鋼拱肋水中浮吊大節段吊裝施工技術研究

唐 輝

（廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東東莞 523710）

0 引言

隨著城市現代化建設的加快，鋼結構橋梁設計的越發成熟，特別是鋼拱橋越來越多的出現在城市交通中，成為現代化城市的主要建筑物。針對鋼拱橋拱肋跨河施工，本文通過對揭陽某特大橋拱肋吊裝施工技術進行全面的研究，從支架的結構設計，支架間的距離，拱肋吊裝節段的劃分，拱肋節段的吊裝順序以及浮吊的選取進行全方位的分析，最終確定出拱肋吊裝施工方案，保障了吊裝期間的施工安全，高效的完成了吊裝任務［1］。

1 工程概況

揭陽市區某特大橋項目中，主橋設計為中承式無推力系桿拱橋，全長386 m，跨徑組合為（38+50+210+50+38）m，主橋縱斷面位于半徑R=3 500 m 的豎曲線上。主橋拱肋設計為雙幅平行拱，間距34.1 m，拱軸線設計為懸鏈線，計算跨徑210 m，矢高52.5 m，矢跨比1/4，拱軸系數1.25。橋面以上拱肋設計為鋼箱拱肋，鋼拱肋凈跨徑164.4 m，單幅拱肋設計為19 個節段，鋼箱拱設計截面尺寸為2.8 m×3.8 m，兩幅拱肋間設置5道箱型鋼風撐，風撐截面尺寸為2.4 m×2.7 m。

2 支架結構設計選型

針對鋼箱拱肋跨越榕江北河，整個支架的基礎擬選用630 mm×10 mm 鋼管，為保證基礎的入土深度［2］，前期對基礎位置進行勘探。同時由于榕江北河有大量船舶來往，因此在施工期間必須保證正常通航。結合通航要求和拱肋吊重以及浮吊的起吊高度及起吊重量，經過對比，支架在順橋向方向擬采用3 組支架，支架與支架之間的凈距為26.1 m，邊上的支架距離承臺凈距為64.35 m（滿足通航要求），除合攏段外將單幅拱肋分為4 個大節段［3］，其中最大吊重節段為368 t（D1 節段），位于拱腳與第一組支架之間，此時吊重最大，起吊高度最低。

由于鋼管樁基礎為630 mm×10 mm 鋼管，若上部支架采用相同的鋼管，通過Midas Civil 計算，整個支架受力富余量較大，因此在保證安全施工的前提下，上部支架主管采用與基礎不同的鋼管，為保證基礎與上部支架的有效連接，在基礎頂部增加一層轉換平臺，轉換平臺采用雙拼工字鋼設計，然后將上部支架置于轉換平臺上，整個轉換平臺除了解決不同管徑的有效連接，同樣解決了因管樁基礎施工平面位置偏移造成的問題。在確定上部支架采用不同管徑的情況下，為提高支架的整體穩定性和支架底部的剛度［4］，通過有限元軟件分析，將上部支架設計為二階柱，即底部支架采用兩組四管格構，然后在通過轉換層將上部支架設計為單組四管格構，格構與轉換層通過焊接進行固定，格構與格構之間通過高強螺栓進行連接。最后在支架頂部設計操作平臺，即拱肋支撐鋼管［5］。支架設計立面如圖1所示，支架橫斷面如圖2所示。

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

圖2 支架橫斷面Fig.2 Cross Section of Bracket （cm）

3 拱肋吊裝節段設計

根據設計節段，將設計節段（S1+S2+S3+S4+S5+轉軸）設計為D1節段，S6+S7+S8設計為第二節段，其他風撐各單獨設計為一個節段。

同時為便于拱肋后續節段豎向標高調整和釋放合攏段焊接時產生的殘余應力，在拱肋D1節段拱腳位置增設轉軸，轉軸后續作為受力結構永久封在拱肋內部，不在取出。轉軸主要由底座、1 000 mm×20 mm主管和800 mm×16 mm支管構成，轉軸結構圖如圖3所示。

圖3 轉軸結構示意圖Fig.3 Schematic Diagram of Rotating Shaft Structure

4 施工方法

4.1 施工工藝流程

鋼管樁基礎施工?樁頂平臺施工?二階柱安裝?柱頂轉換層安裝?一階柱安裝?支架頂部平臺安裝?拱肋支撐管安裝?D1節段吊裝?D1節段的風撐吊裝?D2節段吊裝?D2節段的風撐吊裝?合攏段吊裝。

4.2 鋼管樁基礎施工

由于整個管樁基礎較長，為減少水上接樁的次數，首先在陸地上將兩節12 m 鋼管進行接長，接長后整個長度為24 m，然后通過浮箱與小艇運輸至施工位置。鋼管樁采用浮吊配合振動錘進行施工，施工時注意控制管樁的垂直度，若在施工位置管樁無法振打，可稍微移動振打位置，管樁一組振打完畢后，方可進行下一步接管［6］。

4.3 轉換層及支架安裝

鋼管樁基礎施工完畢后，然后測定其頂部標高，根據設計標高將多余管節段進行割除，注意保證管樁頂部標高誤差不大于5 mm。管頂割除完畢后將已經加工成型的樁頂轉換層運輸至指定位置進行安裝，通過水中浮吊對轉換層進行整體安裝，當吊裝到位后先對其進行點焊固定，然后開始大面積進行焊接固定。轉換層安裝完成后開始安裝二階柱，同樣用浮箱將已經加工好的二階柱整體運至安裝現場，采用浮吊整體進行安裝，安裝時需要注意控制垂直度，不得超過有關規定，位置調整好以后先點焊再大面積焊接固定。二階柱頂部轉換平臺采用同樁頂轉換層相同的安裝方法［7］。

一階柱由幾個節段構成，各節段通過高強螺栓進行連接，各節段安裝時需要嚴格控制支架垂直度，垂直度通過法蘭盤連接位置進行調整。支架頂部平臺和拱肋支撐鋼管先在陸地上加工成整體，然后進行整體吊裝與頂部支架焊接，減少高空焊接作業，支架安裝如圖4所示。

圖4 支架安裝Fig.4 Bracket Installation

4.4 拱肋D1節段吊裝

首先進行D1 節段拱肋的吊裝，拱肋采用在江門鋼結構加工廠進行加工，然后通過運輸船運至施工現場，由于拱肋節段較長，拱肋在運輸船上的位置為順水流向，達到施工現場進行安裝時，首先需要將運輸船橫向?？坎⒕o靠支架。由于單靠運輸船無法實現橫向?？?，因此需要利用現場的小艇對船頭和船尾推動，緩慢的將運輸船進行橫向擺放，然后慢慢向支架靠近，同時利用纜繩將運輸船的船頭和船尾錨固在支架上，通過自身錨繩向支架靠近，然后拋錨將運輸船固定。運輸船到達指定位置后，開始移動浮吊，浮吊通過自身交叉八字錨碇進行移動，打開錨碇卷揚機，通過卷揚機轉動帶著浮吊緩緩靠近指定位置。當浮吊起重鉤到達拱肋正上方時立即停止。然后開始下放起重索，將起重索與拱肋上的吊點進行連接，割除拱肋與運輸船的固定構件，然后緩緩收起起重索將其繃緊，在側面觀察起重索垂直度情況，待滿足要求后方可繼續收起起重索，將拱肋從運輸船上起吊。當拱肋脫離運輸船10 cm 后停止收起起重索，在此位置靜止5 min 觀察起重設備和起重索工作情況，待確定沒問題后重新啟動起重索緩慢上升，待拱肋最低點超出運輸船最高點后再次停止起重索的起升。此時通過浮吊錨碇卷揚機轉動緩緩將浮吊后移，為運輸船駛出提供位置，同樣在駛出過程中需要小艇進行配合，當駛出一定距離后松開運輸船與支架間的纜繩。待運輸船駛離后開動浮吊錨碇的卷揚機緩緩帶動浮吊向支架靠近，并留有一定安全距離。為保證吊裝的安全，先將拱肋角度初步調整至設計角度后緩慢起升，當超過支架頂部20 cm 以后再次向前移動浮吊。D1節段的安裝首先定位拱腳轉軸位置，將轉軸逐步放置已經安裝好的底座上，由一端逐步向另一端推進，同時在底座另一端設置限位板，精確保證轉軸安裝位置［8］。待轉軸安裝完成后才緩慢下放拱肋另一端至支撐位置。同時在另一端利用千斤頂精確調整豎向標高和橫向偏位，調整完畢后將另一端與支撐鋼管進行固定。通過相同的吊裝方式完成其余D1 節段吊裝。運輸船?？咳鐖D5所示。

圖5 運輸船?？縁ig.5 Transport Vessel Docking

4.5 風撐及后續拱肋節段吊裝

D1 節段吊裝完成后，為加強整個支架的整體性和穩定性，首先進行D1節段風撐吊裝。風撐采用2臺浮吊進行抬吊，浮吊抬吊風撐時注意需要保持2 臺浮吊起升速度基本一致，否則容易造成浮吊受力不均［9］。風撐起升高度應先超過拱肋上風撐接頭位置，然后由上至下慢慢下放，直至風撐頂板上的限位板卡至拱肋上接頭，然后通過限位板將風撐臨時固定，所有后續節段風撐均采用此方法抬吊，所剩余的拱肋節段吊裝方法均與D1相同。

5 支架拆除

待拱肋和風撐焊接完畢并經檢驗焊縫合格后方可進行支架的拆除，首先拆除最中間的支架，然后分別拆除兩邊的支架。支架利用浮吊分節段拆除，拆除時應盡量避免支架的晃動，不可強行拆除。轉換層與支架利用氧割割除，待上部支架全部拆除后開始利用浮吊與振動錘拔出鋼管樁［10］。

6 結語

通過對揭陽某特大橋鋼拱肋水中浮吊吊裝施工工藝進行研究，解決了運輸船橫向?？侩y度大，大型浮吊精準移位困難，拱肋安裝精度難以調整，水中支架設計用鋼量大，穩定性難以保證等難題，為后續浮吊吊裝大節段拱肋提供了技術參考和施工指導，保證施工安全。