淺談下承式鋼管混凝土勁性骨架系桿拱橋整體吊裝

張偉良 張秀國

（江蘇舜通路橋工程有限公司 常州 213164）

金塔大橋位于金壇市開發區和白塔鎮境內，橫跨丹金溧漕河航道，橋梁與航道夾角78.65°，斜橋正做，航道改建標準為三級。橋梁中心樁號K0＋433.00，起點樁號 K0＋181.282，終點樁號K0＋584.66，橋梁全長403.378m。主橋總寬30.1m，引橋總寬27.7m。橋跨布置為10×20 m（預應力混凝土空心板）＋97m（下承式鋼管混凝土系桿拱）＋5×20m（預應力混凝土空心板）。

主橋上部結構采用下承式鋼管混凝土勁性骨架系桿拱，計算跨徑96m，矢跨比1／5，矢高19.2 m，拱軸線為二次拋物線；系梁采用箱形截面，梁高2.0m，寬1.2m，拱腳處加寬至1.4m，加高至3.3m；拱肋采用啞鈴形鋼管混凝土，每個鋼管外徑1.0m，鋼管及腹板壁厚14mm，鋼管內充C40微膨脹混凝土，腹腔中不填充混凝土，拱肋高度為2.4m；每片拱肋設間距為5.0m的吊桿，共16根，吊桿為剛性吊桿，采用PESF7－61新型低應力防腐拉索；風撐采用5道一字型鋼管風撐，2道K字風撐，鋼管壁厚為14mm；端橫梁高2.0m，中橫梁高1.35m，寬0.6m，兩側設牛腿以支撐行車道板；行車道板采用25cm高實心板。

1 主橋施工順序

金塔大橋主跨上部結構采用下承式鋼管混凝土系桿拱結構，計算跨徑96m，并采取“先拱后梁”法施工，先吊裝右幅鋼管拱及勁性骨架，然后進行左幅鋼管拱及勁性骨架的吊裝，半幅主橋施工具體步驟如下：

（1）鋼管拱及系桿勁性骨架在廠家加工完成后，運至現場拼裝、焊接成整體，安裝風撐和臨時橫梁。拆除臨時支點，在勁性骨架上安裝系桿底模、綁扎鋼筋、安裝內心模。

（2）利用3 000kN和5 000kN浮吊整體將鋼管拱及系桿勁性骨架整體吊裝就位，同時拉好風纜，以保證其穩定性。

（3）拱腳及端橫梁混凝土澆筑，張拉端橫梁全部預應力束。

（4）壓注鋼管拱下鋼管混凝土，養護待其達到設計強度，張拉系桿2束N7至1 800kN。壓注鋼管拱上鋼管混凝土，養護待其達到設計強度，張拉系桿2束N8至1 200kN。

（5）側模安裝，澆筑系桿混凝土，待達到設計強度90%，張拉系桿第一批預應力束（2N1、2N4）；安裝吊桿，進行吊索第一次張拉。

（6）對稱安裝1，4，5，9，10，14，15，18號共8道中橫梁，澆筑橫梁濕接頭，待其達到設計強度90%；對稱安裝剩余10道中橫梁，澆筑橫梁濕接頭，待其達到設計強度90%，張拉中橫梁第一批預應力束（1N1，1N4）；張拉系桿第二批預應力束（2N1，2N5）。

（7）對稱安裝行車道板，張拉中橫梁第二批預應力束（（1N2，1N3））；張拉系桿第三批預應力束（2N3，2N6）；吊索第二批張拉。

（8）橋面鋪裝、護欄施工；瀝青攤鋪及進行其他附屬設施施工。

2 浮吊選擇

3 000kN浮吊船長46m，船寬11m，船艏2側各設2個浮箱，浮箱寬5.5m，長10m；船尾兩側各設1個浮箱，浮箱寬5m，長10m，船總寬22 m，吃水深度2m，扒桿長度為50m，起吊最佳角度60°時，起吊能力為2 350kN。

5 000kN浮吊船長49m，船寬11.6m，船艏和船尾2側各設2個浮箱，浮箱寬6.5m，長10 m；船總寬24.6m，吃水深度2.1m，扒桿長度為50m，起吊最佳角度60°時，起吊能力為3 300 kN。

綜上所述，本工程鋼管拱吊裝采用3 000kN和5 000kN浮吊進行吊裝，扒桿長度為50m，起吊最佳角度60°，其起重能力5 650kN。根據2臺以上起重機雙抬吊重物時必須按額定吊裝載荷的80%計算，5 640kN×80%＝4 520kN＞4 380 kN（主橋鋼管拱及勁性骨架等吊裝的總重量見表1），能夠滿足施工要求。由于航道局部不能滿足要求，施工時對河道局部進行了改造。

表1 主橋半幅鋼管拱勁性骨架及施工輔助設施重量

3 吊點位置確定、加固和受力分析

（1）吊點位置確定及加固。確定吊點位置主要考慮浮吊的起重高度、起吊重量、主橋橋墩距離河岸邊的位置及鋼管拱的變形量等因素。根據現場實際情況和充分利用鋼管拱風撐抵抗吊裝產生的水平力，鋼絲繩應盡量靠近風撐鋼管，對于不在風撐位置的吊點處設置直徑80cm、壁厚8mm的鋼管橫向進行加固，以防拱肋鋼管橫向、豎向變形；每臺浮吊在單片拱肋上設2個吊點，共設置8個吊點，每個吊點設雙股吊裝鋼絲繩，吊點與拱肋的軸線呈30°～60°布置。鋼絲繩分別捆綁在3與4號、6與7號、10與11號、13與14號風撐之間，其在鋼管拱水平投影長度的間距為22.98，15.58，18.87，15.58，22.98m。吊點處采用角鋼（L75mm×75mm×8mm）和圓弧鋼板（厚20 mm，寬800mm）進行加固，從而防止拱肋鋼管局部變形。見圖1。

圖1 鋼管拱及勁性骨架吊點布置圖（單位：cm）

（2）受力分析。由于鋼管拱及勁性骨架吊裝時，其跨度和矢高比較大，采用一般的方法進行力學分析時不能真實反映其受力狀態，故分析時采用midas軟件見圖2，圖3。對安裝鋼管拱及勁性骨架建立輔助模型進行分析。

圖2 彎矩模型圖

圖3 變形模型圖

將鋼管拱簡化為一般的平面桿系進行力學分析不能真實反映其受力狀態，故分析時采用結構力學求解器軟件按鋼管拱實際尺寸建立輔助模型進行分析。

吊裝時最大彎矩引起的應力為吊點處臨時增加的橫梁為28.5MPa，滿足施工要求。

在吊裝過程中，構件的最大變形為38.7 mm，滿足要求。

鋼絲繩最大拉力為：991.2kN。每個吊點處設置4股鋼絲繩，則單股鋼絲繩承受的拉力為247.8kN。吊裝采用的鋼絲繩為6×37、直徑56 mm、鋼絲強度極限為1 700N／mm2的鋼絲繩。

查表得該型號鋼絲繩Fg＝2 000kN，取不均衡系數α＝0.82，取安全系數K＝6，則鋼絲繩的容許拉力：［S］＝α·Pg／K＝2 000×0.82／6＝273 kN＞S＝247.8kN，滿足要求。

4 鋼管拱及勁性骨架試吊

為了保證鋼管拱及勁性骨架吊裝順利進行，并檢驗各種技術參數是否符合要求，在安裝前進行了試吊，試吊主要對吊裝設備和鋼管拱進行下列檢查。

（1）檢查浮吊吃水深度和航道水深是否滿足要求，保證安裝過程中浮吊能夠順利前移和轉動。

（2）檢查吊裝鋼絲繩是否滿足要求，如不符合要求應對鋼絲繩進行調整。

（3）檢查鋼管拱軸線是否發生變形，吊裝點處鋼管拱是否發生變形。如發生變形需對鋼管拱吊點進行加固。

經過施工前認真準備，以上要求在施工中均能滿足。

5 鋼管拱及勁性骨架吊裝

（1）出坑、起吊。出坑施工時先安排2艘浮吊船停泊在拼裝場地河岸邊，然后再指揮主桅桿吊臂角度在55°～65°范圍內放下吊鉤鋼絲繩，并鉤住鋼構件上事先已捆綁好的吊裝鋼絲繩，再指揮2艘浮吊船同步、緩慢起吊鋼構件。且當構件起坑提升至距離臨時支點約0.2m高時應停止提升，待構件靜止后檢查浮吊各部安全后再繼續提升。

（2）水上運輸。鋼構件由2艘浮吊引鉤并懸于空中，通過浮吊船緩慢、勻速旋轉或前行來實現構件的水上運輸。浮吊船前進速度不超過5km／h，以免慣性過大導致浮吊船不利調控。且浮吊攜懸于空中的構件緩慢轉身穩定后，然后緩慢、勻速駛入安裝孔位，并停泊在指定位置。

（3）安裝就位。浮吊船運梁至距橋位適當距離時，指揮浮吊船拋錨減速，停泊穩定后進行構件安裝就位，具體安裝就位方法如下：

①浮吊攜懸于空中的構件略高于支座頂面后緩慢、勻速進入安裝部位并橫向停泊在待安裝構件位置的側面，然后指揮2艘浮吊吊臂角度均在60°～65°范圍內對正安裝構件位置后，先指揮一端3 000kN浮吊船緩緩落梁就位，再指揮另一端5 000kN浮吊船緩緩落梁就位，并焊接、支撐穩定后，松開鋼絲繩，解除掛鉤。

②待構件落梁就位穩定后立即將支座和臨時鋼支撐進行焊接，再將4個方向的風纜繩全部安裝就位，并用手拉葫蘆收緊風纜繩后方可松開吊鉤，浮吊船返回，從而完成鋼構件的安裝。

5 測量控制

在主橋布置4個控制點，形成一個小四角的導線網，該網與原有導線網閉合，能夠滿足控制吊裝要求。吊裝過程中對拱腳處邊線進行控制，以確保吊裝位置與設計吻合，另在拱頂沿拱軸線1／8，1／4，1／2，3／4，7／8跨徑布置小棱鏡作為觀測點；安裝時用全站儀對小棱鏡進行觀測，并進行鋼管拱軸線和高程的監測。

6 結語

隨著鋼管拱橋理論和施工工藝的日漸成熟，使得該橋型運用較為廣泛。同時水上吊裝設備起重能力的提高，為在內河實施鋼管拱及勁性骨架的整體吊裝提供了有力的保障。通過本工程的實施，整體吊裝與分段吊裝對比，具有以下優點：

（1）將水上拼裝轉化為陸地拼裝，提高了工程質量，減少了高空作業次數和安全風險。

（2）整體吊裝不需要設置水上作業平臺和中間多個臨時支點，減少了浮吊的作業周次數，縮短了工期、節約了施工成本等。

（3）整體吊裝，降低了對于橋梁的軸線和高程的控制難度。

（4）可以充分利用鋼管拱和勁性骨架的剛度，在系桿混凝土澆筑時進行吊模施工，減少了施工成本。