大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝施工方法

王雪能 劉 為

（中鐵四局集團有限公司 蘇州 215100）

2011年國務院通過“國發號［2011］2號文”發布的《國務院關于加快長江等內河水運發展的意見》，提出要利用10年左右的時間，建成暢通、高效、平安、綠色的現代化內河水運體系，大力推進高等級航道網建設，實施航道升級整治工程。航道等級升級后，通航凈空加大，眾多既有跨河橋梁需拆除改建。研究如何降低新建橋梁施工對既有航道的運營干擾，對順利推進等級航道網建設、保持經濟社會和諧發展具有積極意義。

蘇南運河三級航道橋梁工程戚墅堰大橋橫跨京杭運河常州段，主橋采用111m跨徑的下承式鋼管混凝土系桿拱。目前京杭運河水運繁忙，過往船只川流不息，且過千噸級的船舶及拖掛船隊很多，為降低社會影響，海事部門往往要求施工期間不得斷航，如在河道內搭設施工支架，其凈跨度不得小于40m，通航限高不得小于7m。為解決新建橋梁施工與航道運營的矛盾，采用“大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍”施工技術，在戚墅堰大橋成功實施，該技術較好地解決了通航河道上新建鋼管混凝土系桿拱橋施工對航道運營干擾大的難題，實現了施工預制化、拼裝化、機械化，取得了良好的經濟效益和社會效益。

1 工程概況

戚墅堰大橋位于常州市戚墅堰區，橋梁橫跨京杭運河，是蘇南運河航道“四改三”升級改造項目中的重點工程，現有橋梁跨越橋位處水面寬約61m，航道中心線與路線中心線交角為74.86°。蘇南運河系規劃的三級航道，通航凈空80m×7 m，設計最高通航水位3.3m。因航道拓寬，現有橋梁凈空不滿足三級航道要求，故需拆老橋建新橋，新建橋梁位于原橋位處，新建橋梁主橋寬30 m，橋型結構圖見圖1。

圖1 橋型結構圖（單位：cm）

主橋采用下承式鋼管混凝土系桿拱，計算跨徑111m，矢跨比1／5，矢高為22.20m，拱軸線為二次拋物線。系桿采用箱形截面，梁高2.2m，寬1.4m；拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土，鋼管外徑1.3m，鋼管及腹板壁厚16mm，內充C40微膨脹混凝土，拱肋高度為3.0m；每片拱設吊桿19根，吊桿為剛性吊桿，采用OVM.GJ15－19鋼絞線成品索；風撐采用8道K撐，由外徑130cm和90 cm鋼管焊接而成，壁厚分別為16，12mm。

施工圖設計中明確了主橋采用先拱后梁的施工方法，因此結構設計上兩端拱腳之間設置了格構式勁性骨架，主肢為4根200mm×200mm×24mm的角鋼，內設L75mm×50mm×8mm剪刀撐；系桿混凝土澆筑時，勁性骨架上可附設模板，并由吊桿的外套鋼管吊掛，從而完成系桿的澆筑施工。

戚墅堰大橋主橋岸地鋼管拱肋、勁性骨架以及拱腳和端橫梁均采用支架法施工，跨河部分采用大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍，拼裝成形包括拱肋、吊桿、吊索、勁性骨架、系桿鋼筋、系桿底模全部安裝就位，鋼管拱肋只在分段接頭處設置鋼管支墩。

2 施工控制重點

大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍施工技術難點如下：

（1）大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拱肋、勁性骨架對接。根據圖紙推薦方案，跨河部分采用岸上組裝大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架成形的方法進行施工，在組裝及吊裝過程中稍有變形將導致對接不上，因此給岸上組拼、測量、吊裝提出了很高的精度要求。

（2）大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拱肋岸地組拼成形吊裝對組拼支架的設計有要求，支點少了拱肋容易發生變形，導致對接不上；支點過多導致拱肋整體外移困難。因此拱肋岸地支架設計是重難點，需要精確計算確定支墩個數。

（3）大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拱肋的吊裝。拱肋構件水平投影長度51.31m，重約1 924.1kN，吊裝高度約27m。水上吊裝時，浮吊的額定起重能力、臂長、傾角等要滿足要求，鋼絲繩的捆綁應牢固準確、鋼絲繩的安全系數不應太小；另尚需檢算該段鋼管拱肋在吊裝過程中的應力與變形，確保變形在可恢復的彈性范圍內，并小于規定的容許變形。

（4）由于大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拱肋是在岸上整體拼裝包括鋼筋、勁性骨架、吊桿、吊索、底模全部安裝就位吊至支架上的，前期拱肋安裝主要是依靠勁性骨架克服水平推力，現在由于跨河部分采用大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍受封航時間限制，不可能有足夠的時間來對焊勁性骨架。

3 施工工藝及操作要點

3.1 工藝流程

大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍施工工藝流程見圖2。

3.2 操作要點

3.2.1 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形

（1）拱肋組拼。大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拱肋在現場專門設計的胎架上采用平臥法組拼，拱肋在工廠制作運至現場后，通過汽車吊將拱肋吊放至臥拼胎架上，拱軸線精調就位后，利用胎架將拱肋對接口固定牢固，然后進行對接焊縫施焊以及焊縫質量檢測。

（2）系梁勁性骨架組拼。在拱肋與系梁勁性骨架組裝支架上進行系桿勁性骨架組拼。組拼前，采用汽車吊將工廠集中分段制作的系梁勁性骨架按組拼編號在胎架上就位，焊接成長節段，安裝系梁底層鋼筋和吊桿下錨，按模板設計要求安裝吊模系統的底模，之后綁扎系梁剩余鋼筋、安裝預應力孔道和系梁心模。系梁勁性骨架與鋼筋骨架在每個合龍口預留1～2m的合龍段，在拱肋合龍后在進行現場安裝、焊接。

圖2 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍工藝流程圖

（3）大跨鋼管系桿拱橋拱肋與系梁勁性骨架組裝。采用浮吊將平臥組拼好的大跨鋼管系桿拱橋半跨骨裸拱翻身，吊至按設計搭設好的組裝支架上，并設置八字斜撐將拱肋支撐牢固，以防傾覆。之后，安裝吊桿和吊索，使長節段拱肋與系梁勁性骨架組裝成一組合體。組裝支架采用格構式鋼管樁支墩，支墩頂部的拱肋定位胎架與其下的系梁勁性骨架軸線水平投影重合。為減少岸上拼裝場地占地，多片組合體組裝支架并排布置，相鄰2片組合體組裝支架共用一排立柱。組裝支架布置見圖3。

圖3 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形使用支架布置圖

3.2.2 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝吊點選擇

大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝吊點設置于拱肋上，吊點設置應根據骨架體長度與重量、浮吊噸位與數量計算確定，按吊點位置對拱肋起吊工況的受力情況進行驗算，確保拱肋安全、變形滿足要求。同時，為減少吊環制作與焊接工作量，吊點宜設置在吊桿位置，采取捆綁拱肋的方式連接，同時應對吊桿套管與拱肋連接焊縫的抗剪強度進行驗算。

3.2.3 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨吊裝吊繩選擇

吊繩的夾角宜控制在30°～60°之間，根據浮吊的有效起吊高度合理確定。吊繩規格應根據確定的夾角和起吊重量計算確定，吊繩的破斷拉力與計算拉力相比，安全系數不應小于6.0。

3.2.4 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨單片吊離組裝支架

由于大跨鋼管系桿拱橋半跨骨的系梁勁性骨架布置于拱肋組裝支架立柱內（見圖4），因此，在起吊時必須首先采用浮吊將單片組合體豎向稍微提升，使其與組裝支架脫離；然后，將系梁勁性骨架橫移方向側的支架鋼管立柱底部段采用氣割迅速割除；之后，浮吊后退，使單片組合體吊離組裝支架，直接進行總裝。具體步驟見圖4。

圖4 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊出組裝支架施工步驟

拆除已吊離大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝支架外側立柱后，再采取同樣工藝、步驟將依次將其余骨架吊出。最后一片骨架吊出后，組裝支架僅依靠單排立柱支承，體系的穩定性偏弱，應迅速拆除組裝支架或截除底部段增設臨時支撐；并且在支架設計時，應對此工況的支架體系進行強度和整體穩定性驗算。

3.2.5 拼裝成形的大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架整體吊裝合龍

（1）拱肋合龍。橋位合龍時，重點控制鋼管拱肋合龍對接精度，拱肋水平位置依靠總裝支架頂部設置的胎架進行控制。總裝前，預先測量將定位胎架的平面位置確定并固定牢固；總裝時，依靠胎架進行粗定位，并通過三維坐標進行精確定位控制，與設計坐標比較指導精調，直至合龍精度滿足規范要求，然后焊接碼板實現拱肋合龍，碼板的數量和焊縫長度應根據拱肋合龍后的軸力計算確定。

（2）系梁勁性骨架合龍。系梁勁性骨架在岸上施工組合體時，即在每端預留1～2m的合龍口，合龍口采用4根直徑32mm精扎螺紋鋼對拉系梁勁性骨架實現臨時合龍，以平衡拱肋合龍后的水平推力。臨時合龍裝置設計見圖5。在拱肋對接焊縫施焊完成后，安裝合龍口勁性骨架和鋼筋骨架。

圖5 系梁勁性骨架臨時合龍裝置

（3）浮吊落鉤。拱肋碼板焊接完畢、系梁勁性骨架臨時合龍措施對拉就位后，即可進行浮吊落鉤，撤離航道。

3.2.6 落架

拱肋合龍對接焊縫施焊和系梁勁性骨架合龍段安裝就位、施焊完畢并經檢測合格后，即可進行拱肋支架落架。落架時，采用氣割割除總裝支架頂部的定位胎架來實現落架，落架順序嚴格遵照設計要求進行。

4 施工注意事項

（1）拱肋臥倒拼裝時嚴格控制拼裝線形及拱肋臥倒后的水平面，控制吊桿的相對位置。

（2）拱肋擱置在拼裝支架上后嚴格控制垂直度，確保拱肋在支架上垂直，以便能夠在后期與岸上段順利對接。

（3）準確測量預留大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架跨河凈空與大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝長度關系，確定骨架修切量。

（4）系梁水平拉桿應在吊裝之前安裝在大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架系梁骨架上，跟從大跨骨架一同起吊，待拼裝成形的半跨骨架整體吊裝合龍就位立即拉桿帶緊。

（5）大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝吊點應采用軟件空間準確模擬計算，確保起吊后角度和變形控制在要求的范圍內。

（6）由于拱肋吊裝時結構處于連續加懸臂結構，改變了拱肋的受力狀態，因此吊裝過程中盡可能不要附載，減小拱肋變形。

5 結語

戚墅堰大橋主橋于2012年5月10日開始在岸上組裝跨河段拱肋與勁性骨架，2012年6月15號完成橋位總裝合龍，總工期歷時36d。拱肋合龍精度為分別為上游拱肋水平偏差8mm、豎向偏差8mm，下游拱肋水平偏差9mm、豎向偏差6 mm。施工過程封航僅5次，封航時長均為省級海事部門可批準時長4h。

實踐證明，采用“大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍技術”施工跨通航河道的鋼管系桿拱橋，有效縮減了封航次數，安全、質量可控，并且加快了施工速度，降低了施工成本，該技術較好地解決了通航河道上新建鋼管混凝土系桿拱橋施工對航道運營干擾大的難題，實現了施工預制化、拼裝化、機械化，取得了良好的經濟效益和社會效益。

［1］ 蘇南運河三級航道橋梁工程（常州段）戚墅堰大橋施工圖設計.

［2］ 蘇南運河三級航道橋梁工程（常州段）戚墅堰大橋主橋施工技術方案.

［3］ 陳寶春.鋼管混凝土拱橋［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［4］ 程翔云.世界大跨徑鋼筋混凝土拱橋（續）［J］.中南公路工程，1991.

［5］ 馮翔林.下承式預應力系桿鋼管混凝土拱橋施工［J］.橋梁建設，1992.

［6］ 許曉鋒.鋼管混凝土拱橋設計規范［S］.重慶：重慶交通科研設計院，2004.