吊。主索起升高度為150m，最大工作風(fēng)速為15l 5m/s，滿足現(xiàn)場(chǎng)起重吊裝的要求。翻身平臺(tái)位置裝有橫移跑車，可在卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引下移動(dòng)。拱肋通過(guò)平板船臥式運(yùn)輸至橋址區(qū)域，在船上將拱肋起吊至翻身平臺(tái)，固定吊點(diǎn)進(jìn)行翻身。具體翻身流程如下：

（1）運(yùn)輸船橫水流泊船至吊點(diǎn)正下方，下放纜索吊吊點(diǎn)，將泊船上節(jié)段吊起;啟動(dòng)牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)，將拱肋節(jié)段縱向運(yùn)輸至翻身平臺(tái)上方;啟動(dòng)起升卷?yè)P(yáng)機(jī)，將節(jié)段平穩(wěn)放在橫移小車上（見圖2）。

（2）拆除吊點(diǎn)，操作小車移動(dòng)，將拱肋節(jié)段上弦中心正對(duì)待安裝拱肋中心;更換吊點(diǎn)，千斤繩捆綁上弦。

（3）吊點(diǎn)緩慢起升，下弦管處橫移小車向上弦方向移動(dòng)，保持吊點(diǎn)豎直;繼續(xù)提升吊點(diǎn)和移動(dòng)下弦橫移小車，完成拱肋的翻身（見圖3）。

3.2浮吊翻身

根據(jù)拱肋節(jié)段吊裝重量以及作業(yè)區(qū)水位實(shí)際情況，采用兩臺(tái)250t浮吊進(jìn)行拱肋節(jié)段翻身作業(yè)。浮吊起重參數(shù)見表2。

3.2.1吊高核算

梁段吊裝時(shí)浮吊在潮汐中拋錨定位，吊臂最大起吊傾角為60°，作業(yè)半徑為14.4m，吊高為28m。吊裝時(shí)取水位標(biāo)高為0.0m，碼頭地面標(biāo)高取+2m（轉(zhuǎn)換為潮汐水面高度），地面距平板車最大高度差為2m，拱節(jié)段高度最大為4.2m，采用16m鋼絲繩4根。要求吊高為：2+2+4.2+16=24.2m，富余高度還有28-24.2=3.8m。

3.2.2節(jié)段作業(yè)半徑核算

根據(jù)計(jì)算作業(yè)半徑為：取節(jié)段在存放碼頭邊距為2m，距節(jié)段中心為2+8.5=10.5m。依照工況表浮吊起吊160t時(shí)作業(yè)半徑為14.4m，還有3.9m的富余，滿足吊裝要求。

3.2.3翻身過(guò)程

（1）提前確定翻身位置，滿足四艘船只作業(yè)空間，同時(shí)保證浮吊起吊時(shí)不受其他船只影響。兩臺(tái)浮吊調(diào)整好位置后在水中拋錨定位，平板船將拱肋運(yùn)送至浮吊吊點(diǎn)下方。下放吊點(diǎn)，兩條主起重繩固定在拱肋上弦管兩端，兩條副起重繩固定在拱肋下弦管兩端。

（2）起升拱肋節(jié)段至設(shè)計(jì)高度，平板船退出翻身區(qū)域后，緩慢下放副起重繩，保證受力不產(chǎn)生突變，直至主起重繩完全承受拱肋節(jié)段重力，拱肋節(jié)段由臥置狀態(tài)轉(zhuǎn)換至立置狀態(tài)。

（3）兩臺(tái)浮吊同時(shí)起錨，在牽引船的牽引下，緩慢靠近深倉(cāng)運(yùn)輸船。下放主起重繩，拱肋節(jié)段落位深倉(cāng)船中，完成翻身及裝船作業(yè)。

3.3龍門吊翻身

內(nèi)場(chǎng)區(qū)域布置有兩臺(tái)200t龍門吊、兩臺(tái)75t龍門吊配合節(jié)段的起吊、翻身。其中75t龍門吊起吊寬度為18m，起升高度為16m;200t龍門吊起吊寬度為18m，起升高度為17.5m，可滿足11m寬度以下的拱節(jié)段翻身要求。選擇兩臺(tái)200t龍門吊進(jìn)行翻身作業(yè)，施工前，檢查龍門吊工作性能。

3.3.1 翻身過(guò)程

（1）節(jié)段翻身前，根據(jù)節(jié)段尺寸確定工裝位置。為最大限度保證節(jié)段結(jié)構(gòu)及涂裝不受損壞，需在工裝上安裝橡膠墊。同時(shí)，在節(jié)段臥式放置時(shí)的下弦側(cè)增墊橡膠輪胎，以保證在翻身過(guò)程中給予節(jié)段緩沖。平板車將節(jié)段轉(zhuǎn)運(yùn)至工裝上，調(diào)整龍門吊，使吊具位于節(jié)段吊點(diǎn)正上方，下放主吊具，吊繩繞過(guò)拱肋上弦與吊具連接。

（2）兩臺(tái)龍門吊同時(shí)起升，拱肋重心位置改變。吊點(diǎn)起升的同時(shí)移動(dòng)跑車，保證吊點(diǎn)與跑車在一條垂線上，吊繩不被斜拉，直至拱肋由臥式形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⑹叫螒B(tài)，完成翻身。

4施工中出現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)策

拱肋節(jié)段具有重量大、體積大、異形的特點(diǎn)，因此，節(jié)段翻身難度較高。在翻身作業(yè)時(shí)，常常出現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）翻身過(guò)程中，節(jié)段重心位置不斷變化，在臨近立式狀態(tài)時(shí)，會(huì)發(fā)生一次突變，節(jié)段產(chǎn)生較大晃動(dòng)。節(jié)段的晃動(dòng)會(huì)使結(jié)構(gòu)和涂裝產(chǎn)生破壞，也對(duì)起吊設(shè)備的性能有所影響。

對(duì)策：采用纜索吊機(jī)翻身時(shí)，在拱肋兩側(cè)設(shè)置拽拉繩，同時(shí)，保持翻身平臺(tái)橫移跑車隨節(jié)段重心移動(dòng)，盡可能使翻身產(chǎn)生的晃動(dòng)降至最低。龍門吊翻身時(shí)，在下弦側(cè)工裝上安放廢棄輪胎，用以對(duì)拱肋緩沖。

（2）吊繩與拱肋接觸面較小，翻身過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦力會(huì)導(dǎo)致涂裝破壞。

對(duì)策：使用柔軟的厚棉布包裹吊繩，增大接觸面積。

（3）翻身作業(yè)需要大型機(jī)械設(shè)備參與，危險(xiǎn)性較大。

對(duì)策：翻身方案撰寫時(shí)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行評(píng)估。施工前，對(duì)管理員及勞務(wù)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，排查起重設(shè)備安全隱患。設(shè)置起重指揮專員，協(xié)調(diào)機(jī)手操作起重設(shè)備。

5結(jié)語(yǔ)

拱肋加工采用“臥拼工藝”可以大大提高施工效率、經(jīng)濟(jì)性，且降低安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，臥拼工藝被廣泛應(yīng)用于拱肋制造中。在拱肋安裝施工中，需提前將拱肋由臥式狀態(tài)翻身至立式狀態(tài)。本文提到的纜索吊機(jī)翻身、浮吊翻身、龍門吊翻身均在實(shí)際施工中驗(yàn)證了其可行性及安全性，且在施工中出現(xiàn)的問(wèn)題均得到解決?？蔀橥愋痛罂缍裙袄叻硖峁┲笇?dǎo)，也為更大體量的鋼管拱制造提供參考。