內(nèi)斜式超長大節(jié)段鋼拱就位施工方法

摘? ?要：依托官塘大橋鋼拱就位施工，建設(shè)者結(jié)合現(xiàn)場施工條件，創(chuàng)造了低位組裝、大節(jié)段吊裝的就位方法;本論文從鋼拱就位重難點、吊裝方案選擇與描述、作業(yè)要點及效果驗證等對超長大節(jié)段低位組裝、大節(jié)段吊裝就位方案等進行了論述，分析了內(nèi)斜式超長大節(jié)段鋼拱吊裝就位施工方法的優(yōu)點和缺點，為類似鋼拱就位提供了借鑒與參考;也為此方法改進明確了思路。

關(guān)鍵詞：內(nèi)斜式? 超長? 大節(jié)段? ?吊裝? 方法

中圖分類號：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（c）-0043-04

中鐵上海工程局集團有限公司承建的柳州市官塘大橋[1]為中承式有推力鋼箱拱橋，主跨462m，矢跨比1∶4.5，鋼拱軸線面與水平面夾角80°，拱軸線間距由53.5m內(nèi)收至16.7m，內(nèi)收36.8m，呈啞鈴形?？绾降冷摴安捎脴蛑返臀唤M裝吊裝方案，施工方法主要指數(shù)有：鋼拱重達5885t，跨度262m，吊裝高度67.76m。該橋以蓮花隧道穿越三門江森林公園，橫跨珠江支流—柳江;森林公園植被豐富多為矮小灌木，山體為溶蝕灰?guī)r，上覆黃粘土，地下水豐富。柳江常水位+77.4m，每天漲幅0.5m左右。

1? 鋼拱就位重點與難點

（1）跨航道的鋼拱凈矢高30.82m，凈跨262m，重量5885t;節(jié)段超重、重心高且穩(wěn)定性差，持續(xù)吊裝高度高;大噸位鋼箱鋼拱節(jié)段的吊裝施工是本工程難點及重點。

（2）中拱段大節(jié)段軸線面與鉛垂線夾角為10°，向橋梁中線偏斜，軸線由28.28m內(nèi)縮為16.7m，內(nèi)收11.58m，呈啞鈴形;結(jié)構(gòu)造型特點增加了鋼肋安裝難度較大、精度控制難度高;尤其是逐節(jié)段安裝更是難上加難。

（3）吊裝支架、吊裝門式架高度高，屬柔性結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定安全儲備不足，施工風險高。

（4）影響因素多且復雜，無經(jīng)驗和規(guī)律可循。柳江每年4～8月為洪水期，周期長;洪峰時間長且流量大、水位落差，流速達2.5m/s;鋼拱橋位矮支架組裝和拼裝跨越1個洪水期。

（5）節(jié)段在橋位組裝和吊裝期間，橋下Ⅲ級航道需正常通行。

2? 鋼拱就位方案概述

目前國內(nèi)外鋼拱橋安裝方法有：支架法、纜索吊裝法、轉(zhuǎn)體法、懸臂拼裝法、拱上吊機拼裝法、鋼拱中拱段吊裝法等。支架法適用于橋下地形、地基等條件較好的鋼拱架設(shè)，占地少;纜索吊裝法適用于山區(qū)深谷的地形，水平和垂直移動靈活，占地多等。官塘大橋橫跨柳江，上跨Ⅲ級航道，穿越喀斯特地質(zhì)的森林公園，因此鋼拱安裝因地制宜制定了拱腳段低位拼裝+中拱段超長大節(jié)段鋼拱吊裝的安裝方案。中鋼拱超長大節(jié)段吊裝法具體描述如下：

（1）中拱段超長大節(jié)段跨徑距離262m，與低位拼裝好的鋼拱間設(shè)置4.6m長的合龍段;中拱段鋼拱、內(nèi)撐及輔助吊裝設(shè)備總重量約5885t。在橋位下少支架組裝成，安裝調(diào)整水平約束索后，采用門式吊裝支架吊裝67.76m至設(shè)計橋位處。

（2）在合攏段兩側(cè)已就位節(jié)段上設(shè)置導向槽鋼等措施，確保合攏段快速入位;吊裝合龍段吊入導向措施，節(jié)段在導向槽鋼導向作用下滑移就位，實現(xiàn)合龍。

（3）柔性超高吊裝門架高99.78m，其中水下部分采用鉆孔樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)具體如下：8根φ1.52m鋼管混凝土樁+鋼筋混凝土承臺;水上部分采用φ1.52m鋼管作為主受力桿件，平聯(lián)和剪刀撐采用φ1.2m鋼管桁架;支墩鋼管頂縱向設(shè)置工字鋼分配梁，橫橋向設(shè)置特制鋼箱梁將上下游4個門架支墩連接成一體，在特制橫梁吊裝孔中心的鉛垂線上設(shè)置吊裝系統(tǒng)。

（4）吊裝系統(tǒng)采用往復式液壓遠程操控系統(tǒng)，單個支墩頂?shù)脑O(shè)備配置主要有8臺550t往復式液壓頂升千斤頂及其液壓系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、吊裝連接鋼絞線及其錨固系統(tǒng)等。

超高門架吊裝系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)布置見圖1所示。

3? 超長大節(jié)段鋼拱吊裝

3.1 吊裝流程圖

吊裝工藝流程圖見圖2。

3.2 吊裝步驟與作業(yè)要點

（1）施工準備。

①與設(shè)計、監(jiān)理及專家組共同研討“超長大節(jié)段鋼拱就位方法”中鋼拱節(jié)段的重新劃分、板單元細化、吊裝部位加強等。

②自行設(shè)計一套完整的鋼拱安裝臨時支架系統(tǒng)，并結(jié)合施工因素編制實施性施工組織設(shè)計及鋼拱就位專項施工方案;用midas Civil和 ANSYS軟件模擬各工況，對就位工況進行縝密分析驗算，審查鋼拱、支架以及各構(gòu)件的應力、強度、剛度和穩(wěn)定性能等，形成檢算審查成果資料經(jīng)審批后作為過程監(jiān)控依據(jù)。

③按施工步驟和工序編制詳細的施工甘特圖，下達支架水下部分和門架塔設(shè)及鋼拱低位組裝、吊裝等施工階段節(jié)點。

④按超長大節(jié)段鋼拱造型用同質(zhì)材料制作1∶10比例縮小模型進行吊裝應力與應變試驗，使用頻率法進行應力測試，反算得相應的應變，分析大節(jié)段吊裝點復雜應力程序和分布狀況及規(guī)律，驗證超長大節(jié)段吊裝的合理性，為施工提供理論參考依據(jù)。

⑤準備工作主要有：提前到航道局和海事等部門辦理水上作業(yè)施工和短暫封航許可證，收集近幾年洪水情況及周邊流域的水文情況，并繪制和分析預判施工期間洪水概率與標準。全面核查實浮吊進場路線和水壩電站等能否浮吊通過;在東岸邊設(shè)置構(gòu)件制作和預拼場。

⑥在橋位上游78m處設(shè)置鋼拱翻身和裝船轉(zhuǎn)運的龍門吊提升裝置。

（2）柔性超高門架及矮位支架搭設(shè)。

在鋼拱橋位處上下游對應位置搭設(shè)超長大節(jié)段異型定位支撐鋼管支架系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)通航要求和行洪條件定型設(shè)計;支架搭設(shè)采用預制、裝配工藝，即在岸邊構(gòu)件加工場按桿件下料，預拼裝焊接后再按倒序法拆為大構(gòu)件，浮吊將大構(gòu)件吊裝至支墩處安裝對位。

（3）柔性超高門式吊裝支架系統(tǒng)。

柔性超高門式吊裝支架分別設(shè)置在大節(jié)段的拱腳附近，高度為99.78m，寬5.9m，由五個部分組成。第一部分為深水鋼管混凝土樁基承臺;第二部分為超高吊裝門架支架系統(tǒng)，采用預制+裝配工藝施工;第三部分支架立柱頂部吊裝鋼箱梁，按照吊裝能力分段設(shè)計，在工廠分段制作，現(xiàn)場組拼;第四部分為吊裝系統(tǒng)，包含吊裝胎座、LSD千斤頂群和控制系統(tǒng)，胎座根據(jù)鋼拱底部形狀特殊設(shè)置，LSD吊裝控制系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入指揮中心，指揮中心通過計算機發(fā)送指令控制液壓泵站，實現(xiàn)指令集中和統(tǒng)一;第五部分為支架纜風系統(tǒng)，纜風系統(tǒng)由風纜和地錨組成，連接支架頂部和東西地錨，對稱交叉張拉。

（4）吊裝底座設(shè)計與施工。

吊裝底座根據(jù)鋼拱底面構(gòu)造設(shè)計，位于吊裝點的鋼拱下方，共4個。吊裝底座由底板、橫板、縱板、隔板及錨固端箱梁組成;底板安裝時確保吊裝裝置底板標高一致，與鋼拱接觸處焊縫滿焊;順橋向水平約束索張拉孔單側(cè)9個，單個豎向吊裝孔4個，4個吊裝孔中心點與門架頂特制橫梁吊裝孔中心點處于同一豎向Z軸上;吊裝底座在廠內(nèi)加工后現(xiàn)場浮吊安裝。

（5）超長大節(jié)段組裝與內(nèi)力控制。

中拱段凈跨為262m，由26個小節(jié)段和6道橫撐組成，采用兩臺浮吊分節(jié)段抬吊組焊而成;形成超長大節(jié)段后安裝水平約束索和豎向吊裝索。通過分級、同步張拉工序，使水平約束索和豎向束應力匹配，實現(xiàn)超長大節(jié)段自重轉(zhuǎn)換至豎向吊裝索，利用超高門式支架+LSD連續(xù)同步吊裝+集成指揮系統(tǒng)將中拱段吊裝就位;吊裝就位中采用自主研發(fā)的“主拱吊裝檢測指揮系統(tǒng)”實時分析和反饋、吊裝參數(shù)修正，通過遠程控制實現(xiàn)指令操作。

（6）吊裝體系轉(zhuǎn)換。

中鋼拱超長大節(jié)段吊裝體系轉(zhuǎn)換包括水平約束索和豎向吊裝索安裝與預緊。主要步驟如下：

第一步：水平約束索和豎向吊裝索安裝與預緊。

①豎向吊裝索安裝：在支架頂部操作平臺上人工配合穿束機下料，通過千斤頂下穿至吊裝裝置的索孔內(nèi)，安裝和固定承重錨板;頂部采用千斤頂K型夾片固定，防止滑脫傷人;豎向吊裝索共4×2×2束，東西岸各8束。

②水平約束索安裝：封閉中拱段下航道，用駁船、貨船等拼接成穿索平臺，人工配合穿梭機將鋼絞線按照編號逐一進行安裝;邊安裝邊預緊。

③水平約束索張拉千斤頂按照東西岸隔孔交錯布置，按東岸奇數(shù)、西岸偶數(shù)對稱布置。

④按先水平束再豎向索預緊進行自重轉(zhuǎn)換，先張拉4×2×2束水平約束索，每束35t;后張拉2×4×2束豎向吊裝索，每束索力值55t，總索力880t。

⑤實時監(jiān)測支架、鋼拱應力與位移，重點監(jiān)測吊裝支架頂X、Y偏移和承臺沉降情況。

第二步：超長大節(jié)段鋼拱支撐受力體系轉(zhuǎn)換。

水平索和豎向索鋼絞線張拉預緊后，即進入鋼拱支撐邊界條件轉(zhuǎn)換，即由焊接固定剛性支撐轉(zhuǎn)換豎向單向支撐;在拱腳懸空后拆除內(nèi)側(cè)以外的所有限位構(gòu)件，使鋼拱處于懸浮狀態(tài)。

第三步：橫豎匹配，分級、同步、對稱施加索力。

超長大節(jié)段受力體系轉(zhuǎn)換按8步進行（見表1），轉(zhuǎn)換過程中鋼拱與支撐間由拱腳向跨中逐步脫空;原則上進行至第8步前，鋼拱與支架基本脫空。待完全脫空后，靜停1h監(jiān)測支架狀態(tài)。

第四步：超長大節(jié)段懸浮靜停期間，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遠程收集門架支墩和吊裝系統(tǒng)各構(gòu)件的應力與應變及線形;人工核實數(shù)據(jù)的準確性。為確保鋼拱安全，要求整個吊裝中鋼拱下緣須有壓應力;當不能滿足此要求時，利用水平索對中拱段線形調(diào)整，使其滿足設(shè)定條件。

各項數(shù)據(jù)采集后，指揮人員應用工程軟件分析其安全性，確定安全無誤，線形滿足計算值時由吊裝指揮長下達后續(xù)指令。

（7）超長大節(jié)段吊裝。

為確保安全，減少安全風險，應用LSDKC（C）-16控制系統(tǒng)對超長大節(jié)段鋼拱吊裝進行輔助，實現(xiàn)遠程操控;同時運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集無人無線化，按設(shè)定頻率自動與中心計算機交換;吊裝中中心計算機自動對頂力、行程值偏差、多點匹配度、應力與應變及位移等進行自動采集、修正、補償，分析并判定其偏差規(guī)律，并繪制合理偏差包絡(luò)圖;同時按設(shè)定的條件自動推送預設(shè)定的繼續(xù)吊裝、數(shù)據(jù)查驗、停止吊裝等指令，經(jīng)指揮長審核后下達操作指令并實時遠程控制。吊裝中指揮長及時根據(jù)數(shù)據(jù)進行對比修正，確保四點吊裝同步。

（8）合攏作業(yè)。

中拱超長大節(jié)段與低位組裝好的鋼拱共有4個合龍段，合龍段預留0.1m配切量，在超長大節(jié)段吊裝至設(shè)計橋位時，連續(xù)觀測收集橋位三天溫度數(shù)值，并繪制溫度變化曲線;按設(shè)計要求在最低溫度時進行合攏。為盡早消除鋼拱懸吊的不安全因素，合攏按盡快使分段的鋼拱形成完整拱肋受力體系為原則，即先用兩臺浮吊同時先合攏下游側(cè)鋼拱，再合攏上游側(cè)鋼拱;合攏定位后，立即組織三班作業(yè)人員24h對稱焊接和質(zhì)量檢測，使各節(jié)段盡早成拱。

（9）成拱體系轉(zhuǎn)換。

超長大節(jié)段與邊拱的合龍段質(zhì)量檢合格后即進行成拱體系轉(zhuǎn)換，采用邁達斯軟件以桿單元模擬水平和豎向索、邊拱段支架不同順序拆除的4種組合，掌握不同拆除順序下鋼拱線形、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形、支架應力的變化與趨勢，減少鋼拱應力變化峰值，確定了最佳的拆除順序，即：第一步逐級解除水平約束索、第二步分步放松豎向吊索、第三步對稱拆除邊拱矮位支架。

4? 工藝效果驗證

262m長、5885t的超長超重鋼拱吊裝68.86m高并實現(xiàn)合攏，是橋梁建設(shè)者不斷創(chuàng)新和攻關(guān)的成果，是全體參建人員的汗水結(jié)晶;創(chuàng)造了多項世界紀錄。按照《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》對鋼拱合攏后參數(shù)[2]進行檢驗，主要檢測項目和結(jié)果見表2、表3。

5? 工程實例

柳州市官塘大橋工程由柳州市中心區(qū)，穿越柳州之肺——三門江森林公園，上跨柳江，直達到柳東新區(qū)，行程縮短了1/3。主橋為有推力提籃式拱橋，長度462m，有效寬度39.5m;荷載為城—A級，雙向六車道;主橋孔跨布置見圖3。主拱計算跨徑為457m，凈跨徑為450m，凈矢高為100m，矢跨比為1∶4.5，拱內(nèi)斜角為10°;拱軸線間距由53.5m內(nèi)收至16.7m，內(nèi)收36.8m，呈啞鈴形。工程造價約8.78億元。

柳州官塘大橋中鋼拱超長大節(jié)段于2018年2月13日開始低位拼裝，2018年5月17日鋼拱順利合龍;經(jīng)對比較纜索吊裝方案縮短工期6個月，減少纜索吊措施工程占地約30畝，減少鋼材約810t，節(jié)省成本約2320萬元，解決了纜索方法塔架和側(cè)向錨碇用地等問題，最大限度保護了柳州之肺，具借鑒應用價值。官塘大橋建成后與三門江森林公園再次形成百里柳江的一新景點——柳江新月[3]。

6? 結(jié)語

拱橋是中國最古老的橋梁，他凝聚了中華民族的智慧，是見證戰(zhàn)勝自然困難的寫照;從跨度37.02m的趙州橋到2019年跨度575m的潯江大橋，橋跨每次增加都伴隨著科學技術(shù)的進步和材料性能的飛越。官塘大橋超長大節(jié)段鋼拱吊裝施工方法結(jié)合現(xiàn)場實際創(chuàng)造性地為橋梁建設(shè)者提供了一種鋼拱就位方法;此就位方法減少了因纜索系統(tǒng)彈性變形產(chǎn)生的次生應力，減少了節(jié)段安裝過程中線形調(diào)整工序，并且各工序可同步平行作業(yè)，值得學習借鑒與運用。

官塘大橋主橋鋼拱安裝中也反映出超長大節(jié)段鋼拱就位方法仍然存在一些不足，一是施工條件受限，不適用航運繁忙的大江大河;二是存在構(gòu)件焊接作業(yè)量大，質(zhì)量隱患多;三是鋼拱線形調(diào)整方法有限。

參考文獻

[1] 四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院.柳州市雙擁大橋兩階段施工圖設(shè)計文件[R].2009.

[2] CJJ2—2008，《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》[S].

[3] 何奇欽，劉明友.橋梁創(chuàng)新在柳州[M].北京：人民交通出版社，2019.