鋼管混凝土系桿拱橋整體吊裝施工技術

摘要 結(jié)合錫溧漕河無錫段航道整治橋梁六莊橋建設工程，文章介紹了下承式鋼管混凝土系桿拱橋的整體吊裝施工技術，通過對整體吊裝施工流程的合理設計和嚴格控制，成功實現(xiàn)了鋼管混凝土系桿拱橋的整體吊裝施工，充分利用了跨航道橋梁的水域條件，大幅縮短了封航時間，避免了大量的水上作業(yè)，經(jīng)濟可行。同時，對鋼管混凝土系桿拱橋整體吊裝施工的工藝要點和關鍵技術進行了論述和總結(jié)，可為類似工程提供參考。

關鍵詞 鋼管混凝土系桿拱橋；勁性骨架；整體吊裝

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0119-03

0 引言

鋼管混凝土系桿拱橋具有造型優(yōu)美、受力合理、梁高小、跨度大等優(yōu)勢，在我國公路橋梁建設特別是跨航道橋梁工程中具有舉足輕重的地位。對于高等級航道上的鋼管混凝土系桿拱橋建設，往往面臨著施工長期封閉航道帶來的干擾航道正常交通，以及由此產(chǎn)生的各種間接經(jīng)濟損失等問題。鋼管混凝土系桿拱橋整體吊裝施工，充分利用了跨航道橋梁的水域條件，采用拱肋-系桿勁性骨架結(jié)構形式，以保證吊裝過程中結(jié)構的強度和穩(wěn)定性，安全可靠，經(jīng)濟可行[1]。該文結(jié)合錫溧漕河無錫段航道整治橋梁六莊橋建設工程，介紹鋼管混凝土系桿拱橋整體吊裝施工的工藝要點和關鍵技術。

1 工程概況

錫溧漕河無錫段航道整治橋梁XLCYX-QLSG03標段位于無錫宜興市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)屺亭街道境內(nèi)，移地改建新橋（六莊橋）與屺亭街道北街路順接，主橋上部結(jié)構為下承式鋼管混凝土系桿拱，下部結(jié)構為柱式墩；引橋上部結(jié)構為現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構為柱式墩，直立擋土墻橋臺，鉆孔灌注樁基礎。

六莊橋全橋長558.28 m，主橋計算跨徑為86 m，矢跨比為1/5，矢高為17.2 m，拱軸線為二次拋物線，主橋立面布置圖如圖1所示。系梁采用箱形截面，梁高2.2 m，寬1.2 m，拱腳處加高至4.1 m，加寬至1.5 m；系梁勁性骨架由四根L200×24的角鋼及橫向綴條和豎向綴條連接而成，角鋼之間在指定位置設置系桿剪撐，剪撐由兩根L75×50×8 mm角鋼交叉形成；拱肋采用啞鈴形鋼管，材質(zhì)為Q355C，每個鋼管外徑為1.1 m，鋼管及腹板壁厚16 mm，內(nèi)充C40自密實補償?shù)氖湛s混凝土，拱肋高度為2.6 m；每片拱設間距為5.35 m的剛性吊桿13根，吊桿鋼絞線選用OVM.GJ15-19型鋼絞線成品索，以確保結(jié)構的承載性能。風撐結(jié)構設計為4道K字形布置，較大直徑鋼管外徑為110 cm，壁厚為16 mm，較小直徑鋼管外徑為70 cm，壁厚為12 mm；端橫梁高度為2.793～2.950 m，寬2.6 m；中橫梁高度為1.50～1.66 m，寬0.6 m，兩側(cè)設牛腿以支撐行車道板；行車道板采用25 cm高的實心板。主橋橫斷面圖及系桿斷面圖分別如圖2～3所示。

2 鋼管混凝土系桿拱橋整體吊裝施工方案

2.1 施工準備

2.1.1 吊裝設備檢查

（1）吊具準備。在吊裝作業(yè)前，應對所需的吊具進行充分準備，包括手拉葫蘆、鋼絲繩、卡環(huán)（卸甲）及繩卡等。所有吊具必須經(jīng)過嚴格檢查，確保其性能良好。對于存在裂紋、斷絲等可能影響承載能力的缺陷，必須立即淘汰，以保證吊裝作業(yè)的安全性。

（2）起重設備檢修。對擬在鋼構件吊裝中使用的浮吊等設備，應對其各系統(tǒng)進行細致檢修，確保起重設備處于良好工作狀態(tài)。

（3）張拉部分吊桿作為收緊力。安裝吊索并張拉部分吊索作為收緊力，并以帶緊吊桿為原則，確保吊索能夠有效參與拱肋-系桿勁性骨架組成的鋼結(jié)構的整體受力[2]。

2.1.2 吊裝現(xiàn)場準備

（1）河道清淤。在浮吊船進場前，應合理規(guī)劃浮吊船的作業(yè)水域，包括移動水域、?？课恢玫龋Ω〉醮鳂I(yè)范圍內(nèi)的河床標高進行測量，確保河床標高滿足浮吊船舶的吃水要求。對于可能妨礙浮吊設備正常作業(yè)的河床范圍，需提前進行清理，以滿足浮吊的航行需要。該工程針對橋位東側(cè)向南250 m、向北500 m范圍內(nèi)岸邊進行清淤疏浚，確保其水深不小于2.7 m，以滿足600 t浮吊滿載的吃水需求；清淤疏浚完成后應對浮吊作業(yè)區(qū)進行水深勘察，確保滿足整體吊裝需求。

（2）地錨施工。根據(jù)整體吊裝過程浮吊的移動路線，在岸邊預設位置進行地錨施工，確保地錨與浮吊位置結(jié)合準確，保障整體吊裝施工安全。

（3）浮吊就位。兩艘浮吊船應根據(jù)施工方案駛?cè)胫付ㄗ鳂I(yè)水域，采用T形空間布局緊鄰岸邊拱肋-系桿勁性骨架結(jié)構安放區(qū)域進行定位。浮吊?？课恢脩_保與拱架起吊位置的精準對應，前后均拋下臨時錨以穩(wěn)固船位；通過岸上的混凝土臺座即地錨系統(tǒng)固定浮吊前錨，尾部也拋出臨時錨，并將首尾錨收緊以確保浮吊穩(wěn)定。

2.2 鋼管混凝土系桿拱橋整體吊裝

2.2.1 吊點布置

吊點布置應綜合考慮拱肋-系桿勁性骨架結(jié)構的受力，以及兩浮吊吊重的合理分配，確保兩浮吊作業(yè)時的起重量不超出其額定起重量，保證兩浮吊安全可靠地進行吊裝作業(yè)，吊點位置布置圖如圖4所示。該工程吊點設置在左右兩側(cè)風撐處，分別位于3#（11#）吊桿與K形風撐橫桿下緣、5#（9#）吊桿與K形風撐斜桿上緣。在預先選定的合理吊點位置進行起吊鋼絲繩的安裝，安裝采用捆綁法固定工藝，每個吊點均采用兩根雙股式高強度鋼絲繩。利用橡膠塊對拱肋鋼管外側(cè)的上下半圓進行包裹，橡膠塊外包10 mm厚的鋼板，鋼板和橡膠塊寬度為1 m，以保證吊點處拱肋局部的受力安全。

2.2.2 拱肋-系桿勁性骨架結(jié)構試吊

在完成相應準備工作后，兩臺浮吊根據(jù)指揮人員的統(tǒng)一指令同步啟動提升拱架，作業(yè)過程應保持勻速緩慢。當監(jiān)測到拱架與混凝土基礎之間的間隙達到約3～5 cm時，應立即下達指令停機，確保結(jié)構保持穩(wěn)定的懸停姿態(tài)。隨后由技術人員全面檢查拱肋-系桿勁性骨架結(jié)構的狀態(tài)，重點觀測骨架結(jié)構的變形，精確測量系桿的預拱度值并與設計參數(shù)進行對比驗證。經(jīng)確認拱架結(jié)構狀態(tài)符合要求后，方可解除其支撐連接構件。待拱肋被提升至預定安全高度后，浮吊船開始進行平移作業(yè)。在此過程中，需實時監(jiān)測吊點處鋼絲繩的受力狀態(tài)，一旦出現(xiàn)滑移等潛在危險跡象，必須立即中止吊裝作業(yè)，檢查并排除隱患，對鋼絲繩進行重新綁扎固定。此外，在起吊過程中需特別注意避免拱架與其他結(jié)構桿件發(fā)生碰撞。

2.2.3 浮吊起錨移船定位

浮吊船應在岸邊完成試吊測試及安全檢查，確認結(jié)構及設備狀態(tài)符合施工要求后，將拱架平穩(wěn)下放至預定臺座并保持不松鉤的吊裝狀態(tài)。隨后對錫溧漕河施工區(qū)域?qū)嵤┡R時斷航管制。在斷航期間，采用輔助船只分別將兩臺浮吊船的纜繩系統(tǒng)錨固于河道兩側(cè)預設的地錨裝置上。隨后解除前纜繩約束，通過后錨纜繩絞緊控制浮吊船同步后移約15 m，隨后在鋼絲繩牽引系統(tǒng)與機動駁船的協(xié)同工作下，實現(xiàn)浮吊船90°的旋轉(zhuǎn)定位，使其作業(yè)面正對橋梁施工位置。定位完成后，將浮吊船的前錨系統(tǒng)與后錨系統(tǒng)分別與鄰近錨碇進行可靠連接，啟動前端絞錨設備使浮吊船沿預定軌跡向橋位安裝位置平穩(wěn)移動。當浮吊船行進至距橋位約30 m處時，施工人員將浮吊鋼絲繩臨時固定于墩位鋼管柱，通過卷揚機牽引精確控制浮吊船前進，最終實現(xiàn)浮吊船在橋位的精確定位與穩(wěn)固系泊。

2.2.4 拱肋-系桿勁性骨架結(jié)構定位

通過卷揚機逐步移動浮吊，先將拱肋-系桿勁性骨架結(jié)構運送至對應的橋墩處，再通過錨纜系統(tǒng)將浮吊船定位于作業(yè)水域。隨后兩臺浮吊船進行起吊作業(yè)，過程保持同步。調(diào)整浮吊船扒桿的仰角至約65°，保證拱肋-系桿勁性骨架底緣與支座頂面的間隙約為0.5～0.7 m。操作浮吊設備使拱架緩慢向前移動，直至與支座墊石完全對位。當拱架下降至距離安裝支點約0.5 m時，應暫停作業(yè)，確認拱肋處于平穩(wěn)狀態(tài)后，將其緩慢下放至導向槽內(nèi)，最終平穩(wěn)就位于蓋梁支座上。同時，采用臨時鎖定裝置固定結(jié)構并拉緊橫向纜繩。隨后利用全站儀配合垂球?qū)捌Y(jié)構的垂直度進行測量，使用5 t手拉葫蘆進一步收緊橫向纜繩，調(diào)整拱肋軸線，經(jīng)檢驗確認合格后對纜繩進行最終緊固，以確保拱肋的安裝精度和結(jié)構穩(wěn)定性[3]。

3 吊裝驗算

3.1 浮吊驗算

3.1.1 浮吊設備參數(shù)

500 t浮吊：仰角65°，臂長60 m，吊點距船頭18 m，起吊高度為54 m，安全工作負荷為320 t。浮吊主船參數(shù)：長度為49 m，全寬24.6 m，吃水深度為2.1 m。

600 t浮吊：仰角65°，臂長60 m，吊點距船頭17 m，起吊高度為54 m，安全工作負荷為480 t。浮吊主船參數(shù)：長度為49.7 m，全寬22.5 m，吃水深度為2.5 m。

3.1.2 安裝作業(yè)高度驗算

根據(jù)浮吊設備參數(shù)，浮吊仰角65°時，主鉤作業(yè)高度均為54 m。該工程的安裝作業(yè)高度計算如下：墩頂標高為11.934 m，支座高度為0.45 m，系桿底至起吊點風撐位置為12.35 m，吊鉤至風撐位置處鋼絲繩按70°傾角計算的長度為14.9 m，起空高度為0.5～0.7 m，扣除航道水位高3.2 m后，總安裝作業(yè)高度為36.234 m。經(jīng)驗算，浮吊設備的起吊高度完全滿足施工需求。

3.1.3 浮吊吊裝能力驗算

兩臺浮吊的總吊裝能力為800 t（320 t+480 t）。當使用兩臺及以上起重機進行雙抬吊作業(yè)時，需按額定吊裝載荷的80%進行計算。浮吊吊裝能力為800 t×80%=640 t，主橋鋼管拱及勁性骨架等吊裝的總重量為579.7 t，因此浮吊吊裝能力滿足作業(yè)要求。

3.2 鋼絲繩驗算

系桿拱的整體安裝重量為579.7 t，吊重按580.0 t計算鋼絲繩強度，每臺浮吊船的起重荷載為P=580 t/2=290 t。

（1）整座系桿拱采用2艘浮吊船抬吊，每艘浮吊船承載Q=290 t，加1.1動載系數(shù)后每艘浮吊船的實際承載Q=319 t。

（2）起吊鋼絲繩的計算：起吊鋼絲繩采用絡纜形式，鋼絲繩一雙二后再一雙二，每個吊點上有4根鋼絲繩，單側(cè)4個吊點有16根抽頭，1艘浮吊船設16根吊索計算。型號：采用φ56 mm6×37+1鋼絲繩，設定鋼絲繩的吊裝角度為70°，每根鋼絲繩受力S=319/（16×sin70°）=28.21 t。

（3）φ56 mm6×37+1鋼絲繩破斷力為Sb=200 t。

（4）安全系數(shù)K=Sb/S=200/28.21=9.4，選用φ56 mm6×37+1鋼絲繩能夠滿足吊裝要求。

3.3 地錨穩(wěn)定性驗算

考慮地錨抗拉力F=50 kN，地錨纜繩索和地面水平角為最大30°夾角，地錨結(jié)構如圖5所示；地錨為0.8 m×0.6 m×2.5 m鋼筋混凝土結(jié)構，地錨埋深1.2 m；土和混凝土的摩阻系數(shù)μ取0.5，土的容重取15 kN/m3，混凝土容重取24.5 kN/m3；地錨所受荷載垂直分力：V=F×sin30°=25 kN；地錨所受荷載水平分力：H=F×cos30°=43.3 kN；摩阻力：T=μ×F=0.5×43.3=21.65 kN；地錨上部土方重量：G1=0.8×1.2×2.5×15=36 kN；地錨混凝土自身重量：G2=0.8×0.6×2.5×24.5=29.4 kN；地錨穩(wěn)定性計算：（G+T）/V=（36+29.4+21.65）/25=3.482＞2；鋼筋混凝土地錨埋深1.2 m，地錨穩(wěn)定性大于安全系數(shù)2，該地錨滿足要求。

4 其他注意事項

4.1 水上交通管制

（1）錫溧漕河為通航河流，為確保拱架吊裝作業(yè)期間的水上交通安全，需對施工區(qū)域?qū)嵤┙煌ü芸亍Ｒ允┕ぷ鳂I(yè)區(qū)域為中心，將上下游各500 m范圍劃定為臨時交通管制區(qū)，實施限航管理。

（2）在管制區(qū)邊界處設置施工警示標志，并在橋梁兩側(cè)安裝夜間照明系統(tǒng)及紅色閃光警示燈，以有效提醒過往船舶注意航行安全，并及時采取減速措施，避免潛在的安全隱患。

4.2 落梁就位控制措施

當浮吊整體吊裝最終落梁時，需在主墩位置采用人工微調(diào)方式，通過橫橋向與順橋向雙軸定位實現(xiàn)精確就位后方可落梁。具體操作流程如下：通過在橋位處布置兩個手拉葫蘆導鏈裝置，施工人員可操作裝置進行雙向微調(diào)；待定位精度滿足設計要求后，即刻向浮吊發(fā)出落梁指令；浮吊隨即釋放主鉤鋼絲繩，使拱肋-系桿勁性骨架結(jié)構平穩(wěn)落位在預設支座；落梁完成后，立即開展主橋鋼結(jié)構與支撐體系的焊接固定作業(yè)。

5 結(jié)語

該工程鋼管混凝土系桿拱橋施工水域錫溧漕河為既有航道，為避免施工過程長期封鎖航道影響過往船只通行，采用了整體吊裝的施工工藝。通過對整體吊裝作業(yè)各階段方案進行合理設計和嚴格控制，將全橋鋼結(jié)構化整為零，現(xiàn)場拼裝成拱肋-系桿勁性骨架結(jié)構，采用2臺浮吊進行整體吊裝，施工作業(yè)取得了圓滿成功。

整體吊裝法用于鋼管混凝土系桿拱橋的施工，工藝先進，大幅縮短了封航時間，避免了大量的水上作業(yè)，充分利用了跨航道橋梁的水域條件，經(jīng)濟可行。通過該工程的實踐，希望能夠?qū)?nèi)河航道鋼管混凝土系桿拱橋整體吊裝施工技術的發(fā)展有所貢獻。

參考文獻

[1]朱紅亮，崔鳳坤，何磊，等.鋼管混凝土系桿拱橋整體吊裝有限元分析[J].現(xiàn)代交通技術， 2016（3）：47-50.

[2]陳岳，單宏偉.鋼管混凝土拱橋勁性骨架節(jié)段吊裝設計與施工[J].中國市政工程， 2012（6）：27-29+103.

[3]劉超，蒯永洲，吳飛.淺談鋼管混凝土系桿拱橋的整體吊裝法施工[J].江蘇水利， 2017（9）：69-72.