大跨度鋼桁架橋分段吊裝技術(shù)

陳示光

(中億豐建設(shè)集團股份有限公司，江蘇 蘇州 215000)

0 引言

大跨度鋼結(jié)構(gòu)體系越來越廣泛地應(yīng)用于橋梁工程建設(shè)中，其中鋼桁架結(jié)構(gòu)橋梁具有結(jié)構(gòu)輕便、承載力及跨越能力大、布置靈活的特點，更具周邊景觀協(xié)調(diào)性，能有效提升景觀效果。同時，施工方法的多樣性對鋼桁架結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)用和發(fā)展起到很大推進(jìn)作用。

鋼桁架橋梁的施工方法主要有支架安裝法、懸臂拼裝法、起重船架設(shè)法、浮運架設(shè)法、拖拉(頂推)架設(shè)法等，各方法具有各自的優(yōu)缺點及適用性。隨著大噸位起重機械設(shè)備的不斷更新，對于跨越運河的鋼桁架橋，采用支架法安裝配合大噸位汽車式起重機和起重船的使用，能將鋼桁架橋分節(jié)段在臨時支架上進(jìn)行拼裝，主跨間直接起重船吊裝合龍，減少通行航道占用空間，施工速度快、封航時間短、可操作性強，采取2種及以上方式相結(jié)合的安裝方法更具優(yōu)勢，可顯著提高施工效率。

1 工程概況

滄浪新城景觀人行橋建設(shè)項目，是區(qū)塊內(nèi)跨越京杭大運河溝通南北的新建人行通道，全長405m，其中主橋鋼桁架橋(2～5號墩)橋長220m；引橋鋼箱梁橋，北側(cè)橋長106m，南側(cè)橋長79m(見圖1)，橋梁軸線與京杭大運河航道斜交。

圖1 主橋鋼桁架立面示意

主橋鋼桁架跨徑組合為50m+120m+50m，橋梁凈寬10m。主桁架采用全焊接連續(xù)三角桁架結(jié)構(gòu)，節(jié)點間距5m，桁架面整體位于半徑為37m圓曲線上(斜腹桿及桁架節(jié)點板均整體位于曲面上)，左、右2榀桁架間采用橫梁、風(fēng)撐連接。主桁架下弦桿采用800mm×1 000mm截面，主桁架上弦桿采用800mm×600mm，600mm×600mm截面，斜腹桿采用800mm×800mm，800mm×600mm，800mm×400mm截面，直腹板采用800mm×600mm，800mm×400mm截面，板厚有40，30，20mm 3種(見圖2，3)。

圖2 主桁架標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意

圖3 主桁架橫撐(K撐)布置平面示意

2 安裝總體思路

鋼桁架結(jié)構(gòu)制造是通常采用“板件-桿件-梁段”方式，進(jìn)行制造、預(yù)拼、吊裝焊接的全焊鋼結(jié)構(gòu)，跨京杭大運河航道全焊接連續(xù)三角鋼桁架橋采用支架法現(xiàn)場安裝，是根據(jù)現(xiàn)場水文、地形、地質(zhì)條件及設(shè)計參數(shù)，間隔若干個節(jié)點設(shè)置臨時支架作為支撐點，將鋼桁梁分榀、分段利用汽車式起重機及起重船等方式進(jìn)行吊裝，并根據(jù)各分段具體情況在每個分段設(shè)置施工臨時支撐體系進(jìn)行空中對接組裝，實現(xiàn)高空原位安裝，梁體自重在安裝期間由支架承受，實現(xiàn)梁段單元先邊跨組裝后中跨合龍，橋位焊接成整體結(jié)構(gòu)，最后落梁至永久墩完成成橋體系轉(zhuǎn)換。

考慮降低施工對航道的影響，減少跨越京杭大運河航道區(qū)域的吊裝數(shù)量及次數(shù)，臨時支架布置保證中間通航寬度50m，并盡量縮短起重船施工期間的封航時間；同時，考慮吊裝能力及現(xiàn)場焊接量，將主桁架縱向劃分9個節(jié)段，跨越京杭大運河區(qū)域采用33m長大節(jié)段起重船一次吊裝。

主橋桁架節(jié)段總體吊裝順序為L7/L3→L8/L2→L9/L1→L4→L6→L5(見圖4)，構(gòu)件采用汽車運至現(xiàn)場，邊跨(L1～L3，L7～L9)利用汽車式起重機將桿件現(xiàn)場臥拼，再橋位總裝；中跨(L4～L6)利用汽車式起重機將桿件現(xiàn)場臥拼、桁架片立拼，再利用起重船進(jìn)行橋位總裝。

圖4 主橋節(jié)段劃分示意

1)邊跨L1～L3，L7～L9節(jié)段吊裝施工順序為：先吊裝橋面系縱、橫梁及橋面板，再吊裝兩側(cè)主桁片(主桁片根據(jù)起重機站位的起重能力臥拼采用單節(jié)間或多節(jié)間進(jìn)行起吊)，最后吊裝風(fēng)撐及斜腹桿(見圖5a)。

圖5 邊跨與中跨節(jié)段吊裝示意

2)中跨L4～L6節(jié)段在岸邊采用汽車式起重機立拼成整體節(jié)段后再采用起重船吊裝，吊裝順序為L6→L4→L5節(jié)段。其中，L4，L6節(jié)段兩側(cè)主桁片、縱橫梁與橋面板拼裝成整體后吊裝；L5節(jié)段因節(jié)段長，先將兩側(cè)主桁片與縱、橫梁拼裝成整體后吊裝合龍，然后再吊裝橋面板；最后吊裝L4～L6節(jié)段風(fēng)撐及斜腹桿，拆除臨時支撐。

3 安裝方案

3.1 節(jié)段劃分

節(jié)段劃分是將橋梁主桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段，劃分成多個施工段落，各施工段落的結(jié)構(gòu)分成吊裝桿件或片體，在胎架上進(jìn)行桿件和節(jié)點的焊接形成吊裝單元，針對各分段結(jié)構(gòu)特點設(shè)置臨時施工支撐體系，施工中優(yōu)先起吊節(jié)段單元，然后進(jìn)行桿件補裝，最后形成完整的結(jié)構(gòu)體系(見圖6～8)。

圖7 主橋左、右中跨(4～6節(jié)段)節(jié)段劃分示意

圖8 主橋左、右中跨(7～9節(jié)段)節(jié)段劃分示意

對主橋鋼桁架進(jìn)行縱、橫向分段，應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場情況、鋼桁架結(jié)構(gòu)特點、道路運輸情況、吊裝施工環(huán)境和制作廠的生產(chǎn)能力，同時考慮現(xiàn)場拼裝對設(shè)計結(jié)構(gòu)的影響，鋼桁架拼裝節(jié)段劃分原則為：①最大限度減少現(xiàn)場焊接工作量，滿足規(guī)范要求，要使縱、橫向?qū)雍缚p盡量少，并滿足現(xiàn)有運輸能力，同時有利于縮短施工期限；②根據(jù)鋼桁架橋整體結(jié)構(gòu)的受力特點，梁段劃分應(yīng)避開橋面系節(jié)點結(jié)構(gòu)及橋跨的跨中位置，確保橋梁結(jié)構(gòu)受力合理；③既有通行道路或河道周邊一般施工場地狹小，盡可能節(jié)約施工用地，減少場地占用。

3.2 臨時支架體系

現(xiàn)場拼裝支架結(jié)構(gòu)采用格構(gòu)柱形式。單個分段拼裝支架主要由φ630×10鋼管通過 ∟100×6， [20a連接而成的拼裝支架，頂部采用雙拼H600×300，H型鋼上部與調(diào)平鋼管焊接。全橋支架在橫梁頂部設(shè)置φ273×8調(diào)平鋼管，同時每套拼裝支架上部設(shè)置25t液壓千斤頂，可對鋼桁梁高度進(jìn)行調(diào)整。邊跨汽車式起重機現(xiàn)場拼裝支架結(jié)構(gòu)底部采用現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)墊層，中跨起重船現(xiàn)場拼裝支架結(jié)構(gòu)底部采用φ630×10鋼管樁(見圖9)。所有鋼構(gòu)件均采用Q235鋼材。

圖9 邊跨與中跨臨時支架體系橫、縱斷面示意

3.3 節(jié)段拼裝及分段吊裝技術(shù)

桁梁分段吊耳布置于直腹桿和斜腹桿相交位置，通過焊接連接，吊耳與桿件焊接熔透。單個桁梁片體及桿件布置2個吊耳進(jìn)行吊裝；L4～L6起重船吊裝大節(jié)段布置8個吊耳，若吊耳布置位置橫橋向無平聯(lián)連接，采用工字形臨時支撐橫向連接形成整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

L3～L1節(jié)段與L7～L9節(jié)段可同時施工，為保證吊裝體系整體穩(wěn)定，L4～L6節(jié)段吊裝前必須將L2，L3及L7，L8節(jié)段吊裝焊接完成，L1，L9節(jié)段需根據(jù)拼裝場地實際情況進(jìn)行拼裝、吊裝。

1)利用130t汽車式起重機橋位依次吊裝L3→L2→L1，L7→L8→L9節(jié)段橋面系橫梁及橋面板，先吊裝橋面系橫梁再吊裝橋面板。

2)利用130t汽車式起重機分別對L3～L1節(jié)段桁架拱進(jìn)行臥拼裝，并按吊裝分段進(jìn)行焊接。利用350t汽車式起重機將吊裝分段轉(zhuǎn)至吊裝起重機作業(yè)半徑范圍內(nèi)，再利用350t汽車式起重機將臥拼片體分段吊裝至橋位，并與橋面系和臨時支撐固定；利用130t汽車式起重機吊裝斜腹桿與拱頂風(fēng)撐。先吊裝左側(cè)桁架拱，再吊裝右側(cè)桁架拱，然后吊裝風(fēng)撐，最后吊裝斜腹桿。L7→L8→L9節(jié)段工況分別與L3→L2→L1工況類似，在此不再贅述(見圖10a)。結(jié)合現(xiàn)場實際工況，根據(jù)各分段自重、吊裝作業(yè)半徑、起重機幅度及最大起重噸位合理進(jìn)行起重機選型，起重機負(fù)載率均≤80%。

3)利用130t/350t汽車式起重機分別對L6，L4，L5節(jié)段桁架拱進(jìn)行立拼裝。立拼吊裝順序為橋面系縱、橫梁→橋面板→下弦→直腹桿→上弦→風(fēng)撐→斜腹桿，桁架拱組成桿件(下弦、直腹桿、斜腹桿、上弦)立拼時應(yīng)左、右側(cè)對稱吊裝，先吊靠河道側(cè)再吊裝岸側(cè)，定位完成后開始焊接。

4)利用1臺500t起重船，對L6節(jié)段進(jìn)行安裝，節(jié)段重約256.7t。從立拼吊裝位采用“作業(yè)半徑最大為26.35m，吊臂長度41m，吊臂角度50°，起升高度31.41m，額定起吊噸位330t，最大吃水深度2.5m，負(fù)載率77.8%”的起重參數(shù)起吊后，再將起重參數(shù)調(diào)整為“作業(yè)半徑20.5m，吊臂長度41m，吊臂角度60°，起升高度35.51m，額定起吊噸位420t，最大吃水深度2.5m，負(fù)載率61.1%”，調(diào)整起重船位置進(jìn)行橋位吊裝。L4,L6節(jié)段工況類似，在此不再贅述(見圖10b)。

圖10 L3，L6，L5節(jié)段吊裝示意

5)利用1臺500t起重船，對L5節(jié)段桁梁(除橋面板)進(jìn)行安裝，節(jié)段重245t。從立拼吊裝位采用“作業(yè)半徑最大為26.35m，吊臂長度41m，吊臂角度50°，起升高度31.41m，額定起吊噸位330t，最大吃水深度2.5m，負(fù)載率74.2%”的起重參數(shù)起吊后，再將起重參數(shù)調(diào)整為“作業(yè)半徑20.5m，吊臂長度41m，吊臂角度60°，起升高度35.51m，額定起吊噸位420t，最大吃水深度2.5m，負(fù)載率58.3%”，調(diào)整起重船位置進(jìn)行橋位吊裝。

6)利用1臺500t起重船，對L5節(jié)段橋面板及斜腹桿進(jìn)行安裝，本節(jié)段橋面板分4次進(jìn)行吊裝(橋面板重52t，作業(yè)半徑最大為26.35m，吊臂長度41m，吊臂角度50°，起升高度31.41m，額定起吊噸位330t，最大吃水深度2.5m，負(fù)載率15.8%)(見圖10c)，至此全橋安裝完成。

4 臨時支撐設(shè)計

4.1 單邊桁架片分段橋位吊裝臨時支撐

邊跨L1～L3，L7～L9節(jié)段鋼桁梁分段吊裝時只有橋面系與下弦定位固定，未形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，采用H294×200型鋼作為臨時門架支撐，支撐點位于橋面系橫梁結(jié)構(gòu)位置和鋼桁梁直腹桿焊接環(huán)口下500mm位置，橫橋向每個節(jié)點位置(即直腹桿位置)均搭設(shè)，臨時門架上部縱橋向采用[20型鋼連接成整體，并鋪設(shè)鋼跳板，主桁片左、右兩側(cè)均鋪設(shè)；采用φ16鋼筋作為爬梯籠上下。該臨時門架支撐既起支撐穩(wěn)固作用，又可用作臨時作業(yè)平臺(見圖11)。

圖11 邊跨鋼桁梁分段吊裝臨時支撐示意

4.2 起重船吊裝5節(jié)段臨時支撐

L4～L6節(jié)段立拼胎架采用H400×300×10×16型鋼縱向布置，每個下弦和橫梁位置各布置2條縱向胎架，并采用φ273×8鋼管作為胎架調(diào)節(jié)模板，胎架高度應(yīng)充分考慮下弦底板仰焊空間。橋位吊裝臨時支撐設(shè)置與邊跨支撐相同。

L4，L6節(jié)段頂部有風(fēng)撐立拼時直接組裝無須加臨時橫撐；L5節(jié)段頂部無風(fēng)撐，立拼時再增設(shè)雙拼H400×300×10×16型鋼作為臨時支撐加強橫向連接，形成整體(見圖12)。

圖12 中跨臨時支撐示意

4.3 臨時匹配件

為保證鋼桁架的安裝線形達(dá)到設(shè)計線形要求，廠內(nèi)加工制造時，主桁桿件、橋面系分別進(jìn)行整體匹配總拼裝。為保證L4～L6節(jié)段立拼鋼桁梁精確定位，直腹桿環(huán)口位置采用臨時匹配件固定連接，嚴(yán)格控制制造線形，以保證現(xiàn)場安裝順利進(jìn)行。匹配件采用20～30mm厚鋼板制作而成，拼裝時采用M24沖釘臨時固定，實現(xiàn)鋼桁架整體快速對接、合龍(見圖13)。

圖13 臨時匹配件結(jié)構(gòu)示意

5 結(jié)語

通過現(xiàn)場實施，對鋼桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分榀、分段劃分，合理選擇起重機械的規(guī)格、驗算起重能力，設(shè)置必要的臨時支撐與匹配件，能有效保證大跨度分段吊裝施工技術(shù)在跨京杭大運河鋼桁架景觀橋項目中的應(yīng)用效果，施工質(zhì)量可控、安全性高、技術(shù)可行。

隨著城市交通系統(tǒng)的不斷完善，區(qū)塊間聯(lián)系越來越緊密，跨越既有線的大型鋼桁架結(jié)構(gòu)形式的橋梁不斷出現(xiàn)，施工難度大、風(fēng)險高，尤其是片狀鋼結(jié)構(gòu)桁架易失穩(wěn)，根據(jù)周邊環(huán)境、施工條件、橋梁設(shè)計特點及景觀需求等因素，應(yīng)用先進(jìn)的施工技術(shù)，選擇合適的施工設(shè)備，配合合理的臨時措施，能大大縮短施工期限，提高施工質(zhì)量及安全性，保證設(shè)計效果，有效降低對既有道路、航道等運營的影響，具有一定的社會與經(jīng)濟效益。