大跨度鋼結構景觀橋安裝技術

何本立+朱虹

【摘 要】鋼結構景觀橋造型美觀、跨越能力強，具有良好的景觀效應，未來修建大跨度鋼桁架拱橋具有良好的前景。論文以南外灘大跨度鋼結構景觀橋為例，介紹了大跨度鋼結構橋安裝中的施工步驟和細節和關鍵技術，保證了鋼結構施工的順利進行與完成，為類似工程的施工提供了經驗。

【Abstract】 The landscape bridge with steel structure is attractive in shape， strong in spanning ability and has good landscape effect. Therefore， the construction of long-span steel truss arch bridge has a good prospect in the future. This paper takes the long span steel structure landscape bridge in southern bund as an example， the construction steps， details and key technologies in the installation of long span steel structure bridge are introduced. The construction and completion of the steel structure are guaranteed， which provides experience for the construction of similar projects.

【關鍵詞】大跨度；支撐；吊裝；定位

【Keywords】large span； support； lifting； positioning

【中圖分類號】TU758.11 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）07-0153-03

1 工程概述

南外灘大跨度鋼結構景觀橋位于徐匯區龍華港匯入黃浦江呈喇叭型的入口處，河口寬度50m～110m。鋼橋主梁采用雙孔全鋼全焊接桁梁組合結構，橋總長82.5 m +82.5m=165m。鋼桁梁橋為兩層結構，上層為寬度25m的機動車道，下層為寬度13.7m～10.1m的非機動人行通道，層高為10.5m～5.88m，總重量約3220t。鋼橋南北兩側均采用一聯90m預應力砼連續箱梁。由于該鋼橋造型獨特、氣勢恢弘，與黃浦江對岸的上海世博園區建筑交相輝映，因此徐匯區政府將濱江大道的鋼結構橋工程確定為與世博會配套的特殊景觀工程。

2 鋼橋安裝的總體設想

本鋼橋由工廠制作，施工單位現場進行安裝。為使鋼橋安裝后線型光順，質量符合要求，安裝總體思路如下：現場各分段定位時，其相對標高、起拱尺寸、分段之間的間隙，必須嚴格與制造廠總裝胎架上的相應參數相同。即現場安裝后的鋼橋，理論上應還原鋼橋在制造廠總裝胎架上的線型。[1]

3 鋼橋安裝工程的特點和難點

①鋼橋分段尺寸和重量大、結構復雜、對接難度大。本鋼橋主受力構件為雙榀鋼桁架結構，分段對接時，除上下弦桿4組外，尚有2組斜桿和2組上下橋面結構系統，對接分段稍有歪斜，便會引起桿件中心偏離和對接縫超寬現象[2]。②現場水、陸域情況復雜。現場安裝區域陸上有龍華港和船塢2個水域，地下有M7號軌道交通線2條穿越，龍華港和船塢還有防汛墻包圍，龍華港水域嚴重淤積需要挖泥，這些都給臨時支撐的設置和起重船定位和錨泊帶來嚴重困難和風險。③現場為黃浦江主航道水域，江面狹窄。安裝現場的黃浦江寬度僅為350m左右，而起重船工作時，需橫向錨泊，為盡量減小吊裝作業對黃浦江水域交通帶來的影響，海事部門提出了每天全封航時間不能超過2h的苛刻要求。④由于地形限制，有超過半數分段不能實施雙鉤吊裝。單鉤吊裝對重心位置正確性有很高要求，否則水平姿態的控制不好，構件就位變得十分困難，特別是對長度達到40m以上構件。

4 吊裝前現場必須實施的幾項特殊工藝措施

根據以上特點和難點分析，吊裝前必須做好以下幾項特殊工藝措施。

4.1 現場水域的清淤和防汛墻加固

吊裝現場龍華港河口因常年回淤，退潮時基本露出灘涂。經測量實際河床泥面高程為±0.00～1.5m，根本無法滿足起重作業船吃水要求，必須進行大范圍清淤工作。另外，由于清淤深度和位置均達到了防汛墻根基的臨界位置以及涉及到地鐵M7號線復蓋層厚度，從而危及防汛墻和軌道線安全，在安裝前采取清淤和防汛墻加固，做法為：距南端防汛墻7m處打12m長4#鋼板樁105根，入土深度9m，防汛墻與鋼板樁之間回填土高度+3M，鋼板樁上端圍檁處設置間距1.5～2.0m規格為ф32×10M拉桿，與陸上基礎進行錨固。

4.2 水位的監測

由于清淤深度勉強達到了起重船最低要求水深，為了保證起重船作業安全，在現場水域設立了水位標尺。水位標尺可以指示起重作業時的水深，提醒起重船船長在退潮時水深達到臨界船舶吃水時提前停止作業撤離現場。

5 安裝方案的實施

5.1 分段劃分和起重船選擇

根據現場施工條件和現有船機設備，作了多個分段吊裝的方案。我們主要根據以下幾個因素，對方案進行了篩選：①分段的劃分應滿足鋼橋的結構特點和節點要求。②分段的長度應滿足現場軌道交通和防汛墻對臨時支撐設置位置限制的要求。③分段重量應滿足現有起重船的起重特性要求。④起重船主尺度應滿足現場水域的特殊要求，并對黃浦江航道影響為最小。

根據以上要求，最終選擇了將主橋分為5個階梯型分段的安裝方案，每個分段重量控制在1000t以內，采用一艘1000t起重船進行單鉤或雙鉤吊裝。endprint

起重船選用秦航工68#，該船的技術參數如下：①主尺度L×B×D×d（長×寬×型深×最大吃水）=78m×30m×5.6m×4.2m；②主鉤吊重550t×2，副鉤吊重130t×2；③本工程起重船最大工作吃水4m。

5.2 分段安裝的順序和起重船現場布置

一般情況下，分段吊裝的順序均為先中間后兩側，這有利于減小分段的偏位和構件就位，但是本工程中，由于起重船在吊裝最南側分段時，由于偏角太大，導致起重船吊臂將要與先安裝完的南側第二分段鋼橋翼緣相碰，所以只能采用分段依次從南側到北側的吊裝方案，除了中間分段和北2段因起重船與分段正交可以采用雙鉤吊裝外，其余分段與起重船偏角過大，只能采用單鉤吊裝方案。分段重量570t和590t均已超過起重船單鉤550t額定起重量，所以我們另外配置了一只起重量大于590t的回轉吊鉤。

5.3 分段臨時支撐的設置

考慮到鋼橋分段重量較大，有大部分支撐設于水域部分，同時為了減少支撐對軌道交通線和防汛墻影響，所以臨時支撐全部采用了樁基方案。[3]

臨時支撐共有三種形式：第一種位于陸域部分，采用的是鉆孔灌注樁上設置砼承臺支承方式。第二種位于龍華港內，采用的是鋼管樁上設置鋼平臺的支承方式。鋼管樁由于上部懸臂較大，安裝過程中頂部有可能發生水平位移，所以每根鋼管樁頂部之間設置了桁架型支撐。第三種是鋼砼混合式、位于跨騎在防汛墻上的臨時支撐，其中陸域為鉆孔灌注樁，水域為鋼管樁，頂部再澆筑砼承臺。承臺頂標高根據該位置鋼橋下弦桿底標值和吊裝時所用鋼墊墩高度綜合考慮后確定。

臨時支撐的鉆孔灌注樁和鋼管樁經過了詳細設計和計算。其中鉆孔灌注樁直徑為ф1000，樁長有36m、41m、46m和56m多種規格，鋼管樁的規格為ф800×12×37m。

5.4 測量和放線

測量和放線對于鋼橋安裝位置的正確、線型的光順有特別重要作用，并做了如下工作：①多次去鋼橋制作廠家對分段中心線做出標記，對分段長度、橋梁全長進行復測，同時對臨時支撐處橋面標高進行測量、記錄數據，為現場安裝提供監控資料。②對現場3個永久支墩間距，中心線位置和標高反復核實，并根據制造廠鋼橋誤差修正了盆式支座安裝位置，使之達到規范允許的偏差值。③在施工現場兩端引橋上，放出了鋼橋上、下層的安裝中心線和確定了測量儀器擺放位置。④在現場臨時支撐的承臺上，放出了不同位置鋼橋下弦桿橫向中心線和縱向支承中心線，為安裝用鋼墊墩正確設置提供依據。

5.5 主要分段吊裝和合龍用附屬件的配置

①吊耳設置。根據吊耳受力大小和主桁架上弦桿的結構，每個分段在鋼橋上弦桿位置設有4組吊點，每組吊點設2個吊耳，位置正對上弦桿橫截面處兩塊主腹板上方。吊耳縱向位置確定的原則是：對于雙鉤吊的分段，要求吊索受力分配不要差異太大；對于單鉤吊的分段，吊耳離重心位置盡量一致，以確保起吊后分段處于水平狀態，有利于分段就位。為此，吊裝前應精確計算重心的實際位置。②回轉單鉤的配置。由5.2節所述，由于部分分段要進行斜吊，且重量已經超過起重船單鉤額定負載，所以本安裝工程應配置一個負載大于590t的回轉單鉤，經綜合考慮后，決定此回轉單鉤額定負載為750t。該單鉤上部設置2組吊點，通過尼龍吊帶分別與起重船的2只主鉤相連后，由主鉤進行升降。添置的回轉單鉤由專業廠設計制造，并在正式分段吊裝前成功地進行了負載試驗，最大試驗載荷達到了950t。③U型鋼墊墩的配置。鋼梁分段安裝時，桁架下弦桿要通過U型鋼墊墩擱置在臨時支撐的承臺上，然后進行鋼梁分段三維方向的位置調整。[4]U型鋼墊墩應與承臺上表面預埋鋼板焊接固定，防止吊裝過程中鋼墩傾覆發生事故。與分段吊耳設置相似，每個分段在下弦桿兩端位置設有4組鋼支撐，每組有2個鋼墊墩，位置正對下弦桿橫截面處兩塊主腹板下方。另外，在每組外側的鋼墊墩側面還設有千斤頂支架一個，以利分段就位時橫向位置的調整。④分段合龍用定位附件的設置。為了確保合龍后分段之間相對位置和大接縫寬度嚴格與制造廠在總裝胎架上的數據一致，我們設計和制作了分段合龍用定位附件。每組附件的組成有：30t千斤頂1個，千斤頂支架1個，合龍用擋塊1對，定位板2副。合龍用定位附件設置在相鄰兩個分段的上、下弦桿之上表面上，共4組。定位板分成兩部分，分別位于進行合龍的兩個分段上。每副定位板之間，夾有4cm厚鋼板，目的是留出焊縫以利焊接（焊接前抽出厚鋼板）。定位板相緊貼鋼板上還開有ф38孔2個，作為現場定位時打入定位銷和上緊螺栓之用。合龍用擋塊則作為頂升千斤頂的著力點。

定位板和擋塊必須成對制作，并在分段出廠前在總裝胎架上焊妥。由于定位板對于保證分段接縫間隙和防止大接頭錯位起到重要作用，所以分段出廠前應專人詳細檢查，確保其安裝位置的正確。

5.6 黃浦江臨時封航

由于現場安裝地處黃浦江水域，江面狹窄，來往船只很多，這對吊裝作業帶來很大影響，與海事部門多次協商結果，只同意全封航時間不超過2h。為此，我們采取了以下措施來滿足海事部門的苛刻要求：①在基本滿足起重船移前和定位要求前提下，盡量縮短錨纜伸入黃浦江長度。②起重船在正對碼頭從駁船吊取分段時對航道影響最大，應以這個時間段用為突破口，縮短時間。為此起重鋼絲繩的更換、索具和卸扣搬運等準備工作不在此時間段內進行，生扣時增配較多人力加快速度。③起重船大部時間回避在龍華港出口水域，盡量不使用江心纜繩。

5.7 鋼橋分段的吊裝和定位

5.7.1 分裝吊裝時間的選擇

本工程分段吊裝時間為11月中旬，由于種種原因造成現場水深條件不理想，所以吊裝時間選擇在高平潮時間段進行，要求在高潮前2h起重船做好各項準備工作。如吊索生扣、鋼梁調平等，然后迅速等待擇機進點。

5.7.2 鋼橋分段的吊裝和定位技術

5.7.2.1 分段吊裝endprint

分段吊裝由專職起重指揮負責，本安裝工程現場共設置2名起重指揮，其中1人為構件安裝指揮，另1人為起重船指揮。當執行某動作時，由構件安裝指揮通過起重船指揮向起重船操作工發出指令。分段吊裝時應注意以下問題：①主鉤生扣時應用索具鉤進行，并應檢查鋼絲繩、工屬具完好性，有缺陷的嚴禁使用。起駁時大鉤動作應緩慢，使鋼絲繩逐步拉緊受力。分段吊離駁船甲板10～20cm后，應對吊耳索具再次檢查，確認安全后方可正式起吊。②起重船移船時，船上人員要加強水域瞭望，注意錨纜松緊和附近水域其他船舶動向。此時海事部門巡邏船應全力配合做好黃浦江臨時封航工作。③移船動作必須緩慢，錨機操作人員應加強配合，防止船舶急移急停，造成吊裝構件搖晃。

5.7.2.2 分段定位

分段定位分為初步定位和精確定位。初步定位由起重船進行，應在分段兩端的兩組臨時支撐上預設兩對限位板，然后將分段大致移動到位，限位板和構件的間隙控制在5～10cm左右。精確定位采用三維調節方法，即在起重船不松鉤情況下，利用分段合龍附件對吊裝分段用千斤頂在垂向、橫向、縱向三個方向實施頂升微調，使分段精確合龍。

為縮短合龍時間和保證安全，精確定位順序為：垂向調整——橫向調整——縱向調整。

①垂向調整。垂向調整利用設在臨時支撐承臺上方的U型鋼墊墩進行，每個分段共設8個鋼墊墩。每個U型墩中部凹陷處設置液在300t液壓千斤頂一臺，利用液壓動力使千斤頂升高，將該處分段標高頂升到規定值。之后，在每個U型墩兩端凸出頂面和鋼橋分段下弦桿底面的空隙處，用鋼墊片塞緊（鋼墊片由不同厚度鋼板組成，應事先準備妥。鋼墊片作用，是使鋼橋分段在整個合龍和焊接施工期，不致由于千斤頂油壓泄漏而發生沉降）。為防止鋼墊片在橫向和縱向調整中脫落，鋼墊片和鋼墩用電焊焊固。②橫向調整。橫向調整利用設在U型鋼墩外側支架上的15t千斤頂進行，由于分段重量大部分由起重船主鉤承擔，所以為克服分段與U型墩之間磨擦力，橫向調整頂升力應是較小的。③縱向調整。縱向調整利用設在上下弦桿上個面縱向合龍附件進行。合龍時將千斤頂支架套入合龍縫兩側的一對擋塊內，然后用30t螺旋千斤頂頂升，直至接縫處兩對定位板緊貼為止。最后用鐵錘在定位板的定位孔內打入定位銷，并依次上緊定位孔內所有螺栓。

5.7.2.3 分段定位注意事項

為了保證分段定位質量和安全，調整時應嚴格執行以下注意事項：①應嚴格執行定位順序，不允許三維方向同時調整，防止千斤頂彈出傷人。②由于項升部位較多，每一順序調整時，各組人員必須服從起重指揮統一指令，盡量做到動作一致，頂升動作應平穩緩慢。③每一順序進行調整時，調整量應有測量人員用儀器進行監測，儀器架設地點應顧及每個測量點。④定位時起重船不應松鉤，負載應控制在70～80%分段重量范圍。

6 結語

曾經廣泛被認為是難度大、風險高的徐匯區南外灘大跨度鋼結構景觀橋，由于前期準備工作充分，各項技術、工藝措施得當，僅用5d時間高質量地完成了全部分段的吊裝和合龍任務，得到了區、局上級部門領導和總包、監理、協作單位的好評，也受到了新聞媒體的關注。

【參考文獻】

【1】JTJ041-2000公路橋涵施工技術規范[S].

【2】虞正宣.大跨度鋼結構橋的施工技術[J].建筑施工，2014：1-3.

【3】葉小志.鋼結構橋梁加工安裝技術的研究和應用[J].濟南：山東大學，2012（2）：26-28.

【4】洪博.大跨度鋼結構橋施工技術之我見[J].城市建設理論研究，2014（6）：20-23.endprint