大跨度CFST拱橋大型拱肋節段不同翻身方案對比分析

肖益新

摘要：文章結合平南三橋工程實例，介紹纜索吊機翻身、浮吊翻身、龍門吊翻身這三種翻身方案在實際施工過程中的具體操作步驟，并分析其適用范圍。

關鍵詞：拱肋;節段翻身;大跨度拱橋;吊裝;橋梁工程

中圖分類號：U448.22 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11003

文章編號：1673—4874（2020）11—0010—03

0引言

交通的發展，促使橋梁向更大規模發展。在建的“世界第一拱”平南三橋，主橋為跨度575m的中承式鋼管混凝土拱橋，全橋共分為44個拱肋節段。受制造及運輸的影響，采用“臥式”加工，吊裝時，需將節段翻轉90°。在節段翻身施工過程中，考慮節段尺寸及重量影響，共采取三種翻身方案：纜索吊機翻身、浮吊翻身、龍門吊翻身。本文介紹了三種翻身方案在實際施工過程中的具體操作步驟，并分析其適用范圍。

1工程概況

平南三橋采用主跨575m（凈跨548m）中承式鋼管混凝土拱橋，引橋采用連續箱梁。橋跨布置為：（40m+60m+2×35m）（連續箱梁）+575m（中承式鋼管混凝土拱橋）+（50m+60m+50m）（連續箱梁）+3×40m（連續箱梁）。

主拱肋為鋼管混凝土桁式結構，計算矢跨比為1/4.0，拱軸系數為1.50。拱頂截面徑向高為8.5m;拱腳截面徑向高為17.0m，肋寬為4.2m;每肋為上、下各兩根φ1400mm鋼管混凝土弦管，主弦管間通過橫聯鋼管φ850mm和豎向兩根腹桿φ700mm鋼管連接而構成矩形截面。單側主拱肋共分為22個節段，以橋梁中心線對稱布置，兩岸以跨徑中心對稱，全橋共計44個節段。節段尺寸及運輸方式見表1。

2拱肋節段加工制造及運輸

2.1拱肋節段加工制造

鋼結構制造廠位于廣東新會，節段加工完成后，在工廠碼頭裝船發運至橋址區。拱肋節段在鋼結構制造廠內采用“2+1”和“3+1”預拼工藝進行臥拼，單根拱肋分四輪加工。詳見圖1。

從鋼板到拱肋節段，經過了鋼板校平、預處理，放樣、下料，胎架及工裝平臺制造，片裝制造，節段拼裝等工序，每道工序均需保證施工精度。節段拼裝流程如下：

（1）胎架制造：胎架使用型鋼和鋼墩制造，弦管片裝分段制造所需的檢查線、中心線均需放地樣并作出明顯標記。為保證片裝分段線型，在胎架上用模板或墊板來調節。胎架需經檢驗合格后使用，且胎架每制造一輪后需重新檢查后才能再使用。

（2）弦管片體上胎架：弦管片裝分段按編號順序上胎架定位。

（3）安裝腹桿橫隔及斜腹桿：按地標畫出的中心線和圖紙尺寸依次吊裝腹桿橫隔及斜腹桿。

（4）焊接橫聯管和主弦管之間的相貫線角焊縫，采用002氣體保護焊的焊接方法（全位置焊接）。

（5）調校弦管接頭并臨時固定。

（6）安裝腹桿橫隔散件。

（7）焊接腹桿與弦管間的相貫線角焊縫（全位置焊接）。

（8）裝焊橫撐短接頭和吊桿套管。

（9）按圖紙尺寸，畫線切割弦管端頭余量并裝焊弦管法蘭盤接頭連接件。

節段加工質量控制要求：各片裝分段端口匹配，錯邊≤2mm;拱肋端口對角線差≤3mm;腹桿位置偏差±2mm;吊桿孔位置水平偏差±3mm;確定各腹桿在主弦管上的準確位置;接頭連接件安裝完整。

2.2節段運輸

從廣東新會沿途到廣西貴港市平南縣，全程水路共約603km，途經東平水道、西江，進入潯江，其中廣州至梧州393km，梧州至平南縣210km。途經梧州1個船閘，即長洲船閘，其長200m、寬34m、深8m，可通行凈高為14m。

鋼結構制造廠擁有200m碼頭岸線，最大可?？?000P屯級海船，可采用的裝船方式為龍門吊棧橋裝卸。棧橋軌道間距為20m，伸入江中70m，搭配兩臺200t龍門起重機，一次可吊裝400t節段。

根據平南三橋鋼管拱節段結構特點，成品轉運過程需墊木方和橡膠，防止硬接觸破壞涂裝。全橋拱肋發運分為兩種船運方式：臥裝疊放和立裝。

鋼結構構件轉運裝船運輸流程為：節段存放區→運梁車將節段移至門式吊機下→兩臺吊機抬吊翻身→節段吊裝上船→節段加固→運輸船發運→運輸船過閘→橋位定位吊裝。

2.3現場泊船

現場吊裝時，船舶需要橫跨潯江江面定位吊裝?？紤]受到水流速度的影響，選擇沿順流向傾斜泊船，以減少水的阻力確保定位的穩定。

3節段翻身

節段加工完成后，需要翻轉90°調整至立置狀態才能進行起吊安裝。根據節段尺寸及重量，最終確定為：第1～4節段在橋址使用纜索吊機翻身;第5～6節段在鋼結構制造廠利用浮吊翻身;第7～11段在鋼結構制造廠使用龍門吊翻身。

3.1纜索吊機翻身

纜索吊機翻身主要由兩部分組成：纜索吊裝系統與翻身平臺。纜索起重機額定吊重為主索道2×110t，工作索道4×5t，節段翻身時，選用主索起吊。主索起升高度為150m，最大工作風速為15l 5m/s，滿足現場起重吊裝的要求。翻身平臺位置裝有橫移跑車，可在卷揚機的牽引下移動。拱肋通過平板船臥式運輸至橋址區域，在船上將拱肋起吊至翻身平臺，固定吊點進行翻身。具體翻身流程如下：

（1）運輸船橫水流泊船至吊點正下方，下放纜索吊吊點，將泊船上節段吊起;啟動牽引卷揚機，將拱肋節段縱向運輸至翻身平臺上方;啟動起升卷揚機，將節段平穩放在橫移小車上（見圖2）。

（2）拆除吊點，操作小車移動，將拱肋節段上弦中心正對待安裝拱肋中心;更換吊點，千斤繩捆綁上弦。

（3）吊點緩慢起升，下弦管處橫移小車向上弦方向移動，保持吊點豎直;繼續提升吊點和移動下弦橫移小車，完成拱肋的翻身（見圖3）。

3.2浮吊翻身

根據拱肋節段吊裝重量以及作業區水位實際情況，采用兩臺250t浮吊進行拱肋節段翻身作業。浮吊起重參數見表2。

3.2.1吊高核算

梁段吊裝時浮吊在潮汐中拋錨定位，吊臂最大起吊傾角為60°，作業半徑為14.4m，吊高為28m。吊裝時取水位標高為0.0m，碼頭地面標高取+2m（轉換為潮汐水面高度），地面距平板車最大高度差為2m，拱節段高度最大為4.2m，采用16m鋼絲繩4根。要求吊高為：2+2+4.2+16=24.2m，富余高度還有28-24.2=3.8m。

3.2.2節段作業半徑核算

根據計算作業半徑為：取節段在存放碼頭邊距為2m，距節段中心為2+8.5=10.5m。依照工況表浮吊起吊160t時作業半徑為14.4m，還有3.9m的富余，滿足吊裝要求。

3.2.3翻身過程

（1）提前確定翻身位置，滿足四艘船只作業空間，同時保證浮吊起吊時不受其他船只影響。兩臺浮吊調整好位置后在水中拋錨定位，平板船將拱肋運送至浮吊吊點下方。下放吊點，兩條主起重繩固定在拱肋上弦管兩端，兩條副起重繩固定在拱肋下弦管兩端。

（2）起升拱肋節段至設計高度，平板船退出翻身區域后，緩慢下放副起重繩，保證受力不產生突變，直至主起重繩完全承受拱肋節段重力，拱肋節段由臥置狀態轉換至立置狀態。

（3）兩臺浮吊同時起錨，在牽引船的牽引下，緩慢靠近深倉運輸船。下放主起重繩，拱肋節段落位深倉船中，完成翻身及裝船作業。

3.3龍門吊翻身

內場區域布置有兩臺200t龍門吊、兩臺75t龍門吊配合節段的起吊、翻身。其中75t龍門吊起吊寬度為18m，起升高度為16m;200t龍門吊起吊寬度為18m，起升高度為17.5m，可滿足11m寬度以下的拱節段翻身要求。選擇兩臺200t龍門吊進行翻身作業，施工前，檢查龍門吊工作性能。

3.3.1 翻身過程

（1）節段翻身前，根據節段尺寸確定工裝位置。為最大限度保證節段結構及涂裝不受損壞，需在工裝上安裝橡膠墊。同時，在節段臥式放置時的下弦側增墊橡膠輪胎，以保證在翻身過程中給予節段緩沖。平板車將節段轉運至工裝上，調整龍門吊，使吊具位于節段吊點正上方，下放主吊具，吊繩繞過拱肋上弦與吊具連接。

（2）兩臺龍門吊同時起升，拱肋重心位置改變。吊點起升的同時移動跑車，保證吊點與跑車在一條垂線上，吊繩不被斜拉，直至拱肋由臥式形態轉變為立式形態，完成翻身。

4施工中出現的問題及對策

拱肋節段具有重量大、體積大、異形的特點，因此，節段翻身難度較高。在翻身作業時，常常出現以下幾個問題：

（1）翻身過程中，節段重心位置不斷變化，在臨近立式狀態時，會發生一次突變，節段產生較大晃動。節段的晃動會使結構和涂裝產生破壞，也對起吊設備的性能有所影響。

對策：采用纜索吊機翻身時，在拱肋兩側設置拽拉繩，同時，保持翻身平臺橫移跑車隨節段重心移動，盡可能使翻身產生的晃動降至最低。龍門吊翻身時，在下弦側工裝上安放廢棄輪胎，用以對拱肋緩沖。

（2）吊繩與拱肋接觸面較小，翻身過程中產生的摩擦力會導致涂裝破壞。

對策：使用柔軟的厚棉布包裹吊繩，增大接觸面積。

（3）翻身作業需要大型機械設備參與，危險性較大。

對策：翻身方案撰寫時，對風險源進行評估。施工前，對管理員及勞務人員進行安全技術交底，排查起重設備安全隱患。設置起重指揮專員，協調機手操作起重設備。

5結語

拱肋加工采用“臥拼工藝”可以大大提高施工效率、經濟性，且降低安全風險。因此，臥拼工藝被廣泛應用于拱肋制造中。在拱肋安裝施工中，需提前將拱肋由臥式狀態翻身至立式狀態。本文提到的纜索吊機翻身、浮吊翻身、龍門吊翻身均在實際施工中驗證了其可行性及安全性，且在施工中出現的問題均得到解決?？蔀橥愋痛罂缍裙袄叻硖峁┲笇?，也為更大體量的鋼管拱制造提供參考。