曹妃甸原油碼頭工程鋼管系桿拱橋施工工藝

吳致宏 楊合林

(中交一航局第一工程有限公司，天津 300456)

鋼管混凝土結構是將混凝土填充到鋼管內形成的一種組合結構，兼有鋼結構和混凝土結構的特點，有效的發揮混凝土和鋼材的力學特性，并利用鋼管的環箍作用大大提高結構的抗壓能力和抗變形能力。鋼管混凝土系桿拱橋造形美觀、結構嚴謹、受力科學、經濟合理，近年來在公路、城市及碼頭棧梁建設中被廣泛采用。但由于其技術含量高、工藝嚴格、工序繁多、施工難度大，因此認真總結此類橋梁的施工和管理經驗對今后的設計、施工、管理有實際指導意義。

1 工程概況

工程位于曹妃甸港區，是曹妃甸原油碼頭工程碼頭主體與陸域部分的連接引橋，該引橋為鋼管混凝土拱橋，引橋上部結構采用6跨連續布置的下承式鋼管混凝土系桿拱橋。引橋單跨全長122 m，橋面全寬9.95 m，6跨總長767.3 m，單跨引橋重560 t，6跨共計3 360 t，是目前國內同類海岸橋梁中最大最長的橋梁結構。根據現行國家橋梁分類標準，屬大橋，單跨拱橋結構圖見圖1。

圖1 單跨拱橋結構圖

2 工程特點

由于該工程工期短，質量要求高，施工難度大。為按時完成施工任務，我們采用在工廠分段預制構件后運至曹妃甸碼頭整體組裝，再進行海上吊運安裝，是海上遠距離吊運“龐然大物”。具體施工要點如下:1)采用軟件AutoCAD與TeklaStructures相結合進行建模，按1∶1進行空間放樣，保證了鋼管拱肋軸線坐標的準確性及拱肋線型美觀。2)打破傳統的以折代曲的施工工藝，采用火工煨彎的新工藝加工出平緩圓滑的鋼拱肋，既保證質量、降低成本，又使拱肋線型更加美觀。3)系桿、橫梁等主要受力箱形梁桿構件突破傳統的船形位置焊接，采用兩條主角焊縫按同一規范用細絲斜角埋弧焊接，既保證了焊縫的內在質量，焊縫成型美觀，又降低了施工成本，提高工效。4)采用鋼拱肋以橋面系為工作平臺進行整體拼裝，然后整體吊裝的施工方案，既縮短了工期、節約了施工場地，又滿足了設計要求，同時又大大減少高空作業帶來的安全隱患。5)為了確保結構的安裝精度，我們采用電腦排版、編程，號料，運用平面數控切割機、數控管子相貫線切割機等先進的數控設備切割下料，確保結構的安裝精度，提高工效。6)為了確保工期，我們采用三跨拱橋同時施工的方法，拱橋完成后需整體進行滑移至碼頭前沿起重船吊距范圍內。

3 施工工藝及方法的實現

3.1 拱肋單元的制作工藝

3.1.1 拱肋單元預制

準確電腦放樣，將單片拱肋合理分為13個單元段，同時考慮滿足設計、鋼板尺寸、加工制作、運輸等要求;對每個單元段的弦桿，必須標出理論拱度值，以便后面火工煨彎對線型的控制。

3.1.2 拱肋火工煨彎的控制

拱肋上、下弦桿的分段火工煨彎的成敗決定整個橋梁的美觀乃至整個橋梁的成功與否，因此科學而準確控制每一個彎管的拱度是非常關鍵的，嚴格控制并執行火工煨彎的工藝，特別要注意加火的溫度及加火區域，加火要經常參照每一段彎管的分段圖所計算出的拱度值并及時糾正，拱肋起拱加工示意圖見圖2。

圖2 拱肋起拱加工示意圖

3.1.3 拱肋臥式預拼接的尺寸控制及實現

拱肋預拼平臺放樣:預拼接之前首先要鋪設平臺，拱肋在型鋼平臺上組裝側向示意圖見圖3。根據設計圖紙給出的放樣預拱度標高進行1∶1放樣，并以吊索所在的坐標值為主要控制點。

圖3 拱肋在型鋼平臺上組裝側向示意圖

拱肋必須進行預拼裝，其作用體現在:利用工廠制造的便利條件，將整片拱肋進行預拼裝，并切割好坡口，然后對單元段進行一一編碼后解體，即在運輸到現場之前把拱肋尺寸誤差偏大的問題及時解決，避免了現場拱肋單元段拼接的反復修復，大大提高了現場整橋的拼裝的質量和效率。

3.2 引橋橋面系構件的制作

橋面系結構主要由系桿、橫梁、縱梁、聯結系、節點板組成，其中系桿、橫梁為焊接箱形梁截面形式，縱梁、聯結系為焊接H型鋼截面。根據訂購鋼板的規格及橋梁構件尺寸，將各構件合理分成多段進行施工。焊接采用CO2氣體保護焊或埋弧自動焊，兩條主角焊縫采用斜角焊同時焊接，將腹板與頂、底板的4條主焊縫焊接成型，由于箱形梁制作時容易產生變形，因此特別注意焊接順序和工藝的控制。

3.3 整橋現場制作安裝

3.3.1 整橋橋面系結構組對安裝

由于同時滿足3跨橋的整橋安裝，現場安裝前需要做非常充足的準備，施工準備主要指場地的布置，包括混凝土滑道制作、混凝土支墩的布置、系桿支架的制作安裝。每根系桿的組裝均按從一端向另一端的順序進行，組裝過程中，依次利用經緯儀調整、找正各段系桿的中心線，并同時按圖紙要求調整好對口間隙，對坡口進行點焊。組裝至另一端端部系桿時，采用鋼卷尺測量兩端支座中心線間的距離，調整好對口間隙，即可焊接系桿接口，在此特別應注意靠陸域的2跨橋的中部系桿在組對點焊后要撤除，預留主吊吊車起吊拱肋時的通道。系桿組對完成后，在組裝好的系桿頂面上劃出各端橫梁、端部聯系梁和中橫梁的組裝軸線，然后依次從橋面系的中間開始向兩端組裝端橫梁、端部聯系梁和中橫梁，并點焊牢固;橫梁組對完成后，組裝橋面系的縱梁和X聯結系。

3.3.2 拱肋的吊裝

當6片拱肋組焊完成后開始進行拱肋的整體吊裝。其中單片拱肋整體長130 m，凈重為71.2 t，利用1臺300 t汽車吊在拱肋中間實施主吊，兩端各設置2臺50 t汽車吊或履帶吊配合溜送。吊裝時，主吊和輔吊3臺吊車同時緩慢起吊，3臺吊車應統一指揮，協調一致，吊繩與垂直線的夾角應控制在2°范圍內，主吊吊車繼續起吊，輔吊吊車配合溜送，直至將拱肋垂直豎立起來。

3.3.3 拱肋橫撐、K撐的組裝

每片拱肋起吊后，即沿拱肋全長搭設拱肋橫撐、K撐及吊索安裝的整體腳手架，接著開始安裝中部的橫撐，然后向兩側依次安裝K撐和橫撐。K撐應先安裝橫向支撐，然后再安裝斜向支撐。

3.4 拱橋整體平移工藝

1)引橋的組裝是在陸地組裝場地進行的，在引橋組裝成整體后，需將引橋整體從組裝場地移至海吊待吊位置，然后利用1 000 t起重船吊將引橋整體吊裝，運至原油碼頭橋墩上安裝就位。

2)跨引橋同時施工，由于3跨拱橋為平行于碼頭前沿布置，且橋跨中均不在起重船吊距范圍內，故需對3跨橋進行整體平移。施工方案采用液壓裝置頂推法進行整體平移。

3)引橋整體拖拉系統設計。引橋整體平移前，利用頂升裝置將引橋整體抬高，在引橋下部的混凝土滑道基礎上安裝滑道，設置滑動支承靴，然后利用頂升裝置將引橋整體落下于滑動支承靴上，利用液壓頂推裝置，將引橋整體滑移至海吊待吊位置。引橋整體拖拉系統由滑道基礎、滑道、滑動支承靴、拖拉卷揚裝置、引橋頂升裝置等分系統組成。

4)滑道的設計。滑道共2組，每組均由下部的墊道鋼板和上部的滑道槽鋼組成。墊道鋼板和滑道槽鋼沿滑道條形基礎布置，滑道中心線同條形基礎中心線，長度同條形基礎的長度。墊道鋼板厚度為30 mm，寬度為1 250 mm，滑道槽鋼40制作。墊道鋼板與條形基礎上預埋鋼板間焊接牢固，滑道槽鋼兩側與墊道鋼板間每隔1 m焊接200 mm。

5)滑動支承靴的設計。滑動支承靴采用槽鋼、鋼板組合，長度為10.750 m。為避免滑動支承靴在運動過程中與滑道卡死，將滑靴前后兩端進行煨彎處理。滑靴煨彎處理后，在滑靴底表面敷貼聚四氟乙烯板，并用螺栓將聚四氟乙烯板與滑靴連接牢固。

6)引橋頂升裝置。引橋頂升裝置主要由電動液壓千斤頂和上、下墊板組成。在引橋每個系桿軸線下的支座中心線內側1 125 mm處各設置1臺電動液壓千斤頂，每跨橋共4只千斤頂。電動液壓千斤頂規格:最大載荷200 t。引橋頂升和降落過程，應協調一致，通過調整各千斤頂的油壓使各千斤頂受力基本均衡一致。

7)引橋整體平移拖拉施工。滑道整體條形基礎在引橋組裝前隨引橋組裝支架基礎同時施工。引橋組裝完成后，采用4臺200 t電動液壓千斤頂將引橋整體提升起來，使引橋系桿柱腳處底面與條形基礎之間的垂直距離由原來的450 mm提升到600 mm左右。在條形基礎上安裝滑道墊道鋼板，并將墊道鋼板與基礎上的預埋板焊接牢固，然后安裝滑道，將滑道槽鋼與墊道鋼板焊接牢固。將滑動支承靴由滑道一端滑入滑道內，調整好位置將引橋整體落于2套滑動支承靴上。同時啟動2套液壓頂推裝置，慢慢將引橋整體平移至海吊待吊位置。

3.5 引橋整體吊裝就位

引橋整體平移完成以后，就可以進行整橋吊裝就位了，整體吊裝是本工程最后一個難點。整體吊裝是指陸地制作好的單跨引橋，用1 000 t起吊后，吊著橋梁在海上行走，直到在橋墩上安裝就位的方案。吊裝時，橋與海吊船主鉤頭通過由一預先制作好的吊裝框架連接傳力，而吊裝框架重約90 t，加上單跨引橋重量510 t，實際吊物重量為600 t，加上重力不確定因素系數1.05倍，再乘以海上1.45倍的動力荷載系數，海吊船總共計算吊裝重量為610×1.05×1.145=914 t。

4 結語

曹妃甸原油碼頭及配套設施工程中的引橋上部結構施工，多處采用了新的施工工藝，特別是計算機CAD應用、拱肋弦桿的火工煨彎、拱肋單元工廠整體預拼裝，現場拱肋整體吊裝，整體制作安裝，整體吊裝就位等施工工藝，大大減小了海上施工作業量，其多處“化整為零、化零為整”的思想大大縮短了工期，6跨引橋在短短7個月內完成已證明一切，而這些都是在保證工程質量的情況下完成的。通過曹妃甸油碼頭引橋的順利完工，期間新工藝、新方法、新技術的運用，取得了很好的經濟效益，此施工工藝必將在同類海岸橋梁結構中得到更多的應用，這些非常寶貴的經驗勢必會給以后同類工程起到很好的借鑒作用。

［1］ GB 50205-2001，鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.

［2］ GB 50017-2011，鋼結構設計規范［S］.

［3］ TB 10212-2009，鐵路鋼橋制造規范［S］.