大跨度拱橋鋼拱肋吊裝施工技術(shù)

余浩淼（上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司， 上海 200072）

1 工程概況

春申塘橋位于上海市閔行區(qū)景東路銀都路北側(cè)，跨越關(guān)港路及春申塘水閘，是春申塘河道新建的一座下承式系桿拱跨線橋梁。橋梁起點(diǎn)樁號 K1+921，終點(diǎn)樁號K2+047，跨徑組合為：6×25.20+20.20+22.40+108.00+24.95+3×22.75=395(m)。設(shè)計(jì)荷載等級：城一 A 級。人群荷載取值：主橋q=2.40 kPa,引橋q=3.85 kPa。主橋由鋼管混凝土拱肋、預(yù)應(yīng)力混凝土系梁、預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁、柔性吊桿以及整體化橋面系組成。主橋的計(jì)算跨徑為 108 m 的下承式簡支系桿拱。

2 鋼拱肋吊裝方案

2.1 吊裝前準(zhǔn)備工作

（1）軸線的交接及復(fù)測。首先將水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)到建筑周邊或者建筑物內(nèi)部不容易被人為破壞的地方；然后根據(jù)業(yè)主提供的復(fù)核過的水準(zhǔn)點(diǎn)，用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線的閉合測量，注意測量時(shí)需要保證視線內(nèi)不能被阻擋且不能有障礙物。復(fù)測完成后，測放軸線位置與標(biāo)高及定位軸線和定位標(biāo)高，確保其準(zhǔn)確。

（2）鋼構(gòu)件驗(yàn)收。鋼結(jié)構(gòu)在制作加工之前必須認(rèn)真對加工廠進(jìn)行技術(shù)交底工作，確保構(gòu)件可以通過質(zhì)量驗(yàn)收?，F(xiàn)場構(gòu)件驗(yàn)收主要是構(gòu)件規(guī)格和數(shù)量、構(gòu)件焊接的質(zhì)量、油漆外觀的質(zhì)量、構(gòu)件有無缺陷的相關(guān)檢查以及出廠合格證的檢查和驗(yàn)收。檢查驗(yàn)收中如果有一些構(gòu)件缺陷超出了規(guī)范的允許偏差范圍，務(wù)必請加工廠的相關(guān)人員在現(xiàn)場進(jìn)行修整，滿足規(guī)范要求后才可以進(jìn)行后續(xù)的施工吊裝作業(yè)；如果缺陷太大，則需要立即返廠修復(fù)，修復(fù)完成后再進(jìn)行驗(yàn)收工作。

（3）鋼拱肋在加工完成后才可以運(yùn)送到現(xiàn)場，并且由汽車吊拼裝成一個(gè)整體，同時(shí)增壓孔和排氣管道必須在工廠焊接完成，不允許現(xiàn)場焊接。

2.2 吊裝方案設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）鋼拱肋采用啞鈴形斷面的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，上下鋼管直徑 1.2 m,鋼管壁厚 16 mm，拱肋鋼管及腹板內(nèi)空間均灌注 C50 自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。拱肋矢高 21.6 m，矢跨比f/L=1/5，拱軸線為二次拋物線。主橋共設(shè)兩片拱肋，拱肋之間設(shè)置 5 道一型風(fēng)撐及兩道 K 型風(fēng)撐。

（2）拱橋拱肋鋼材采用 Q390D，風(fēng)撐鋼材采用Q355D，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合 GB/T 1591—2018《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》。其他附屬結(jié)構(gòu)采用 Q235C，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合GB/T 700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》。

（3）鋼絲繩。按照施工總體方案，鋼拱肋最大重量為 35.0 t，另考慮 0.5 t 附加操作平臺重量，合計(jì)重量為 35.5 t。吊裝鋼絲繩實(shí)際需要的拉力：F=0.5(G＋吊鉤)/sin60°=0.5×(355+25)/sin60=164.5(kN)。選用6×37+FC(1 870)鋼絲繩，直徑 40 mm。該規(guī)格鋼絲繩的最小破斷拉力查表得P=987 kN，安全系數(shù)K=6，由公式得：T=P/K=987/6=164.5 kN。由上式可以得出6×37+FC(1 870)鋼絲繩。直徑 40 mm 的鋼絲繩的強(qiáng)度符合實(shí)際需要的強(qiáng)度要求，擬取定鋼絲繩長度為 9 m，共 2 根。

（4）卸扣。根據(jù)鋼絲繩每根最大受力F=60.6 kN,考慮1.4 倍的動力系數(shù)，164.5×1.4= 230.3(kN)。選用 25 t 卸扣。

2.3 總體吊裝思路

鋼拱肋吊裝在主橋支撐架搭設(shè)及橋面施工完畢之后，現(xiàn)場安排 1 輛 100 t 汽車吊位于主橋邊原有地面上安裝臨時(shí)支撐胎架,同時(shí) 200 t 汽車吊于地面拼裝鋼拱肋吊裝單元，按照拱長的 1/3 為一分段，200 t 汽車吊按照先兩側(cè)、后中央的基本順序吊裝鋼拱肋分段及風(fēng)撐。待鋼拱肋全部安裝完成，并經(jīng)電焊探傷、管內(nèi)灌注混凝土經(jīng)驗(yàn)收滿足設(shè)計(jì)要求后，由100 t 汽車吊拆除臨時(shí)支撐。

2.4 鋼拱肋分段劃分原則

鋼拱肋必須滿足現(xiàn)場道路交通要求，縱向分段線距跨中和支座中心＞5.0 m，同時(shí)避免出現(xiàn)十字焊縫、環(huán)縫，節(jié)段接頭避開吊桿、橫撐等部位。縱向分段以底板為標(biāo)準(zhǔn)，便于臨時(shí)支架安裝定位。分段點(diǎn)盡可能設(shè)置在鋼管節(jié)段以折代曲焊縫拼接位置，減少鋼管對接。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加工時(shí)盡可能整體制作，減少分段分塊，減少現(xiàn)場工作量，減少運(yùn)輸過程中產(chǎn)生變形可能，以保證相關(guān)質(zhì)量。

2.5 臨時(shí)支撐胎架

（1）臨時(shí)支撐的結(jié)構(gòu)樣式。需要考慮到鋼拱肋每一段的重量以及現(xiàn)場土體的密實(shí)情況。臨時(shí)支墩采用 4 根Φ609 mm δ 16 mm 鋼支撐＋立柱調(diào)節(jié)段結(jié)構(gòu)形式，底部采用預(yù)埋件與系梁固定。臨時(shí)支墩主結(jié)構(gòu)均采用Φ609 mm 鋼支撐。鋼支撐上增設(shè)鋼管托件作為支撐頂標(biāo)高調(diào)節(jié)段。

（2）臨時(shí)支墩基礎(chǔ)形式。臨時(shí)支墩底部設(shè)置在系梁頂部，塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)立柱與系梁采用預(yù)埋件固定。每個(gè)立柱下預(yù)埋 4 個(gè) 16 mm×200 mm×200 mm 的預(yù)埋件，鋼支撐與預(yù)埋件焊接。

（3）臨時(shí)支墩體系的安裝。臨時(shí)支墩安裝前，需要對現(xiàn)場進(jìn)行勘測并且完成工程放線工作，確定現(xiàn)場的場地滿足要求。然后需要綜合考慮春申塘橋梁的中心點(diǎn)位、臨時(shí)支撐體系的中心軸線和整個(gè)鋼拱肋的分段吊重情況，用全站儀測量出臨時(shí)支撐體系的標(biāo)高以及橫向坐標(biāo)、縱向坐標(biāo)。在安裝工作開展的時(shí)候，需要在系梁橋面整體拼裝制作，采用整體吊裝就位的方法安裝，增強(qiáng)臨時(shí)支墩的整體穩(wěn)定性。需要注意的是，安裝支墩體系后需要在混凝土支墩上安置沉降觀測復(fù)合點(diǎn)，每天安排專人進(jìn)行沉降量的觀測。整體支墩體系的沉降觀測是很重要的環(huán)節(jié)，這是為確保臨時(shí)支墩體系的穩(wěn)定和安全。

2.6 鋼拱分段吊裝

（1）鋼拱肋分段。鋼拱肋分為 6 個(gè)分段，每個(gè)分段分為 3 個(gè)單元，中間鋼拱肋的分段重量是 27 t，兩側(cè)的鋼拱肋分段重量為 35 t。

（2）鋼拱肋在運(yùn)輸時(shí)根據(jù)其分段長度選取車輛運(yùn)輸。在平板車?yán)锩骖A(yù)先要把臨時(shí)胎架設(shè)置好，胎架支撐點(diǎn)必須將鋼拱肋的曲線點(diǎn)卡死，不能有松動，防止在運(yùn)送時(shí)產(chǎn)生晃動變形。現(xiàn)場的胎架采用工字鋼進(jìn)行提前搭設(shè)，每個(gè)鋼拱肋下面放置 2～3 個(gè)胎架?，F(xiàn)場采用 100 t 履帶吊進(jìn)行鋼拱肋的吊裝工作?？紤]到現(xiàn)場的地質(zhì)條件，春申塘橋的單根鋼拱肋采取臥式焊接，并在 3 個(gè)單元的鋼拱肋焊接完成后再進(jìn)行吊裝作業(yè)。

（3）鋼拱肋吊點(diǎn)布置。每一個(gè)鋼拱肋按一剛體簡化，根據(jù)計(jì)算得到的構(gòu)件重心位置，在鋼拱肋上設(shè)置 2 個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)布置依據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》[1]曲梁兩吊點(diǎn)計(jì)算，在離端部約 0.22L(L為弦長)，采用吊耳吊裝。詳細(xì)吊點(diǎn)及吊耳板根據(jù)軟件自動計(jì)算獲得，并需征得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員復(fù)核計(jì)算認(rèn)可。

2.7 鋼拱肋合龍

（1）溫度監(jiān)測。根據(jù)本工程鋼拱肋合龍時(shí)機(jī)的選擇（傍晚 6:00—7:00），在結(jié)構(gòu)合龍施工時(shí)，需要提前觀測天氣狀況，避免極端氣候?qū)こ藤|(zhì)量的影響。

（2）合龍段的施工。在進(jìn)行合龍段的施工作業(yè)前，應(yīng)該提前復(fù)核合龍段的尺寸大小，與此同時(shí)為了整體的焊接質(zhì)量，務(wù)必考慮到焊接時(shí)的溫度應(yīng)力以及焊接的收縮變形，以免間隙過大。合龍施工時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行焊接作業(yè)，以確保合龍段的安全、穩(wěn)定。

3 鋼拱肋吊裝施工質(zhì)量控制

3.1 施工計(jì)劃質(zhì)量控制

現(xiàn)場需要明確熟悉質(zhì)量目標(biāo)，確保整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量可控性。將質(zhì)量管理的職責(zé)由項(xiàng)目工程師落實(shí)到各個(gè)崗位上去，做到權(quán)責(zé)分明，同時(shí)要充分發(fā)揮整個(gè)項(xiàng)目部管理人員的主觀能動性，以保證整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量要求。

3.2 施工材料質(zhì)量控制

材料的質(zhì)量把控是整體項(xiàng)目施工的重中之重。材料的選用將直接影響到項(xiàng)目的安全，所以在材料采購之初，就必須嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，復(fù)試報(bào)告不合格的原材料，嚴(yán)禁進(jìn)入施工現(xiàn)場。同時(shí)項(xiàng)目上材料員、質(zhì)量員均需要提高對工程材料的質(zhì)量認(rèn)知工作，只有這樣才能確保材料合格、工程優(yōu)質(zhì)。

3.3 質(zhì)量保障措施

事前項(xiàng)目部需要組織全體人員進(jìn)行圖紙以及相關(guān)規(guī)范的熟悉工作，結(jié)合工程的特點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)剖析以及工藝的深入學(xué)習(xí)。事中嚴(yán)格控制每個(gè)工序的施工過程，并且做好關(guān)鍵問題的質(zhì)量處理工作，嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)。事后做好相關(guān)質(zhì)量工作的評定，并且有序保存好質(zhì)量資料。

4 結(jié) 語

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)模越來越大，建造過程中對大跨度鋼拱肋的吊裝技術(shù)要求不斷提高，鋼拱肋吊裝方案的不斷優(yōu)化成為工程順利進(jìn)行的重要條件。另外，技術(shù)不斷革新，工程設(shè)備改進(jìn)，使得橋梁建設(shè)中大型構(gòu)件的吊裝變得愈發(fā)簡易。此類大跨度構(gòu)件的整體吊裝不僅降低了成本，也縮短了工期，成為今后工程建設(shè)的發(fā)展趨勢。