大跨度钢管系杆拱桥骨架拼装成形整体吊装施工技术研究

王庆雨

摘要：2011年国务院通过“国发号[ 2011 ]2号文”发布的《国务院关于加快长江等内河水运发展的意见》，意见提出要利用10年左右的时间，建成畅通、高效、平安、绿色的现代化内河水运体系，大力推进高等级航道网建设，实施航道升级整治工程。航道等级升级后，通航净空加大，众多既有跨河桥梁需拆除改建。本文通过京杭运河镇江段辛丰公路南桥的施工，研究如何降低新建桥梁施工对既有航道的运营干扰，解决了钢管混凝土系杆拱桥在运河上施工必须搭设跨河支架、封航、设置防撞措施、工期长等难题，为同类桥梁施工提供实用、经济、可靠的施工技术参考。

关键词：大跨度钢管系杆拱；整体吊装；技术难点；解决方；关键技术研究

一、工程概况

辛丰公路南桥桥跨采用1×16+104.4+1×16布置形式，主桥上部采用104.4m下承式钢管混凝土系杆拱，为刚性系杆拱性吊杆，计算跨径L=102m， 拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1/5，矢高为20.4m。拱肋采用哑铃型钢管混凝土，每个钢管外径100cm，拱肋高为240cm，钢管及腹板壁厚1.4cm，内充C40微膨胀混凝土。系杆采用箱型断面，系梁高为210cm，宽为120cm，壁厚30cm，吊杆间距5.0m，每片拱肋设吊杆19根，吊索为PES（FD）7-61成品拉索；设置5道一字型风撑，2道K型风撑，一字型风撑钢管外径100cm，壁厚1.4cm，K型风撑钢管外径70cm，壁厚1.4cm。主桥钢管拱肋、劲性骨架采用岸地支架法施工，待拱肋、劲性骨架、风撑、临时中横梁等部位拼装成整体钢骨架后，使用浮吊整体吊装就位。

二、技术难点

苏南运河镇江段辛丰公路南桥主拱钢结构拼装成形整体吊装施工存在技术难点如下：

1.拱肋大型钢管构件定位、对接。根据施工方案，主桥钢结构在岸地预拼，单根拱肋在厂内分为三段加工，在组装及吊装过程中稍有变形或定位不准将导致对接不上，因此给岸上组拼、测量、吊装提出了很高的精度要求。

2.大跨度钢管系杆拱桥钢骨架岸地组拼成形吊装对组拼支架的设计有要求，减少支墩则拱肋分段加长，提高了吊装能力、拼装精度要求，增加支墩则增加施工成本，增大了拼装时的焊缝数量，对拱肋整体性有影响。因此拱肋岸地支架设计是重难点，需要精确计算确定支墩数量及结构形式。

3.大跨度钢管系杆拱桥钢骨架整体吊装就位。主桥钢骨架全长104米，重约480吨，吊装高度约10m，采用水上吊装，浮吊的额定起重能力、臂长、倾角等要满足要求，钢丝绳的捆绑应牢固准确、钢丝绳的安全系数需经过计算验证；另尚需检算主桥钢骨架在吊装过程中的应力与变形，确保变形在可恢复的弹性范围内，并小于规定的容许变形。需根据结构重力分布检算确定吊点位置。

4.系梁模板及钢筋在河上安装难度极大，工作面无法展开。

三、解决方案

针对苏南运河辛丰公路南桥主拱钢结构拼装成形整体吊装施工存在技术难点结合现场實际情况，制定解决方案如下：

1.岸上组拼和岸地支架拼装应严格控制三维坐标，纠正偏差，吊装过程中通过计算选择合理吊点减小变形，以保证顺利对接。

2.厂内加工时每根拱肋分为三段（两边节41.3m，中间节26.1m），在支墩设计时以方便吊装、减低成本为原则进行考虑，单根拱肋设2个支墩，共设支墩4个。钢结构整体吊装时分阶段拆除，可再利用。

3.大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装前准确计算选用起吊设备，采用有限元软件精确计算吊装过程中应力变形，确保变形在可恢复的弹性范围内，并小于规定的容许变形。

4.主拱钢骨架在岸地拼装阶段就将底模、内模、系梁箍筋、人行道及防护栏杆等设施安装到位，避免了吊装后在水上高空中安装上述设施，提高了工作效率，确保了施工生产安全。

四、关键技术研究

1.大跨度钢管系杆拱桥钢骨架岸地拼装组合

大跨度钢管系杆拱桥钢管拱肋采用现场立式拼装，拱肋在厂内预制完成后运至拼装现场，单根拱肋分为三节段，拼装顺序为先两边后中间阶段，完成拼装。根据设计图纸计算得拱肋每米自重约900kg，结合现场实际情况和现有起吊设备资源，选用两台130t汽车吊作为拱肋岸地拼装吊装设备。拱肋在加工厂家内加工预拼完毕后，由水路运输至施工现场。

第一步，安装第一节段41.3m长拱肋，2台130吨汽车吊将构件从运输拖船上直接起吊，就位于岸地预拼好的支架上，并与劲性骨架拱脚连接处焊接牢固。如图1第一步所示。

第二步，安装第二节41.3米长拱肋，安装方法与首节一致。如图1第二步所示。

第三步，安装第三节26.09米长中段拱肋，控制好拱肋焊接变形，整条拱肋定位需通过测量控制网控制，在每次安装时进行精测定位。如图1第三步所示。

第四步，安装吊杆、吊索、风撑等其他设施。如图1第四步所示。

2.大跨度钢管系杆拱桥钢骨架整体吊装

2.1 吊点选择

根据300t、500t浮吊双钩的特点，每台浮吊四吊点起吊，为了保证大跨度钢管系杆拱桥钢骨架整体吊装应力及变形最小，根据《路桥施工计算手册》，拱肋及劲性骨架整体吊装吊点选择在0.22l处，即0.22l=0.22×104.4=23m。用MIDAS CIVIL有限元软件进行空间模拟，确定四吊点的位置为应力及变形最小，吊点布置如图2所示：

经计算钢骨架整体吊装总重为477.62吨，根据拼装场地及浮吊型号、浮吊吊装能力等实际情况，采用500t、300t两台浮吊抬吊，参数详见表1、2。根据现场地形及吊点位置，在吊装时选择主爬杆50m，角度为65°，根据相关规范要求，2艘以上起重机双抬吊重物时，必须按额定吊装载荷的80%计算，则2艘浮吊总吊装能力为：（350+250）=600t×80%=480t>477.62t，故安全。

2.2 变形计算

大跨度钢管系杆拱桥钢骨架整体吊装时，拱肋需承担自重、劲性骨架、吊杆、钢筋、底模系统的荷载，因此需对拱肋进行整体强度、刚度进行计算，以确保吊装安全，拱肋建模时未考虑拱肋内环向加劲，以上荷载按线形荷载施加给拱肋，计算结果如下：

经过计算并结合实际情况，最大应力[σmax=170.9MPa≤σ=295MPa]，满足要求。

大跨度钢管系杆拱桥钢骨架整体吊装时最大变形：[fmax=126mm≤f=261mm]，满足要求。

3.吊装施工技术

大跨度钢管系杆拱桥钢骨架整体吊装过程封航3.5小时，吊装过程具体的操作步骤如下：

步骤一：浮吊就位，试吊钢骨架确定安全后，进行起吊。

步骤二：浮吊将钢骨架吊起后，向后倒行约20米后，开始向桥位方向转体。

步骤三：完成转体后，浮吊向桥位平稳行进，两浮吊行动一致，将钢骨架平移至距桥位约5米处。

步骤四：浮吊提高吊钩高度，将钢骨架提升至略高于主墩盖梁后，靠近桥位，将钢骨架吊装至桥位正上方后缓慢下落，在下落过程中由技术人员进行精确对位，确保钢骨架安装精度。对位完成后，浮吊将钢骨架安装就位，解除吊装钢丝绳，吊装作业完成。

4.注意事项

（1）大跨度钢管系杆拱桥钢骨架拼装成形整体吊装吊点应采用软件空间准确模拟计算，确保起吊后角度和变形控制在要求的范围内。

（2）大跨度钢管系杆拱桥钢骨架整体吊装就位后，立即将支座上钢板锚固螺栓安装就位，避免由于吊装过程弹性变形回复所导致的水平位移，钢骨架下放至支座上时，应将支座限制位移的约束全部解除，避免应力破坏。

（3）钢骨架吊装就位时应充分考虑整体因起吊产生的弹性变形，对线入位时提前计入弹性变形位移量，确保就位准确。

五、结束语

大跨度钢管系杆拱桥钢骨架岸地拼装成形整体吊装施工技术不仅有效的解决了封航时间长，水中架设支架等难题，而且减少了封航次数近80%，由于岸地施工，同比开展的工作面大，大大缩短了拱桥安装施工工期近50%。

参考文献：

[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTG T F50-2011）

[2]《钢管混凝土拱桥》（陈宝春著，人民交通出版社，2007年1月出版）

[3]《路桥施工计算手册》（周水兴等著，人民交通出版社，2001年10月）

[4]《公路施工手冊-桥涵》（交通部第一公路工程总公司，人民交通出版社，2000年3月）