大跨度钢管混凝土拱桥拱肋整体安装工艺

关怀玉，李伟

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

1 工程概况

营口港仙人岛标志性景观工程钢栈桥为下承式钢管混凝土拱桥（如图1），桥梁全长960 m，双幅8跨，共16榀，桥跨中心线间距离为120 m，拱高20 m，矢跨比1/6，单榀桥面全宽14.54 m，根据桥梁分类标准属大桥。该工程采用陆域单榀整体拼装后滑移至海边，再用浮吊整体吊装就位的总体施工工艺，因此整桥的拼装全部在海边的陆地进行，具备拱肋整体拼装和吊装的现场条件。

该工程单榀桥钢结构净重750 t（不含拱肋钢管内部和桥面行车道的混凝土重量），钢管混凝土拱肋为全桥承载的主体，单片拱肋重量为110.86 t，采用双肢式断面，由弦管和腹杆组装焊接而成，弦管为φ900×20直缝卷制钢管，上、下弦管轴线间距2.0 m，腹杆为φ325×9的无缝钢管，拱肋之间设置横撑及K撑以增大横向刚度，桥面系的全部荷载通过与拱肋间的吊索（每片拱肋19根）传递到拱肋，吊索采用带有双层PE护套的61φ07高强度镀锌钢丝，顶端配备PESM7-061固定端锚具，吊索穿过下弦杆和竖腹杆内部的导索管与上弦杆上部的锚固结构固定。

2 拱肋的整体拼装

2.1 拼装场地布置

拱肋的整体拼装现场必须有相应的场地、平台和胎具，同时考虑后续整体吊装作业的空间和吊车性能参数等因素。本次施工，将拱肋的整体拼装放置在已经完成的桥面系上进行，而且在布置桥面系拼装时，将同一跨的两榀钢桥的桥面系并放在一起，以满足拱肋拼装和吊装作业的空间要求，同时，将同一榀钢桥的两片拱肋上、下相叠拼装以节约作业空间，如图2。

2.2 拱肋的组装

拱肋预先在工厂内完成分段预制和预拼装，运至拼装现场后依次将4片拱肋（为便于叙述，将并放在一起的两榀钢桥分别编号为1号桥和2号桥，相应的系杆和拱肋依次编号为1-1、1-2、2-1、2-2，如图2） 的分段按出厂编号顺序进行吊装，按照事先放样划线的位置放置在桥面系上部布置好的胎具上进行组装。

1） 在并排的两榀钢桥的桥面系上，以桥跨中心线为轴线基准放出两组拱肋的水平组装大样，并在对应的桥面横梁上依次划出吊索中心线和端部基准线。

2） 用20号工字钢和垫板当底部托架与桥面点焊固定，通过水准仪测量矫平形成拱肋组装水平胎具，同时为方便拱肋定位，在划出的拱肋下边线垂直设置组装挡架。

3）先将底层的两片拱肋的分段以桥跨中心线为中心，将对应分段依次向两端吊装铺设到位，吊对各定位线，并调整各分段之间的对口间隙，将各分段点焊固定后开始焊接。

4）待底层两片拱肋焊接并检测合格后，在上部用20号工字钢均布设置层间组装托架，再按同样的方法组装和焊接上层两片拱肋。

2.3 拱肋的焊接

拱肋的现场对接焊缝采用V形坡口，单面焊接双面成型，反面（管内）加衬垫的手工电弧焊工艺。焊接时，由数名焊工均布，由中间向两端依次施焊，焊后按要求对焊口进行检验。

2.4 导索管和吊索上部锚固结构的安装

导索管和吊索上锚固结构的安装在拱肋焊接完成后进行，通过吊对桥面系上划好的吊索中心线定位，在拱肋上开孔并逐一完成对应导索管和上部锚固结构的安装焊接。

2.5 拱肋两段余量的切割

通过吊对桥面系上部放样划出的拱肋端部基准线，切割拱肋端部余量，并按要求切割坡口。

3 拱肋的整体吊装

大跨度钢管混凝土拱桥空钢管拱肋的架设安装，传统的施工技术主要有支架法、平转法、竖转法和缆索吊装法等，但以上方法共同的特点就是拱肋是空中分段拼装，通过一系列复杂的工装实现合拢对接，不仅施工周期长，成本高，操作不便，质量难以保证，且安全隐患大。本次施工，因地制宜地采用整装整吊的方法，克服了传统安装方法的诸多不利因素。

根据本次钢桥拱肋的结构尺寸和重量，结合施工现场的实际情况，拱肋的整体吊装采用1台大型吊车作为中部主吊、两端各2台吊车辅抬溜送吊装，其中，主吊采用500 t履带吊车，吊车站位于桥跨中心，辅吊采用4台100 t汽车吊，分别站位于桥面系两端拱肋的端部位置，因实际吊装过程中拱肋端部溜送距离超过100 t吊车有效吊装半径，溜送吊车每端各设置2台，拱肋吊装过程中两吊车空中接力，从而拱肋在溜送过程中不用着地，避免了拱肋两端部发生变形。

3.1 吊装参数

1） 单片拱肋自重为110.86 t，加上吊具和钢丝绳等重量合计不超过118 t。

2） 吊车性能参数

为减少大型吊车的站位移动，且由于拱肋吊装采用1主4辅5台吊车抬吊，考虑到拱肋在吊装全过程的受力动态变化，为确保安全，拱肋吊装过程中主吊吊车按承载全部重量选用，辅吊吊车按承载全部重量的1/4选用。选用吊车主要性能参数见表1。

表1 吊车作业工况相关性能参数

3.2 吊装顺序

1）主吊500 t履带吊，采用主臂工况组装好，如图2所示，先在1号桥侧跨中处贴近桥面系站位，辅吊4台100 t汽车吊站位于1号桥跨的两端。主吊吊拱肋的中间部位，两侧的各2台辅吊吊拱肋的两端空中溜送，直接将拱肋1-1吊起安装就位于1号桥的系杆1-1位置上。

2） 主吊移至2号桥侧跨中处站位，改为超起工况，辅吊站位于2号桥跨的两端，将拱肋1-2吊起安装就位于1号桥的系杆1-2上。

3） 主吊保持原站位，将拱肋2-1吊至2号桥的系杆2-1上就位。

4） 主吊保持原站位，将拱肋2-2吊至2号桥的系杆2-2上就位。

3.3 吊装要求和措施准备

1） 吊装过程中，主吊和辅吊的工况、杆长和回转半径等参数必须控制在表1所列的规定范围内，不得超载吊装。

2） 为减少主吊吊装时拱肋局部受力较大的不安全因素，确保安全稳妥，主吊采用吊装平衡梁加滑轮组组合进行吊装。主吊吊点位于拱肋的拱顶中心线两侧，为防止吊装钢丝绳在吊装过程中与拱肋间滑动摩擦，使吊装钢丝绳受损，在吊装平衡梁下设置两组滑轮组配合吊装。本次吊装采用主吊绳2根，每根吊绳2弯4股，滑轮组（H50×5D）共4组，每组滑轮组上钢丝绳1根，串绕5圈，受力绳10股，如图3，钢丝绳规格按要求配备。

3）两台辅吊吊点均位于拱肋两端的最外侧的腹杆处，采用1根吊绳吊装，每根吊绳2弯4股，如图4。

4）揽风绳的设置和使用

拱肋1-1吊装前，在拱肋下弦杆的垂直横撑处均匀设置5根揽风绳，每根揽风绳下部各设置1只吊链用于调节拱肋的垂直度，其中中间主揽风绳吊链为10 t，其他辅揽风绳吊链为5 t。拱肋吊立后，揽风绳下端系于桥面结构上，对于1号桥外侧的揽风绳下系点需另设重物作为锚点。

拱肋1-2吊装前，在拱肋下弦杆上按同样的方法设置揽风绳，拱肋1-2吊立过程中，需相继穿过拱肋1-1的揽风绳，此时必须依次拆开并恢复相应的揽风绳，以确保拱肋1-1的安全稳定。

拱肋2-1和2-2吊装时按同样的方法和步骤进行。揽风绳和吊链的规格按要求配备。

3.4 吊装步骤和注意事项

1） 吊装时，主吊和辅吊同时缓慢起吊，当拱肋水平吊离桥面系300 mm左右时，检查各吊车支腿、吊臂、吊装钢丝绳、吊点处、支腿支承地面的受力工作情况，确认无误方可继续吊装。

2） 各吊车同时缓慢旋转吊臂，使拱肋主吊点基本位于拱肋所安装位置系杆的中点附近。

3） 主吊吊车继续起吊，辅吊吊车配合溜送，当辅吊钩头到达一侧两台辅吊中间附近位置后，两侧各两台辅吊逐步实现接力，直至先吊起的辅吊完全卸空后摘钩。

4）接近安装位置后，3台吊车依次操作调整拱肋的方位，拱肋的弦长通过两端的辅吊吊车进行调整，然后3台吊车同时缓慢落钩，将拱肋落于端部系杆拱脚处的安装位置。

5）1号桥1-1拱肋吊立后，固定预先设置的5组揽风绳，并调节吊链拉紧揽风绳，同时进行拱肋的垂直度调整。拱肋垂直度利用设置于系杆轴线方向的经纬仪测量，垂直度调整合格后，将拱肋两端与端部系杆拱脚处焊接牢固后，撤去吊车。

6） 1号桥1-2拱肋吊立后，按同样的方法固定揽风绳，并调节吊链调整拱肋的垂直度，再将拱肋两端与系杆拱脚处焊接牢固。

7） 采用50 t汽车吊配合，施工人员借助于吊篮或挂篮安装拱肋间的中间横撑，并焊接牢固，再将主吊摘钩。

8）用同样的方法和步骤吊立2号桥的拱肋2-1和2-2。

9） 吊装过程中，多台吊车应统一指挥，协调一致，吊绳的垂直度应控制在2°范围内。

10）为确保辅吊不致承受较大的载荷，应保证在吊装过程中拱肋的弦长略小于理论弦长0.5～0.8 m左右（可通过观察调整拱肋上弦杆下端部与在系杆上安装位置之间的纵向距离来保证）。

11）拱肋起吊和移位过程中，应缓慢稳妥，吊件不得与已安装好的拱肋及其揽风绳相碰，特别是后吊装拱肋穿过先吊装拱肋的揽风绳时，应逐根进行拆开和恢复，确保安全。

4 结语

营口港仙人岛标志性景观工程钢管混凝土拱桥施工中，因地制宜地采用了拱肋的整体安装工艺、创新的现场布置，实现了在桥面系上部完成拱肋的整体拼装，合理选用吊车，通过严谨的方案和有序的现场组织，顺利完成了拱肋的整体吊装。在施工过程中，不仅操作方便，质量可靠，而且缩短了工期，大大减少了高空作业工作量，降低了安全风险，取得了很好的经济效益，可为今后类似工程施工提供参考借鉴。

[1] 范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]JTJ041—2000，公路桥涵施工技术规范[S].

[3] 陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京：人民交通出版社，1999.

[4]陈浩.大跨度钢管混凝土拱桥双肋整体缆索吊装施工[J].科技信息，2011，369（13）：655-692.