大跨系桿拱橋鋼結(jié)構(gòu)水上運輸與安裝施工技術(shù)

摘要：文章以某計算跨徑為265 m的下承式鋼管混凝土系桿拱橋為工程背景，介紹了大橋鋼結(jié)構(gòu)水上運輸與安裝技術(shù)，主要包括鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)段劃分、水陸轉(zhuǎn)運、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)；水上運輸；纜索吊裝；線形

中圖分類號：U488.22+5" " " 文獻標識碼：A" " " " DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.032

文章編號：1673-4874（2024）11-0105-03

0引言

鋼管混凝土系桿拱橋在施工時，通常是先在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制場加工成若干鋼構(gòu)件，再將這些預(yù)制節(jié)段運輸至橋位處進行安裝。傳統(tǒng)的安裝方法中，若有條件，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制場可考慮布置在起吊場附近，通過平車一次運輸即可到達橋位起吊位置；受場地條件限制時，若鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制場布置離起吊場較遠，可以考慮通過平車將預(yù)制節(jié)段多次轉(zhuǎn)運到達橋位起吊位置。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)運輸，以及鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制節(jié)段在陸地上進行起吊安裝。本文以某鋼管混凝土系桿拱橋為工程背景，展開對拱肋和格子梁鋼結(jié)構(gòu)水上運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)制場運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)從碼頭吊裝至運輸船，再利用運輸船運輸至橋位處進行水上起吊安裝，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

某橋為下承式鋼管混凝土系桿拱橋，拱軸線采用懸鏈線，拱肋計算跨徑為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自密實補償收縮混凝土。主弦管之間通過平聯(lián)管橫向連接，吊點平聯(lián)采用610 mm×16 mm鋼管，非吊點平聯(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)計成28個拱肋節(jié)段和27個格子梁節(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)制場加工及防腐，完成后利用龍門吊配合炮車轉(zhuǎn)運鋼結(jié)構(gòu)至南寧港內(nèi)，接著利用汽車吊配合炮車運輸鋼結(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輸船艙上并固定，沿水路運輸至橋址位置進行纜索系統(tǒng)水中起吊安裝。

3鋼結(jié)構(gòu)運輸技術(shù)

3.1鋼結(jié)構(gòu)場內(nèi)轉(zhuǎn)運至碼頭

鋼構(gòu)件場地內(nèi)運輸采用1臺80 t龍門吊及1臺60 t龍門吊，雙機協(xié)同抬吊沿龍門吊軌道將鋼構(gòu)件轉(zhuǎn)運至預(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)水路運輸

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

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

結(jié)合拱肋、格子梁及船艙尺寸，每次分別可運輸2段拱肋和1段格子梁。拱肋立式運輸，采用“支墊限位裝置”固定防止側(cè)翻。由于格子梁標準段寬度為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輸。

4鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

4.1纜索系統(tǒng)設(shè)計

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)計吊重為2×40 t。其工作可根據(jù)吊裝對象不同靈活組合調(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，并移動到塔架上游或下游可完成拱肋吊裝；移動到塔架中間可完成橫聯(lián)吊裝；一分為二并各自移動到塔架兩側(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個拱肋吊裝節(jié)段、共9道永久“K”撐和“米”字形橫撐，同時為增強首節(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“一”字形橫撐。拱頂設(shè)置短接合龍。現(xiàn)場拱肋安裝時要求按節(jié)段1～節(jié)段7的順序，兩岸上下游對稱安裝。每完成上下游對稱節(jié)段后，及時安裝永久或臨時橫撐，確保拱肋懸臂段穩(wěn)定。拱肋安裝順序如圖2所示。

在運輸船到達起吊拱肋下方時停止，船頭拋錨固定，依靠船尾螺旋槳提供動力，將船體打橫。通過船頭鐵錨卷揚機、船尾螺旋槳動力調(diào)整運輸船縱向位置，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)進行拱肋節(jié)段吊裝，依次為：水中雙吊點垂直起吊運輸→縱移至已安裝節(jié)段接頭位置→高強螺栓初步固定→安裝拱肋扣索和拱肋側(cè)纜風(fēng)→分級張拉扣索及松張側(cè)纜風(fēng)→根據(jù)監(jiān)控量測調(diào)整拱肋線形→精確調(diào)整后解除拱肋吊點→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)段安裝時采用折疊式高空作業(yè)平臺輔助施工，作業(yè)平臺在鋼結(jié)構(gòu)存放場內(nèi)安裝，與拱肋一同運輸至橋位處。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)平臺打開，形成作業(yè)平臺。展開順序為：上下步梯及前護欄→焊接平臺→斜桿及側(cè)護欄。

4.3格子梁纜索吊裝

全橋格子梁劃分為2個端頭段、24個標準段和1個合龍段，安裝順序為從兩岸拱腳往跨中對稱安裝。格子梁安裝順序如圖3所示。

安裝格子梁端頭段時，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個吊耳，采用纜索系統(tǒng)從水中運輸船上垂直起吊并穿出拱肋上方，再縱向移動落位至交界墩預(yù)安裝位置。

安裝格子梁標準段及合龍段時，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個接長吊具［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)主吊點與吊具連接，從水中運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)點板與高強螺栓連接，上下翼緣板采用焊接。

5監(jiān)控量測

5.1測點布置

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

5.2結(jié)果分析

全橋格子梁合龍后，對拱肋和格子梁線形通測，并與理論值進行對比分析。鑒于篇幅有限，以下數(shù)據(jù)僅取下游進行分析（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為工程背景，詳細介紹了大橋鋼結(jié)構(gòu)水上運輸與安裝技術(shù)，包括鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)段劃分、水陸轉(zhuǎn)運、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段永久橫撐的運輸和吊裝，用時15 d完成了27段格子梁的運輸和吊裝。全橋線形精度控制良好，順利實現(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：

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

［2］嚴勝杰.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.

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

收稿日期：2024-05-06