曹妃甸原油码头工程钢管系杆拱桥施工工艺

吴致宏 杨合林

(中交一航局第一工程有限公司，天津 300456)

钢管混凝土结构是将混凝土填充到钢管内形成的一种组合结构，兼有钢结构和混凝土结构的特点，有效的发挥混凝土和钢材的力学特性，并利用钢管的环箍作用大大提高结构的抗压能力和抗变形能力。钢管混凝土系杆拱桥造形美观、结构严谨、受力科学、经济合理，近年来在公路、城市及码头栈梁建设中被广泛采用。但由于其技术含量高、工艺严格、工序繁多、施工难度大，因此认真总结此类桥梁的施工和管理经验对今后的设计、施工、管理有实际指导意义。

1 工程概况

工程位于曹妃甸港区，是曹妃甸原油码头工程码头主体与陆域部分的连接引桥，该引桥为钢管混凝土拱桥，引桥上部结构采用6跨连续布置的下承式钢管混凝土系杆拱桥。引桥单跨全长122 m，桥面全宽9.95 m，6跨总长767.3 m，单跨引桥重560 t，6跨共计3 360 t，是目前国内同类海岸桥梁中最大最长的桥梁结构。根据现行国家桥梁分类标准，属大桥，单跨拱桥结构图见图1。

图1 单跨拱桥结构图

2 工程特点

由于该工程工期短，质量要求高，施工难度大。为按时完成施工任务，我们采用在工厂分段预制构件后运至曹妃甸码头整体组装，再进行海上吊运安装，是海上远距离吊运“庞然大物”。具体施工要点如下:1)采用软件AutoCAD与TeklaStructures相结合进行建模，按1∶1进行空间放样，保证了钢管拱肋轴线坐标的准确性及拱肋线型美观。2)打破传统的以折代曲的施工工艺，采用火工煨弯的新工艺加工出平缓圆滑的钢拱肋，既保证质量、降低成本，又使拱肋线型更加美观。3)系杆、横梁等主要受力箱形梁杆构件突破传统的船形位置焊接，采用两条主角焊缝按同一规范用细丝斜角埋弧焊接，既保证了焊缝的内在质量，焊缝成型美观，又降低了施工成本，提高工效。4)采用钢拱肋以桥面系为工作平台进行整体拼装，然后整体吊装的施工方案，既缩短了工期、节约了施工场地，又满足了设计要求，同时又大大减少高空作业带来的安全隐患。5)为了确保结构的安装精度，我们采用电脑排版、编程，号料，运用平面数控切割机、数控管子相贯线切割机等先进的数控设备切割下料，确保结构的安装精度，提高工效。6)为了确保工期，我们采用三跨拱桥同时施工的方法，拱桥完成后需整体进行滑移至码头前沿起重船吊距范围内。

3 施工工艺及方法的实现

3.1 拱肋单元的制作工艺

3.1.1 拱肋单元预制

准确电脑放样，将单片拱肋合理分为13个单元段，同时考虑满足设计、钢板尺寸、加工制作、运输等要求;对每个单元段的弦杆，必须标出理论拱度值，以便后面火工煨弯对线型的控制。

3.1.2 拱肋火工煨弯的控制

拱肋上、下弦杆的分段火工煨弯的成败决定整个桥梁的美观乃至整个桥梁的成功与否，因此科学而准确控制每一个弯管的拱度是非常关键的，严格控制并执行火工煨弯的工艺，特别要注意加火的温度及加火区域，加火要经常参照每一段弯管的分段图所计算出的拱度值并及时纠正，拱肋起拱加工示意图见图2。

图2 拱肋起拱加工示意图

3.1.3 拱肋卧式预拼接的尺寸控制及实现

拱肋预拼平台放样:预拼接之前首先要铺设平台，拱肋在型钢平台上组装侧向示意图见图3。根据设计图纸给出的放样预拱度标高进行1∶1放样，并以吊索所在的坐标值为主要控制点。

图3 拱肋在型钢平台上组装侧向示意图

拱肋必须进行预拼装，其作用体现在:利用工厂制造的便利条件，将整片拱肋进行预拼装，并切割好坡口，然后对单元段进行一一编码后解体，即在运输到现场之前把拱肋尺寸误差偏大的问题及时解决，避免了现场拱肋单元段拼接的反复修复，大大提高了现场整桥的拼装的质量和效率。

3.2 引桥桥面系构件的制作

桥面系结构主要由系杆、横梁、纵梁、联结系、节点板组成，其中系杆、横梁为焊接箱形梁截面形式，纵梁、联结系为焊接H型钢截面。根据订购钢板的规格及桥梁构件尺寸，将各构件合理分成多段进行施工。焊接采用CO2气体保护焊或埋弧自动焊，两条主角焊缝采用斜角焊同时焊接，将腹板与顶、底板的4条主焊缝焊接成型，由于箱形梁制作时容易产生变形，因此特别注意焊接顺序和工艺的控制。

3.3 整桥现场制作安装

3.3.1 整桥桥面系结构组对安装

由于同时满足3跨桥的整桥安装，现场安装前需要做非常充足的准备，施工准备主要指场地的布置，包括混凝土滑道制作、混凝土支墩的布置、系杆支架的制作安装。每根系杆的组装均按从一端向另一端的顺序进行，组装过程中，依次利用经纬仪调整、找正各段系杆的中心线，并同时按图纸要求调整好对口间隙，对坡口进行点焊。组装至另一端端部系杆时，采用钢卷尺测量两端支座中心线间的距离，调整好对口间隙，即可焊接系杆接口，在此特别应注意靠陆域的2跨桥的中部系杆在组对点焊后要撤除，预留主吊吊车起吊拱肋时的通道。系杆组对完成后，在组装好的系杆顶面上划出各端横梁、端部联系梁和中横梁的组装轴线，然后依次从桥面系的中间开始向两端组装端横梁、端部联系梁和中横梁，并点焊牢固;横梁组对完成后，组装桥面系的纵梁和X联结系。

3.3.2 拱肋的吊装

当6片拱肋组焊完成后开始进行拱肋的整体吊装。其中单片拱肋整体长130 m，净重为71.2 t，利用1台300 t汽车吊在拱肋中间实施主吊，两端各设置2台50 t汽车吊或履带吊配合溜送。吊装时，主吊和辅吊3台吊车同时缓慢起吊，3台吊车应统一指挥，协调一致，吊绳与垂直线的夹角应控制在2°范围内，主吊吊车继续起吊，辅吊吊车配合溜送，直至将拱肋垂直竖立起来。

3.3.3 拱肋横撑、K撑的组装

每片拱肋起吊后，即沿拱肋全长搭设拱肋横撑、K撑及吊索安装的整体脚手架，接着开始安装中部的横撑，然后向两侧依次安装K撑和横撑。K撑应先安装横向支撑，然后再安装斜向支撑。

3.4 拱桥整体平移工艺

1)引桥的组装是在陆地组装场地进行的，在引桥组装成整体后，需将引桥整体从组装场地移至海吊待吊位置，然后利用1 000 t起重船吊将引桥整体吊装，运至原油码头桥墩上安装就位。

2)跨引桥同时施工，由于3跨拱桥为平行于码头前沿布置，且桥跨中均不在起重船吊距范围内，故需对3跨桥进行整体平移。施工方案采用液压装置顶推法进行整体平移。

3)引桥整体拖拉系统设计。引桥整体平移前，利用顶升装置将引桥整体抬高，在引桥下部的混凝土滑道基础上安装滑道，设置滑动支承靴，然后利用顶升装置将引桥整体落下于滑动支承靴上，利用液压顶推装置，将引桥整体滑移至海吊待吊位置。引桥整体拖拉系统由滑道基础、滑道、滑动支承靴、拖拉卷扬装置、引桥顶升装置等分系统组成。

4)滑道的设计。滑道共2组，每组均由下部的垫道钢板和上部的滑道槽钢组成。垫道钢板和滑道槽钢沿滑道条形基础布置，滑道中心线同条形基础中心线，长度同条形基础的长度。垫道钢板厚度为30 mm，宽度为1 250 mm，滑道槽钢40制作。垫道钢板与条形基础上预埋钢板间焊接牢固，滑道槽钢两侧与垫道钢板间每隔1 m焊接200 mm。

5)滑动支承靴的设计。滑动支承靴采用槽钢、钢板组合，长度为10.750 m。为避免滑动支承靴在运动过程中与滑道卡死，将滑靴前后两端进行煨弯处理。滑靴煨弯处理后，在滑靴底表面敷贴聚四氟乙烯板，并用螺栓将聚四氟乙烯板与滑靴连接牢固。

6)引桥顶升装置。引桥顶升装置主要由电动液压千斤顶和上、下垫板组成。在引桥每个系杆轴线下的支座中心线内侧1 125 mm处各设置1台电动液压千斤顶，每跨桥共4只千斤顶。电动液压千斤顶规格:最大载荷200 t。引桥顶升和降落过程，应协调一致，通过调整各千斤顶的油压使各千斤顶受力基本均衡一致。

7)引桥整体平移拖拉施工。滑道整体条形基础在引桥组装前随引桥组装支架基础同时施工。引桥组装完成后，采用4台200 t电动液压千斤顶将引桥整体提升起来，使引桥系杆柱脚处底面与条形基础之间的垂直距离由原来的450 mm提升到600 mm左右。在条形基础上安装滑道垫道钢板，并将垫道钢板与基础上的预埋板焊接牢固，然后安装滑道，将滑道槽钢与垫道钢板焊接牢固。将滑动支承靴由滑道一端滑入滑道内，调整好位置将引桥整体落于2套滑动支承靴上。同时启动2套液压顶推装置，慢慢将引桥整体平移至海吊待吊位置。

3.5 引桥整体吊装就位

引桥整体平移完成以后，就可以进行整桥吊装就位了，整体吊装是本工程最后一个难点。整体吊装是指陆地制作好的单跨引桥，用1 000 t起吊后，吊着桥梁在海上行走，直到在桥墩上安装就位的方案。吊装时，桥与海吊船主钩头通过由一预先制作好的吊装框架连接传力，而吊装框架重约90 t，加上单跨引桥重量510 t，实际吊物重量为600 t，加上重力不确定因素系数1.05倍，再乘以海上1.45倍的动力荷载系数，海吊船总共计算吊装重量为610×1.05×1.145=914 t。

4 结语

曹妃甸原油码头及配套设施工程中的引桥上部结构施工，多处采用了新的施工工艺，特别是计算机CAD应用、拱肋弦杆的火工煨弯、拱肋单元工厂整体预拼装，现场拱肋整体吊装，整体制作安装，整体吊装就位等施工工艺，大大减小了海上施工作业量，其多处“化整为零、化零为整”的思想大大缩短了工期，6跨引桥在短短7个月内完成已证明一切，而这些都是在保证工程质量的情况下完成的。通过曹妃甸油码头引桥的顺利完工，期间新工艺、新方法、新技术的运用，取得了很好的经济效益，此施工工艺必将在同类海岸桥梁结构中得到更多的应用，这些非常宝贵的经验势必会给以后同类工程起到很好的借鉴作用。

［1］ GB 50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范［S］.

［2］ GB 50017-2011，钢结构设计规范［S］.

［3］ TB 10212-2009，铁路钢桥制造规范［S］.