大跨系桿拱橋鋼結(jié)構(gòu)水上運(yùn)輸與安裝施工技術(shù)

摘要：文章以某計(jì)算跨徑為265 m的下承式鋼管混凝土系桿拱橋?yàn)楣こ瘫尘?，介紹了大橋鋼結(jié)構(gòu)水上運(yùn)輸與安裝技術(shù)，主要包括鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)段劃分、水陸轉(zhuǎn)運(yùn)、纜索吊裝工藝以及鋼結(jié)構(gòu)安裝線形監(jiān)控等。大橋?qū)崪y(cè)結(jié)果表明：拱肋最大線形偏差為23 mm，格子梁最大線形偏差為10 mm，線形精度控制良好，順利實(shí)現(xiàn)了全橋拱肋和格子梁的高精度和高質(zhì)量合龍。該施工技術(shù)具有良好的參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：系桿拱橋；鋼結(jié)構(gòu)；水上運(yùn)輸；纜索吊裝；線形

中圖分類號(hào)：U488.22+5" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.032

文章編號(hào)：1673-4874（2024）11-0105-03

0引言

鋼管混凝土系桿拱橋在施工時(shí)，通常是先在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制場(chǎng)加工成若干鋼構(gòu)件，再將這些預(yù)制節(jié)段運(yùn)輸至橋位處進(jìn)行安裝。傳統(tǒng)的安裝方法中，若有條件，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制場(chǎng)可考慮布置在起吊場(chǎng)附近，通過平車一次運(yùn)輸即可到達(dá)橋位起吊位置；受場(chǎng)地條件限制時(shí)，若鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制場(chǎng)布置離起吊場(chǎng)較遠(yuǎn)，可以考慮通過平車將預(yù)制節(jié)段多次轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)橋位起吊位置。以上兩種方法僅適用于陸地上交通便利條件下的鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸，以及鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制節(jié)段在陸地上進(jìn)行起吊安裝。本文以某鋼管混凝土系桿拱橋?yàn)楣こ瘫尘埃归_對(duì)拱肋和格子梁鋼結(jié)構(gòu)水上運(yùn)輸及安裝施工的技術(shù)研究，利用汽車將鋼結(jié)構(gòu)從預(yù)制場(chǎng)運(yùn)輸至與待建造橋梁最接近的碼頭，然后通過汽車吊將鋼結(jié)構(gòu)從碼頭吊裝至運(yùn)輸船，再利用運(yùn)輸船運(yùn)輸至橋位處進(jìn)行水上起吊安裝，解決大型橋梁建造用鋼結(jié)構(gòu)的水陸轉(zhuǎn)運(yùn)和安裝問題［1］，為同類型橋梁施工提供借鑒。

1工程背景

某橋?yàn)橄鲁惺戒摴芑炷料禇U拱橋，拱軸線采用懸鏈線，拱肋計(jì)算跨徑為265 m。拱肋為等截面鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，采用Q345C鋼材，拱肋截面徑向高6.0 m，肋寬2.8 m。每片拱肋上下弦均為兩根1 000 mm鋼管混凝土弦管，壁厚分20 mm、22 mm、24 mm和28 mm 4種規(guī)格，管內(nèi)混凝土采用C55自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。主弦管之間通過平聯(lián)管橫向連接，吊點(diǎn)平聯(lián)采用610 mm×16 mm鋼管，非吊點(diǎn)平聯(lián)采用610 mm×12 mm鋼管。拱肋跨間橫撐（K型、米字型）水平弦桿采用610 mm×12 mm鋼管，斜向弦桿采用550 mm×12 mm鋼管，腹桿均為350 mm×10 mm鋼管。單片拱肋上下弦通過腹桿連接，豎腹桿和斜腹桿均采用450 mm×12 mm鋼管。橋面梁采用鋼格子梁的鋼-混凝土組合橋面板，格子梁為工字型截面，采用Q345C鋼材。

2施工綜述

從纜索系統(tǒng)吊裝能力、吊裝節(jié)段穩(wěn)定性、減少接頭數(shù)量、避免結(jié)構(gòu)空間沖突等方面考慮，全橋共設(shè)計(jì)成28個(gè)拱肋節(jié)段和27個(gè)格子梁節(jié)段安裝，其中鋼構(gòu)件最大吊重為拱肋第2節(jié)段，重量達(dá)79 t。全橋拱肋和格子梁在六景工業(yè)園區(qū)內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制場(chǎng)加工及防腐，完成后利用龍門吊配合炮車轉(zhuǎn)運(yùn)鋼結(jié)構(gòu)至南寧港內(nèi)，接著利用汽車吊配合炮車運(yùn)輸鋼結(jié)構(gòu)至碼頭吊裝區(qū)，最后將鋼構(gòu)件緩慢放置在碼頭的運(yùn)輸船艙上并固定，沿水路運(yùn)輸至橋址位置進(jìn)行纜索系統(tǒng)水中起吊安裝。

3鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸技術(shù)

3.1鋼結(jié)構(gòu)場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至碼頭

鋼構(gòu)件場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸采用1臺(tái)80 t龍門吊及1臺(tái)60 t龍門吊，雙機(jī)協(xié)同抬吊沿龍門吊軌道將鋼構(gòu)件轉(zhuǎn)運(yùn)至預(yù)先停放的炮車上。為防止南寧港內(nèi)路面被鋼構(gòu)件碰撞損壞，運(yùn)輸存放前，根據(jù)鋼構(gòu)件尺寸提前在存放位置安放枕梁。利用炮車運(yùn)輸，再輔以汽車吊將鋼構(gòu)件吊裝存放至預(yù)先設(shè)置的枕梁上。

3.2鋼結(jié)構(gòu)碼頭轉(zhuǎn)水路運(yùn)輸

鋼構(gòu)件陸運(yùn)轉(zhuǎn)水運(yùn)，通過汽車吊配合2輛平板車實(shí)現(xiàn)，洪水期間不得運(yùn)輸鋼構(gòu)件。主要轉(zhuǎn)運(yùn)方法為：拱肋采用1臺(tái)260 t和1臺(tái)350 t汽車吊配合平板車將其運(yùn)輸至南寧港碼頭吊裝區(qū)域，運(yùn)輸路線為30 m。格子梁采用1臺(tái)260 t和1臺(tái)350 t汽車吊抬吊鋼構(gòu)件至炮車上，按路線將其運(yùn)輸至南寧港碼頭。

運(yùn)輸船提前駛?cè)肽蠈幐鄞a頭，與定位樁固定就位。吊裝拱肋至運(yùn)輸船時(shí)，保證260 t吊車主臂半徑控制在9～12 m，臂長(zhǎng)控制在17.6 m；保證350 t吊車主臂半徑控制在12～14 m，臂長(zhǎng)控制在20.2 m。吊裝格子梁至運(yùn)輸船時(shí)，保證260 t吊車主臂半徑控制在6～14 m，臂長(zhǎng)控制在17.6 m；保證350 t吊車主臂半徑控制在6～14 m，臂長(zhǎng)控制在20.2 m。

結(jié)合拱肋、格子梁及船艙尺寸，每次分別可運(yùn)輸2段拱肋和1段格子梁。拱肋立式運(yùn)輸，采用“支墊限位裝置”固定防止側(cè)翻。由于格子梁標(biāo)準(zhǔn)段寬度為12 m，大于船艙寬度，須加工 “枕墊限位裝置”，將格子梁平放在船艙上方運(yùn)輸。

4鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

4.1纜索系統(tǒng)設(shè)計(jì)

全橋拱肋和格子梁采用纜索吊裝法懸臂拼裝。大橋纜索系統(tǒng)布置跨徑組合為282 m+400 m+282 m，塔架設(shè)計(jì)為主扣合一形式，采用萬能桿件結(jié)構(gòu)，塔架最大高度為122 m。纜索系統(tǒng)設(shè)置兩組主索道，單組索由4根50 mm密封鋼絲繩組成，設(shè)計(jì)吊重為2×40 t。其工作可根據(jù)吊裝對(duì)象不同靈活組合調(diào)整，適用于全橋不同階段的安裝施工：將2套主索合起來成為一組，并移動(dòng)到塔架上游或下游可完成拱肋吊裝；移動(dòng)到塔架中間可完成橫聯(lián)吊裝；一分為二并各自移動(dòng)到塔架兩側(cè)即可完成橋面格子梁吊裝，大大提高了安裝效率。大橋纜索系統(tǒng)整體布置如圖1所示。

4.2拱肋纜索吊裝

全橋共28個(gè)拱肋吊裝節(jié)段、共9道永久“K”撐和“米”字形橫撐，同時(shí)為增強(qiáng)首節(jié)段拱肋安裝后的穩(wěn)定性，在兩岸上下游拱肋間共設(shè)置了4道臨時(shí)“一”字形橫撐。拱頂設(shè)置短接合龍?，F(xiàn)場(chǎng)拱肋安裝時(shí)要求按節(jié)段1～節(jié)段7的順序，兩岸上下游對(duì)稱安裝。每完成上下游對(duì)稱節(jié)段后，及時(shí)安裝永久或臨時(shí)橫撐，確保拱肋懸臂段穩(wěn)定。拱肋安裝順序如圖2所示。

在運(yùn)輸船到達(dá)起吊拱肋下方時(shí)停止，船頭拋錨固定，依靠船尾螺旋槳提供動(dòng)力，將船體打橫。通過船頭鐵錨卷揚(yáng)機(jī)、船尾螺旋槳?jiǎng)恿φ{(diào)整運(yùn)輸船縱向位置，使其位于拱肋軸線正下方，并保持固定位置；采用兩組主索系統(tǒng)進(jìn)行拱肋節(jié)段吊裝，依次為：水中雙吊點(diǎn)垂直起吊運(yùn)輸→縱移至已安裝節(jié)段接頭位置→高強(qiáng)螺栓初步固定→安裝拱肋扣索和拱肋側(cè)纜風(fēng)→分級(jí)張拉扣索及松張側(cè)纜風(fēng)→根據(jù)監(jiān)控量測(cè)調(diào)整拱肋線形→精確調(diào)整后解除拱肋吊點(diǎn)→重復(fù)上述步驟至全橋拱圈合龍［3］。

拱肋接頭通過內(nèi)置式法蘭高強(qiáng)螺栓連接，預(yù)安裝拱肋節(jié)段精確就位后再焊接外包板。節(jié)段安裝時(shí)采用折疊式高空作業(yè)平臺(tái)輔助施工，作業(yè)平臺(tái)在鋼結(jié)構(gòu)存放場(chǎng)內(nèi)安裝，與拱肋一同運(yùn)輸至橋位處。由于大橋拱肋節(jié)段吊裝不受扣索影響，拱肋起吊前于船艙內(nèi)將折疊式作業(yè)平臺(tái)打開，形成作業(yè)平臺(tái)。展開順序?yàn)椋荷舷虏教菁扒白o(hù)欄→焊接平臺(tái)→斜桿及側(cè)護(hù)欄。

4.3格子梁纜索吊裝

全橋格子梁劃分為2個(gè)端頭段、24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段和1個(gè)合龍段，安裝順序?yàn)閺膬砂豆澳_往跨中對(duì)稱安裝。格子梁安裝順序如圖3所示。

安裝格子梁端頭段時(shí)，端頭段寬度為20.15 m，兩肋跨間凈距為22.85 m，在主縱梁以及與端橫梁相交位置焊接4個(gè)吊耳，采用纜索系統(tǒng)從水中運(yùn)輸船上垂直起吊并穿出拱肋上方，再縱向移動(dòng)落位至交界墩預(yù)安裝位置。

安裝格子梁標(biāo)準(zhǔn)段及合龍段時(shí)，為避免格子梁與拱肋結(jié)構(gòu)物沖突，在橫梁上下游兩端位置共安裝4個(gè)接長(zhǎng)吊具［4］。吊具通過螺栓與格子梁連接，便于吊具在格子梁吊裝過程中隨拆隨用。將纜索系統(tǒng)主吊點(diǎn)與吊具連接，從水中運(yùn)輸船上垂直起吊并縱移至上一節(jié)段格子梁接頭位置。格子梁接頭采用栓焊結(jié)合的形式，腹板通過節(jié)點(diǎn)板與高強(qiáng)螺栓連接，上下翼緣板采用焊接。

5監(jiān)控量測(cè)

5.1測(cè)點(diǎn)布置

拱肋安裝線形高程控制點(diǎn)布設(shè)在每個(gè)懸臂拼裝段端部，格子梁安裝線形高程控制點(diǎn)布設(shè)在每根吊桿與格子梁橫梁上錨固點(diǎn)位置。全程均采用全站儀觀測(cè)及復(fù)核。

5.2結(jié)果分析

全橋格子梁合龍后，對(duì)拱肋和格子梁線形通測(cè)，并與理論值進(jìn)行對(duì)比分析。鑒于篇幅有限，以下數(shù)據(jù)僅取下游進(jìn)行分析（注：“N”代表南寧岸，“L”代表柳州岸），結(jié)果如圖4所示。

由圖4可得，拱肋和格子梁安裝線形與目標(biāo)線形吻合，鋼管拱肋高程最大偏差為23 mm，格子梁高程最大偏差為10 mm，均滿足規(guī)范要求，精度控制良好。

6結(jié)語

本文以某下承式鋼管混凝土系桿拱橋?yàn)楣こ瘫尘埃敿?xì)介紹了大橋鋼結(jié)構(gòu)水上運(yùn)輸與安裝技術(shù)，包括鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)段劃分、水陸轉(zhuǎn)運(yùn)、纜索吊裝工藝以及鋼結(jié)構(gòu)安裝線形監(jiān)控。工程應(yīng)用結(jié)果表明，通過本施工技術(shù)的應(yīng)用，大橋僅用39 d就完成了28段拱肋和9段永久橫撐的運(yùn)輸和吊裝，用時(shí)15 d完成了27段格子梁的運(yùn)輸和吊裝。全橋線形精度控制良好，順利實(shí)現(xiàn)了全橋拱肋和格子梁的高精度和高質(zhì)量合龍。該施工技術(shù)具有良好的參考和借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］馬文輝，農(nóng)奇鋒，魏華，等.一種橋梁建造用鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸方法［P］.中國：CN109823970B，2020.

［2］嚴(yán)勝杰.大跨度鋼管混凝土提籃拱橋拱肋關(guān)鍵施工技術(shù)［J］.西部交通科技，2023（11）：165-167.

［3］魏華.沙尾左江大橋鋼管拱肋安裝關(guān)鍵技術(shù)［J］.公路，2023，68（8）：195-200.

［4］張柳霜.大跨度鋼管混凝土拱橋格子梁安裝關(guān)鍵施工技術(shù)［J］.西部交通科技，2023（7）：161-163.

作者簡(jiǎn)介：吳為星（1980—），工程師，主要從事橋梁工程現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)管理工作。

收稿日期：2024-05-06