钢管混凝土系杆拱桥骨架整体吊装施工工法

钢管混凝土系杆拱桥骨架整体吊装施工工法

1.前言

辛丰公路南桥横跨京杭运河镇江段，主桥为跨径104.4m下承式钢管混凝土系杆拱桥。由于京杭运河水运繁忙，且超千吨级的船舶及拖挂船队众多，当地海事部门要求施工期间不得断航。为解决新建桥梁施工与航道运营的矛盾，中铁四局集团有限公司在施工中，通过对施工方案的研究和论证，科学组织技术攻关，并在施工过程中不断总结和改进，解决了通航河道上新建钢管混凝土系杆拱桥施工对航道运营干扰大的难题，取得了良好的经济效益和社会效益。

2．施工方法特点

2.1采用“岸上拼装钢管系杆拱骨架，使用两台浮吊整体吊装”的方法，把水上拼装作业转化为陆地作业，一次吊装就位，最大限度降低了对通航的影响，提高了工效，保障了施工安全；

2.2设计了岸地拼装支架系统，并对骨架整体吊装变形进行了计算，全过程对应力、应变、结构变形等信息进行监测，掌握各种工况下应力与变形情况，保证了工程质量。

2.3钢管混凝土系杆拱桥骨架岸地拼装成形，整体吊装就位，为其它工序工作面的开展创造条件，缩短了总体施工工期。

3．适用范围

本方法适用于通航河道的系杆拱桥、钢桁梁桥等类似桥梁施工。

4．工艺原理 首先，将工厂制作的拱肋节段单元运至现场，在组装支架上进行拼装作业，并在组装胎架上组拼系梁劲性骨架，同时安装吊杆套管，绑扎系梁部分钢筋，安装吊杆及吊索、临时中横梁和系梁吊模系统，完成骨架整体组装，并通过软件模拟合理设置骨架两吊点位置。

钢拱拼装完成后在海事部门批准的封航时间内，采用两台浮吊将主桥骨架整体吊装就位。完成吊装后，进行主桥后续工序施工。

5．施工操作要点

5.1操作要点

5.1.1施工准备

深入理解桥梁设计文件，如设计文件提供方案采用骨架整体吊装工艺，便按照设计步骤实施，加强过程监控；若设计文件中采取其他施工方法，则需要对骨架在吊装过程各工况进行强度、刚度及稳定性检算，确保施工安全和结构安全。

5.1.2岸地拼装场地布置

结合骨架结构尺寸、浮吊起重能力、距桥位距离、航道作业宽度等条件，选择合理区域规划骨架岸地拼装场地。场地内需设置拱肋拼装支架、系梁劲性骨架拼装胎架基础、进出场便道与临时排水设施。

1.系梁劲性骨架拼装胎架

因劲性骨架自重较小，劲性骨架胎架可采用竖向钢制牙板，下设混凝土条形基础，胎架需根据设计文件要求设置相应坡度及预拱度。

2.拱肋拼装支架

拱肋拼装支架基础结构需根据地基承载力及沉降要求计算确定，可采用混凝土扩大基础或管桩基础；基础顶面的立柱位置处预埋钢板，以便立柱安装。拱肋拼装支架采用格构式钢管立桩（如图5.2.2-2所示），支架结构需经过强度、刚度及稳定性检算。为缩短拼装支架施工周期，支架可采取预先拼装、整体吊装的工艺安装。

图5.2.2-2 拱肋拼装支架结构示意图

5.2.3骨架制作

整体吊装骨架包括：劲性骨架、拱肋、风撑和吊杆四个部分。

各部分预制构件在厂内加工成型，运至拼装现场。由于受到运输条件、吊装能力等因素的影响，需合理划分拱肋制作分段长度，以方便运输、吊装操作为宜。每榀拱肋划分为三个制作段,拱肋在厂内分节段制作完成后，经厂内预拼装验收，对焊缝进行超声波及X光无损检测，检测验收合格后，方可出厂。

劲性骨架及吊杆在工厂下料，现场组拼成形。骨架构件在厂内加工完毕后，选择合适的运输方式运至施工现场。

5.2.4骨架拼装

为消除骨架拼装施工对航道运营的影响，优先考虑采用汽车吊作为骨架岸地拼装的吊装设备。骨架拼装步骤如下：

步骤一：系梁劲性骨架在预先设置好的胎架上拼装成型，如图5.2.4-1所示。由于劲性骨架构件重量较轻，拼装时可采用人工操作，汽车吊辅助。劲性骨架分阶段拼装完成后，对接施焊，吊装就位于胎架上。拼装过程需对劲性骨架拼装的线形、高程进行控制。同时，可进行拱肋拼装支架安装施工，以进一步缩短施工周期。

图5.2.4-1 劲性骨架成型

步骤二：拱肋拼装按分节情况以先两端后中间节段的顺序，完成拼装，如图5.5.4-2所示。首先安装边节段拱肋构件，在支墩顶部需设置控制拱肋拼装位置的设施，在分配梁上焊接半月形钢码板固定拱肋。拱脚处可采取加固措施，进行拱肋节段固定。

图5.2.4-2 拱肋边节段拼装

步骤三：安装合拢段拱肋，如图5.2.4-3所示。需要注意合拢段因受到拼装误差、温度应力等方面因素影响，加工时需预留一定的拼装余量，能够在拼装时根据实际情况进行灵活调整。在合拢前，根据设计要求的合拢时间、温度，对合拢口进行测量。根据测量情况，对合拢段预留量进行切割。

图5.2.4-3 拱肋合拢段拼装 步骤四：安装吊杆、吊索、风撑、临时中横梁等其他设施，如图5.2.4-4所示。在岸地拼装时将系梁底模吊挂系统、内模、系梁钢筋及吊索等设施全部安装在主桥骨架上，避免了在水面安装的高难度施工，提高了施工效率，降低了安全风险。

图5.2.4-4整体吊装骨架拼装成型

第五步：分阶段拆除拼装支架，准备整体吊装，见图5.2.4-6。吊装需对整体骨架各个部位进行全面、细致的验收、检测，确保吊装过程安全。

图5.2.4-6 吊装前状态

5.2.5骨架整体吊装

1.测量施工

测量人员在地面上布设水平控制网，以便于设置测站，通过测量骨架特征断面的三维坐标进行精准定位。在垫石上提前放样好中心位置，骨架临时支座中心线做好标记，安装时保证垫石上的中心位置与骨架临时支座中心线横纵向对正。

2.吊装时水文及天气条件 在吊装时，选择河道内水位较高，水流速度较缓，风力小于4级的晴好天气进行作业。施工时，通过与航道上下游闸口联系，关闭了上下游闸口，使河水基本处于静止状态，天气晴好，风力2-3级。若无法控制水流速度，则可通过增加地锚及两浮吊之间增设刚性连接等方式提高浮吊作业时的协调稳定性。对于吊装时浮吊吃水深度不足的问题，可通过对作业范围内河道进行清淤疏浚的方式加以解决。

3.吊具准备

作业班组应就构件吊装所需设备做好充分准备，所有吊具应性能良好，对裂纹、断丝等缺陷仔细检查，一经发现坚决更换，确保吊具有足够的安全系数。选用相应规格钢丝绳，按其所处最不利情况检算钢丝绳的容许拉力，确保安全载重系数k大于6。检算时，需考虑钢丝绳的空间角度，荷载应包括构件自重及风荷载等偶然荷载。

4.起重设备检修

吊装中使用的起重设备，作业班组应对其各系统进行细致检修，起重设备相关证书必须齐全，操作司机及特种作业人员持证上岗。

5.吊点选择

骨架吊点选择在0.22倍跨径处，检算在起吊状态下构件变形最小。吊点结构采用吊耳形式，吊耳及焊缝必须通过强度、刚度、抗剪检算，保证吊装安全。

6.浮吊选择

根据拼装场地及浮吊吊装能力等情况的调查，钢结构骨架总重477.62吨，吊高30m，吊距18m，运距160m，平转90º，航道宽度90m，根据以上情况及浮吊型号调查，选用一台350t，一台500t，两台浮吊抬吊，浮吊主爬杆50m，起吊角度设置为65°。为使两台浮吊作业时同步动作，在航道两岸，每台浮吊设置4个地锚，地锚设置在航道两侧的混凝土驳岸上，用钢丝绳与浮吊上的卷扬机相连。作业时，采用卷扬机牵引控制浮吊转向，为避免两台浮吊在转向时地锚钢丝绳扭缠，每台浮吊安排一艘小艇负责移动地锚位置。 7.吊装作业

准备工作结束后，进入吊装作业。主要操作步骤如下：

步骤一：浮吊就位，试吊骨架确定安全后，进行起吊。封航后，浮吊就位将钢丝绳安装牢固，将骨架吊离地面0.15～0.3米进行试吊，试吊时间不少于10分钟，确保浮吊、吊点、钢丝绳等各环节工作正常。

步骤二：浮吊将骨架吊起后，向后倒行，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，将骨架平移至距桥位约5米处。

步骤四：浮吊提高吊钩高度，将骨架提升至略高于主墩盖梁后，靠近桥位，将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，确保骨架安装精度，精确对位时可采用手拉葫芦作为调整骨架位置的工具。对位完成后，浮吊将骨架安装就位，解除吊装钢丝绳，吊装作业完成,见图5.2.5-5。此时应控制骨架由吊装产生的弹性变形，骨架下落之初不解除支座约束，使骨架弹性变形得以释放，待骨架完全下落稳定后，再解除支座位移约束，安装地脚螺栓，将骨架与支座固定牢固。

6．材 料 设 备

本方法没有特殊材料。主要机械设备见表6。

表6主要机械设备表

序号 设备名称 单位 规格型号 数量 备 注

1浮吊 台350t 1钢管混凝土系杆拱桥骨架整体吊装

500t 12汽吊 台QY130 2用于拱肋分节段安装

QY25 2用于骨架组拼和小构件安装

3CO2焊机 台 4用于骨架结构焊接

4电焊机 台BX3-300 4用于临时结构焊接

5割枪 把 4用于骨架与支架脱离

6手拉葫芦 个5t 4用于骨架就位时微调

7打磨机 个 4用焊缝打磨

8全站仪 台TC802 1用于测量三维坐标

9水准仪 台DSZ2 1用于水准测量

7.效益分析 11.1 经济效益

钢管混凝土系杆拱桥骨架整体吊装技术不仅有效的解决了封航时间长，水中支架多、水上施工安全风险大等难题，制作及安装过程仅需封航一次，同比可减少封航费用和航运损失。

大量水上作业转换为陆地作业，大大降低了施工风险。拱桥安装工期缩短了近50%，降低工程成本，同时节省了机械租赁、支架搭设及安全防护费用。

11.2 社会效益

航道网络的密度远低于公路交通网络，如需封锁航道，过往船只一般难以绕行，只有排队等候通航，封航时间越长积压的船只越多，尤其在航运发达、经济发达的长三角地区，大量的物资依靠航运运输，封航产生的社会影响极大。开通时船只过于密集，极易出现撞船事故，航道安全维护压力大，应用本工法施工可大幅减少施工期间的封航次数和封航时长，社会效益明显。

8.应 用 实例

12.1 工程概况

新建辛丰路公路南桥路线全长158.56m，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,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。设置5道一字型风撑，2道K型风撑。

12.2 施工效果

辛丰公路南桥主桥钢管拱肋、劲性骨架以及拱脚和端横梁均采用岸地支架法拼装成形，骨架整体吊装就位，整体钢骨架包括劲性骨架、拱肋、吊杆、吊索、系杆钢筋、系杆底模，总重量477.62t，采用500t、350t两台浮吊抬吊。骨架岸地拼装于2013年5月初开始施工，2013年7月初完工，总工期历时2个月完成了钢管混凝土系杆拱桥骨架拼装成形整体吊装施工任务，为后续施工节省宝贵的