景觀橋“旋線螺”異型鋼結構關鍵安裝技術分析

郭建偉，趙江平

（1.廣東凱興達建筑科技有限公司，廣東 中山 528400；2.中山火炬職業技術學院，廣東 中山 528400）

隨著設計理念的發展，城市交通基礎設施也得到了空前的快速發展，橋梁于城市已不純粹是一個獨立的個體，在許多城市涌現出多種具有創新美、和諧美與協調美的造型新穎、風格獨特的景觀橋梁。在滿足道路交通功能的前提下，逐漸成為城市重要節點，反映其所在區域的地域文化、展現時代風貌，景觀橋作為現代都市的產物，被越來越多的人所關注。基于輕型化、美觀及經濟性的優點，圓鋼管桁架結構越來越多地運用到橋梁結構中。以中山中墾景觀橋改造工程為例，介紹“螺旋線”鋼結構景觀橋預拼裝與現場拼裝及吊裝施工流程，為今后此類橋梁的設計提供借鑒。

1 “螺旋線”鋼結構景觀橋概況

中山中墾景觀橋改造是中山岐江河一河兩岸工程中最耀眼、最重要、難度最大項目之一。“螺旋線”鋼結構景觀橋由舊中墾橋改造而成，舊橋橫跨岐江河兩岸，整跨度85m，距水面凈高度11m，河兩岸一邊臨馬路，另一邊與商場連接，現場施工地域狹小，在陸上無法操作重型機械，全部設備采用水上作業，同時工程工期進度緊迫，所有作業及施工措施均采用超常規方法，方能確保工程施工安全和工期要求。設計方案采用鋼管環繞橋體，形成螺旋型，造型獨特、新奇（圖1），但由于管徑過大，彎弧太小，且為螺旋型，并在水上安裝作業，使整個制作及施工難度加大。由于水上作業時周邊無輔助設施，當出現安裝結構變型及走位時，將無法在施工現場校正，所以為確保整體安裝的準確性，確保現場能一步安裝到位，所有構件需在工廠進行預拼裝之后，校正確保正確之后，分段拆卸，用船運抵施工現場后，水中采用船吊,安排有經驗的施工人員進行配合作業。

圖1 中山中墾橋改建前后

2 “螺旋線”鋼結構拼裝技術特點與難點

2.1 主體結構特點

中墾景觀橋“螺旋線”鋼結構主體（圖2）主要包括由橢圓形H鋼梁、連系桿、矩形主鋼梁、螺旋線鋼管構件、連接桿等，其中：17榀橢圓形H鋼梁分別安裝在天橋的中間，主剛架跨度長達86m，螺旋線鋼管構件環繞天橋外圍，施工難度極大，因此本項目施工應以螺旋線鋼管構件的吊裝為主導，在吊裝時采用在構件上焊接吊裝耳板后用卡環的吊裝方法。在構件空間定位時，鑒于本工程現場操作在水面上，為了便于操作采用固定專用板臨時定位，調整后再滿焊接。

圖2 ”螺旋線”鋼結構主體

2.2 安裝難點

①現場條件無法搭設吊裝設備，所有施工設施均在水中和高空作業。天橋兩岸一邊為人行道，一邊是商場，無法在陸地搭設吊裝設備進行施工；天橋離水面高達10m，晚上會有大量的過往船只，所有施工設施全部在水中和高空作業，而且工期緊迫，施工難度極大，安全防護措施也更復雜，使得施工成本急劇增加。

②“螺旋線”異型鋼結構空間構造復雜，對接難度大。本項目的鋼構件都是異型構件，每個構件空間構造復雜，對接難度大，且構架需現場焊接連接，缺乏必要的輔助措施，構件安裝時，勢必造成較大的焊接變形和走位，這是施工必須克服的困難。

③“螺旋線”異型鋼結構跨度大，安裝精度控制要求高，需要嚴格控制構件變形及消除殘余應力。本項目主要構件均是彎曲構件，構件本身呈螺旋式變化多端，跨度大，空間大，重量輕，運輸時，均需超寬運輸且運輸時，構件與構件之間不能疊加，造成運輸次數多，效率低，加之項目處于商業中心的鬧市區，大型運輸車輛無法進入，只能通過船運。

④工期緊，現場拼裝和堆放場地狹小。工程船運卻須在凌晨2：00橋的吊橋上升起吊后方能通過，要確保在要求的工期內順利完成本工程，解決現場拼裝和堆放場地狹小的問題，同時要考慮安全、經濟地完成該工程的吊裝。

3 拼裝工藝流程

根據總體施工思路和構件特征，本項目的螺旋鋼管，根據施工方案先在工廠進行預拼裝，對所有構件進行預拼裝校核,然后再分成一段一段運抵施工現場吊裝安裝。因此，拼裝的質量直接影響到本工程的安裝質量和精度，施工過程中必須采取有效措施保證拼裝質量（圖3）。

圖3 拼裝工藝流程

3.1 鋼結構工廠胎拼裝架

在工廠預備一個長100m、寬30m的拼裝場地，根據螺旋線的直徑制作一個拼裝模型胎架,將所有螺旋鋼管線在拼裝模型胎架（圖3）進行拼裝，拼裝吊機選用3臺50t的汽車吊吊機和一臺10m長的平板車進行構件吊運。在胎架安裝時,先采用全站儀放線，設置主梁控制點，根據控制點設置胎架，用水準儀抄平,根據圖紙調整胎架的標高。為確保構件拼裝時的外形尺寸，拼裝胎架必須嚴格按照設計尺寸進行設置。胎架放置在路基箱上，表面通過鋼墊板找平。在胎架中心定位完畢后，胎架與鋼墊板焊接固定。根據構件長度及場地情況，每3m布置一榀胎架支架。剛架現場拼裝對接口在胎架上校核無誤后，利用臨時連接耳板固定，最后進行焊接。

圖4 拼裝模型胎架

3.2 螺旋鋼管線與鑄鋼件的分段、對接

根據吊機工況、運輸長度、施工場地狀況的吊裝方法,螺旋鋼管線，將分為16段進行吊裝。由于螺旋管與鑄鋼件的對接是在空間的位置，且每一個對接口的坐標都要控制也由于該工程螺旋管要隨橋體起拱，因此對拼裝要求很高。我們采用對接耳板先把構件定位，然后用全站儀找到具體的坐標點位，再用千斤頂進行微調，以確保拼裝的精度。

3.3 鑄鋼節點的組裝及焊接收縮量補償

因鑄鋼件的角度直接影響到剛架的定位，無論是在廠內組裝還是在現場拼裝焊接，均需控制好胎架的方位尺寸，以便現場拼裝精度能符合設計要求。廠內組裝焊接鑄鋼節點與剛架時，可只搭設簡單的胎架，如采用型鋼支托鑄鋼節點，并調節端口的水平度，然后將鑄鋼節點與箱形梁焊接，焊接時須控制鑄鋼節點的方向。為了準確的固定鑄鋼件的位置，需制作拼裝桿件固定架把鑄鋼件固定在胎架上。

由于焊口較多，焊縫金屬填充量較大，因此，拼裝過程中的焊接收縮量很大，必須在焊接之前加以補償。在工廠進行無余量預組裝，即桿件的下料長度不考慮焊縫根部間隙，此時的控制尺寸為設計尺寸；在吊裝現場進行有余量拼裝，即留有焊縫根部間隙。建模后，可以計算不同點處的撓度變形值，在整體拼裝胎架搭設的過程，將撓度補償值加以考慮。

3.4 拼裝關鍵技術

拼裝前,應對胎架的布置進行檢查，相臨兩構件之間的距離不宜過大，胎架上部與剛架連接的連接板定位尺寸應正確。剛架拼裝時，先按照事先放好的定位線安裝。剛架在保證了總長后，利用水平儀檢查平臺上的水平度（平面度）。此項測量的允許誤差最大不超過3.0mm，在接口截面不超過2.0mm。平面度觀測后對不合格的位置要做好標記，用千斤頂和墊板組合進行調整，但須保證千斤頂在整個組裝焊接過程中不發生沉降現象。剛架拼裝調整后，須記錄各項數據并備案。如沒及時進行焊接，需對該現場做好保護工作。即不允許大型機械設備、車輛在平臺附近通行作業，不允許任何對構件的撞擊。為減少焊接的變形，構件在組裝好后，焊接時應對稱施焊。

3.5 構件拼裝步驟

由于該構件造形特別，制作與安裝工期緊，現場在水上高空作業，所以預拼裝環節是整個項目能否順利實施的關鍵環節。如圖5，工廠拼裝按以下步驟進行：①安裝胎模架，及在胎架的兩邊各搭設一排操作腳手架；②安裝在胎模架頂部頂位主鋼梁位置，調吊裝主鋼梁；③按照螺旋鋼管線的分段構件，吊裝左邊上部構件段；④按照螺旋鋼管線的分件，吊裝右邊上部構件段；⑤按照螺旋鋼管線的分件，吊裝左邊側面構件段；⑥按照螺旋鋼管線的分件，吊裝右邊側面構件段；⑦按照螺旋鋼管線的分件,吊裝左邊側面下部構件段；⑧按照螺旋鋼管線的分件，吊裝右邊側面下部構件段；⑨利用兩臺汽車吊，對安裝好的螺旋鋼管線進行全面的調校；⑩對調校好的螺旋鋼管線，除了預留現場的拼接接頭，其他所有接口進行全面的加焊，并打模噴漆。在安裝螺旋管時，為確定構件能安全的固定在組裝的胎模架上，需制作固定的卡架將螺旋管，臨時固定在胎模架上。

圖5 工廠構件拼裝

4 鋼結構現場吊裝

為確保本工程工期及質量目標，經多方案技術經濟對比及優選，天橋鋼結構的調裝采用水上吊裝作業的方式進行,如圖5采用2艘80t船吊布置在天橋的左右兩側同時吊裝安裝,使橢圓形H鋼梁在施工過程中能確保兩邊平衡加載,防止出現均衡加載導致橢圓形。預備一艘30t船吊在跨外進行部分構件補檔，按照工程的施工先后順序，先行安裝17榀橢圓形H鋼梁，再安裝連系于橢圓形H鋼梁的連系桿，并將17榀橢圓形H鋼梁與連系桿焊接固定，再安裝中間主鋼梁，在安裝好主鋼梁后在由上到下，從兩邊同時分段吊裝螺旋線鋼管構件。

鋼結構安裝施工的步驟：①吊裝天橋兩側的矩形鋼梁安裝焊接，矩形鋼梁安裝鉸支座，在天橋上安裝橢圓形H鋼梁端部的鉸支座。止水帶是主要的受力部位，支座的力通過止水帶傳給橋體，因此為了保證止水帶的受力，在止水帶對接口位置采用了套筒連接，這樣既能保證焊縫質量又能起到加強的作用；②吊裝橢圓形H鋼梁的安裝支架，確保橢圓形H鋼梁在安裝時能定位準確并支撐好橢圓形H鋼梁，防止施工變形；③從橋的一端開始吊裝橢圓形矩型鋼梁和橢圓形H鋼梁；④在安裝固定橢圓形矩型鋼梁和橢圓形H鋼梁后，在橢圓形矩型鋼梁和橢圓形H鋼梁中間焊接臨時支架，開始吊裝安裝中間主鋼梁。為保證對接口的受力要求，采用套管對接方式；⑤從天橋的兩側面同時吊裝兩側上部螺旋線鋼管件，并將其固定在連接桿和鉸支座上；⑥從天橋的兩側面同時吊裝螺旋線兩側中部鋼管件，并將其固定在連接桿和鉸支座上；⑦吊裝施工用的水平吊車裝置；⑧利用特制的臨時吊車從船上垂直吊起螺旋管底部的構件。

圖6 水上吊裝作業方式

5 結束語

中山中墾景觀橋是中山岐江河一河兩岸改造工程中最耀眼的項目之一，該項目由舊橋改造而成，通過運用全新的思維和創新的方法，解決了景觀橋“螺旋線”異形鋼結構的安裝難題，高質量、高標準的改建了中山中墾“螺旋線”型景觀橋，為類似橋梁的鋼結構設計、安裝提供一定的參考。改造后的中山中墾景觀橋景觀效果明顯，進一步提升了橋梁所在區域的整體景觀效果，采用大直徑的鋼管盤繞成螺旋體，使橋呈現出流體的弧線美感，蜿蜒而流暢，動感表現得淋漓盡致。從側面看去整個建筑恰似一條動感盤動的巨龍，橫跨在江上，將成為中山市新的標志性建筑。