钢拱肋水中浮吊大节段吊装施工技术研究

唐 辉

（广东省水利水电第三工程局有限公司 广东东莞 523710）

0 引言

随着城市现代化建设的加快，钢结构桥梁设计的越发成熟，特别是钢拱桥越来越多的出现在城市交通中，成为现代化城市的主要建筑物。针对钢拱桥拱肋跨河施工，本文通过对揭阳某特大桥拱肋吊装施工技术进行全面的研究，从支架的结构设计，支架间的距离，拱肋吊装节段的划分，拱肋节段的吊装顺序以及浮吊的选取进行全方位的分析，最终确定出拱肋吊装施工方案，保障了吊装期间的施工安全，高效的完成了吊装任务［1］。

1 工程概况

揭阳市区某特大桥项目中，主桥设计为中承式无推力系杆拱桥，全长386 m，跨径组合为（38+50+210+50+38）m，主桥纵断面位于半径R=3 500 m 的竖曲线上。主桥拱肋设计为双幅平行拱，间距34.1 m，拱轴线设计为悬链线，计算跨径210 m，矢高52.5 m，矢跨比1/4，拱轴系数1.25。桥面以上拱肋设计为钢箱拱肋，钢拱肋净跨径164.4 m，单幅拱肋设计为19 个节段，钢箱拱设计截面尺寸为2.8 m×3.8 m，两幅拱肋间设置5道箱型钢风撑，风撑截面尺寸为2.4 m×2.7 m。

2 支架结构设计选型

针对钢箱拱肋跨越榕江北河，整个支架的基础拟选用630 mm×10 mm 钢管，为保证基础的入土深度［2］，前期对基础位置进行勘探。同时由于榕江北河有大量船舶来往，因此在施工期间必须保证正常通航。结合通航要求和拱肋吊重以及浮吊的起吊高度及起吊重量，经过对比，支架在顺桥向方向拟采用3 组支架，支架与支架之间的净距为26.1 m，边上的支架距离承台净距为64.35 m（满足通航要求），除合拢段外将单幅拱肋分为4 个大节段［3］，其中最大吊重节段为368 t（D1 节段），位于拱脚与第一组支架之间，此时吊重最大，起吊高度最低。

由于钢管桩基础为630 mm×10 mm 钢管，若上部支架采用相同的钢管，通过Midas Civil 计算，整个支架受力富余量较大，因此在保证安全施工的前提下，上部支架主管采用与基础不同的钢管，为保证基础与上部支架的有效连接，在基础顶部增加一层转换平台，转换平台采用双拼工字钢设计，然后将上部支架置于转换平台上，整个转换平台除了解决不同管径的有效连接，同样解决了因管桩基础施工平面位置偏移造成的问题。在确定上部支架采用不同管径的情况下，为提高支架的整体稳定性和支架底部的刚度［4］，通过有限元软件分析，将上部支架设计为二阶柱，即底部支架采用两组四管格构，然后在通过转换层将上部支架设计为单组四管格构，格构与转换层通过焊接进行固定，格构与格构之间通过高强螺栓进行连接。最后在支架顶部设计操作平台，即拱肋支撑钢管［5］。支架设计立面如图1所示，支架横断面如图2所示。

图1 支架立面Fig.1 Elevation of the Bracket （mm）

图2 支架横断面Fig.2 Cross Section of Bracket （cm）

3 拱肋吊装节段设计

根据设计节段，将设计节段（S1+S2+S3+S4+S5+转轴）设计为D1节段，S6+S7+S8设计为第二节段，其他风撑各单独设计为一个节段。

同时为便于拱肋后续节段竖向标高调整和释放合拢段焊接时产生的残余应力，在拱肋D1节段拱脚位置增设转轴，转轴后续作为受力结构永久封在拱肋内部，不在取出。转轴主要由底座、1 000 mm×20 mm主管和800 mm×16 mm支管构成，转轴结构图如图3所示。

图3 转轴结构示意图Fig.3 Schematic Diagram of Rotating Shaft Structure

4 施工方法

4.1 施工工艺流程

钢管桩基础施工➝桩顶平台施工➝二阶柱安装➝柱顶转换层安装➝一阶柱安装➝支架顶部平台安装➝拱肋支撑管安装➝D1节段吊装➝D1节段的风撑吊装➝D2节段吊装➝D2节段的风撑吊装➝合拢段吊装。

4.2 钢管桩基础施工

由于整个管桩基础较长，为减少水上接桩的次数，首先在陆地上将两节12 m 钢管进行接长，接长后整个长度为24 m，然后通过浮箱与小艇运输至施工位置。钢管桩采用浮吊配合振动锤进行施工，施工时注意控制管桩的垂直度，若在施工位置管桩无法振打，可稍微移动振打位置，管桩一组振打完毕后，方可进行下一步接管［6］。

4.3 转换层及支架安装

钢管桩基础施工完毕后，然后测定其顶部标高，根据设计标高将多余管节段进行割除，注意保证管桩顶部标高误差不大于5 mm。管顶割除完毕后将已经加工成型的桩顶转换层运输至指定位置进行安装，通过水中浮吊对转换层进行整体安装，当吊装到位后先对其进行点焊固定，然后开始大面积进行焊接固定。转换层安装完成后开始安装二阶柱，同样用浮箱将已经加工好的二阶柱整体运至安装现场，采用浮吊整体进行安装，安装时需要注意控制垂直度，不得超过有关规定，位置调整好以后先点焊再大面积焊接固定。二阶柱顶部转换平台采用同桩顶转换层相同的安装方法［7］。

一阶柱由几个节段构成，各节段通过高强螺栓进行连接，各节段安装时需要严格控制支架垂直度，垂直度通过法兰盘连接位置进行调整。支架顶部平台和拱肋支撑钢管先在陆地上加工成整体，然后进行整体吊装与顶部支架焊接，减少高空焊接作业，支架安装如图4所示。

图4 支架安装Fig.4 Bracket Installation

4.4 拱肋D1节段吊装

首先进行D1 节段拱肋的吊装，拱肋采用在江门钢结构加工厂进行加工，然后通过运输船运至施工现场，由于拱肋节段较长，拱肋在运输船上的位置为顺水流向，达到施工现场进行安装时，首先需要将运输船横向停靠并紧靠支架。由于单靠运输船无法实现横向停靠，因此需要利用现场的小艇对船头和船尾推动，缓慢的将运输船进行横向摆放，然后慢慢向支架靠近，同时利用缆绳将运输船的船头和船尾锚固在支架上，通过自身锚绳向支架靠近，然后抛锚将运输船固定。运输船到达指定位置后，开始移动浮吊，浮吊通过自身交叉八字锚碇进行移动，打开锚碇卷扬机，通过卷扬机转动带着浮吊缓缓靠近指定位置。当浮吊起重钩到达拱肋正上方时立即停止。然后开始下放起重索，将起重索与拱肋上的吊点进行连接，割除拱肋与运输船的固定构件，然后缓缓收起起重索将其绷紧，在侧面观察起重索垂直度情况，待满足要求后方可继续收起起重索，将拱肋从运输船上起吊。当拱肋脱离运输船10 cm 后停止收起起重索，在此位置静止5 min 观察起重设备和起重索工作情况，待确定没问题后重新启动起重索缓慢上升，待拱肋最低点超出运输船最高点后再次停止起重索的起升。此时通过浮吊锚碇卷扬机转动缓缓将浮吊后移，为运输船驶出提供位置，同样在驶出过程中需要小艇进行配合，当驶出一定距离后松开运输船与支架间的缆绳。待运输船驶离后开动浮吊锚碇的卷扬机缓缓带动浮吊向支架靠近，并留有一定安全距离。为保证吊装的安全，先将拱肋角度初步调整至设计角度后缓慢起升，当超过支架顶部20 cm 以后再次向前移动浮吊。D1节段的安装首先定位拱脚转轴位置，将转轴逐步放置已经安装好的底座上，由一端逐步向另一端推进，同时在底座另一端设置限位板，精确保证转轴安装位置［8］。待转轴安装完成后才缓慢下放拱肋另一端至支撑位置。同时在另一端利用千斤顶精确调整竖向标高和横向偏位，调整完毕后将另一端与支撑钢管进行固定。通过相同的吊装方式完成其余D1 节段吊装。运输船停靠如图5所示。

图5 运输船停靠Fig.5 Transport Vessel Docking

4.5 风撑及后续拱肋节段吊装

D1 节段吊装完成后，为加强整个支架的整体性和稳定性，首先进行D1节段风撑吊装。风撑采用2台浮吊进行抬吊，浮吊抬吊风撑时注意需要保持2 台浮吊起升速度基本一致，否则容易造成浮吊受力不均［9］。风撑起升高度应先超过拱肋上风撑接头位置，然后由上至下慢慢下放，直至风撑顶板上的限位板卡至拱肋上接头，然后通过限位板将风撑临时固定，所有后续节段风撑均采用此方法抬吊，所剩余的拱肋节段吊装方法均与D1相同。

5 支架拆除

待拱肋和风撑焊接完毕并经检验焊缝合格后方可进行支架的拆除，首先拆除最中间的支架，然后分别拆除两边的支架。支架利用浮吊分节段拆除，拆除时应尽量避免支架的晃动，不可强行拆除。转换层与支架利用氧割割除，待上部支架全部拆除后开始利用浮吊与振动锤拔出钢管桩［10］。

6 结语

通过对揭阳某特大桥钢拱肋水中浮吊吊装施工工艺进行研究，解决了运输船横向停靠难度大，大型浮吊精准移位困难，拱肋安装精度难以调整，水中支架设计用钢量大，稳定性难以保证等难题，为后续浮吊吊装大节段拱肋提供了技术参考和施工指导，保证施工安全。