異形下承式空間多索面系桿拱橋梁拱分離施工技術研究

劉 勇

（1.南京市市政服務中心，江蘇 南京 210000；2.南京市市政工程質量安全監督站，江蘇 南京 210000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

外秦淮大橋為157m跨下承式空間多索面異型系桿拱橋（見圖1），主橋為非對稱拱橋，拱肋采用六邊形異型鋼箱拱，拱軸線由直線、圓曲線組成。鋼箱梁采用正交異型板扁平鋼箱梁。

圖1 157m異形系桿拱橋效果圖

1.2 施工重難點

（1）該橋梁跨度大、橋面寬、噸位重，為非常規造型，且現場地形復雜，支架設計難度大，安全風險高。（2）該橋造型優美但結構極為復雜，拱肋采用六邊形結構，拱與拱交叉節點有4個、拱與梁交叉節點有4個，廠內加工難度大。（3）拱肋為非對稱結構，空間扭曲，線形控制難度大。（4）受汛期影響，水上作業時間短，工期控制是關鍵。

2 下承式空間多索面異形系桿拱橋梁拱分離施工工藝

2.1 虛擬建造方案論證

（1）通過BIM技術對鋼梁和鋼拱進行虛擬建造模擬，分塊既要滿足設備起重要求，又要滿足水運或陸運的凈空和凈高等要求，還要滿足吊裝重心穩定性要求。（2）通過有限元對支架進行論證，拼裝支架、拖拉支架、拱肋支架均要滿足強度、剛度和穩定性等基本要求。（3）開展鋼構件制造工藝設計評審和驗證，板材切割工藝、施焊順序、焊縫余高均應滿足規范要求。（4）需要對設備起吊性能和吊具進行論證，重點驗算起吊能力、站位情況、臂長及回轉情況。（5）遵循安全第一、結構穩定、符合設計及制造規范、方便加工制造及現場安裝、滿足運輸及吊裝能力要求的原則，對鋼箱梁和拱肋進行模塊劃分。（6）以此項目為例將鋼箱梁分為3個部分，其中帶拱角的端橫梁采用支架法拼裝，中間等高標準節段采用拖拉施工。虛擬建造模擬論證示意圖見圖2。

圖2 虛擬建造模擬論證

2.2 鋼梁節段場地拼裝

（1）鋼箱梁支架設計及安裝。鋼箱梁節段通過可調墊塊支承在分配梁上，翼緣板安裝時橋面設置錨板將其固定，下方設置操作平臺及防護欄。（2）岸上支架設計及施工。滑道采用雙滑道結構，每條滑道采用10組支架，每組鋼管由4根或6根鋼管組成，鋼管之間采用型鋼連接成格構。每組由4根鋼管組成，鋼管立柱之間采用鋼管連接成格構結構。（3）梁段拼裝。結合運輸條件進行鋼箱梁分段，縱橋向分為9段，橫向劃分13段，并分不同階段進行拼裝，M3～M5節段在拖拉前在岸上通過汽車運輸，履帶吊拼裝，拼裝順序按照橫向先中間、后兩側，縱向由南向北，翼緣板采用馬板固定在邊梁上，再進行焊接固定。（4）梁段安裝。鋼箱梁段吊裝就位后，依次進行梁段間環縫及縱縫的焊接，焊接方法為箱梁橋面板為埋弧自動焊，箱梁底板和其他焊縫采用陶瓷襯墊CO2氣體保護焊。

2.3 鋼梁拖拉準備

（1）水中支架設計及施工。水中支架采用雙滑道結構，每條滑道采用12組支架，每組支架由4根鋼管樁組成，鋼管之間采用型鋼連接成格構。橫向分配梁采用雙拼型鋼，滑道梁采用三拼H型鋼。（2）滑道及分配梁設計。2條滑道橫向中心間距由鋼箱梁寬度確定，一般設置在靠近最外側邊腹板的中縱腹板下方；鋼管上橫向分配梁采用雙拼型鋼，滑道梁采用三拼型鋼。滑道梁兩側設置工作平臺，在鋼箱梁拼裝前提前完成工作平臺的安裝工作。（3）滑塊設置。滑道面采用不銹鋼板，并與滑道梁進行焊接固定，滑塊采用四氟乙烯板，間距控制在3m左右，每個滑道內側設置通長工作平臺。滑塊上方設置滑塊擋板、高程調節裝置，根據橋梁的預拱度設置滑塊調節裝置，滑塊在每個橫隔板位置設置，并根據每個橫隔板位置的預拱度值設置調節裝置高程。（4）反力架設計及施工。連續拖拉千斤頂通過工具錨夾住傳力鋼絞線，鋼梁底板上焊接拉錨器，通過工具錨與傳力鋼絞線相連接，當千斤頂拖拉作業時，鋼絞線拖拉鋼梁前移。在北側主墩內側設置滑道抗滑墩樁基，單側滑道采用6根鋼管樁作為抗滑樁，兩側共12根。拉錨器在鋼梁箱腹板位置焊接安裝作為千斤頂的拖拉點。（5）拖拉設備-連續千斤頂。根據鋼箱梁總重量選取千斤頂噸位，采用4套水平連續千斤頂施工。牽引系統設置在邊墩處，左右第二道腹板位置對稱各設置兩套200t連續千斤頂，共計4套連續千斤頂。牽引索采用鋼絞線，拉錨器在鋼梁箱腹板下面安裝作為千斤頂的拖拉點，拉錨器在行進至靠近主墩千斤頂時需要倒換進行繼續拖拉。

2.4 鋼梁拖拉施工

（1）操作流程。采用4套水平連續千斤頂施工。滑塊采用四氟乙烯板，牽引系統設置在邊墩處，鋼箱梁左右第二道腹板位置對稱各設置兩套200t連續千斤頂，共計4套連續千斤頂，并由電腦同步控制。

（2）拖拉控制重點。①施加拖拉力：起始拖拉力施加時應按照30%、70%、100%分級實施，每個級別力達到后停止15min，檢查牽引系統狀態，確認無恙后再逐級施加拖拉力。②拖拉過程控制：滑道頂面標高根據橋梁底板標高及預拱度設置，保持在同一直線上，并按照平行于成橋后的梁底縱坡進行頂推施工。③位移及沉降觀測：從施力到梁體開始移動行連續觀測，根據偏位重新調整各千斤頂拉力。④全程檢查限位擋塊的工作情況，并根據軸線偏差測量值對限位精度進行調整。⑤鋼箱梁節段通過滑移拖拉過程中監控鋼箱梁平面位置偏差，及時糾偏。

（3）糾偏裝置。橫向糾偏裝置設置在滑道支架分配梁上，縱向間距不大于60m，確保在滑移過程中前后左右有4個糾偏裝置在滑移梁體附近。滑道在拖拉過程中如出現不均勻沉降，暫停拖拉施工，確定沉降穩定后，將滑道頂起，調整到設計高程后再行拖拉，滑道調整裝置即在滑道的兩側設置頂升牛腿，利用千斤頂將滑道頂起，再在滑道與分配梁之間利用鋼板墊實。位移觀測主要是梁體的中線偏移，在拖拉過程中用千斤頂及時調整。從施力到梁體開始移動進行連續觀測，根據偏位重新調整各千斤頂拉力。

（4）精調裝置。待拖拉距離終點還剩5m時，放慢拖拉速度，采取實時測量、實時糾偏的方式。當距離小于2m時，無法利用拖拉系統進行糾偏，采取在滑道限位器上焊接楔形塊的方法進行精準糾偏。

2.5 端橫梁拼裝施工

非標準節段的端橫梁因高度與箱梁標準節不一致，無法進行整體拖拉施工，需待鋼箱梁拖拉到位后采用支架法原位拼裝。M1、M2節段一端支承在主墩蓋梁上，一端支承在支架上，鋼管樁之間用型鋼橫撐和斜撐連接。M1、M2梁段橫向吊裝順序為由中間向兩側吊裝，一側吊裝結束后將浮吊主臂、浮箱解體，浮船開至另一側重新組裝后吊裝剩余梁段。

2.6 拱肋原位拼裝

（1）一層拱肋原位拼裝。一層拱肋支架在陸上標準段鋼箱梁拼裝完成后搭設，采用200t汽車吊進行；支架采用裝配式格構柱形式，標準節高6m、3m、1m；連接系采用鋼管，通過標準件及連接件組合而成。

拱肋支架定位：根據拱肋節段分段位置，投影到箱梁橋面上，在橋面上放樣控制點，根據控制點設置拱肋支架平面位置。下層拱肋拼裝順序左側為S9→S10-2→S10-1→S10-3→S4→S5-3，右側為S8→S7→S6→S5-1，選取S5-2為合龍段，最后安裝S4段。

拱肋安裝線型調整：可通過在支撐橫梁上架設千斤頂和“7”字形馬板進行微調。拱肋安裝就位時，利用加勁板將拱肋與支架分配梁進行臨時固結，使拱肋與支架形成一個整體，消除拱肋的側向力，轉換為拱肋與支架內力。

（2）二層拱肋原位拼裝。二層拱肋支架在鋼箱梁拖拉至橋位下層拱肋安裝結束后，在水中采用350t浮吊進行。二層拱肋拼裝順序左側為S0→S1→S2-1→S3，S2-2為合龍段；右側為S15→S14→S13-3→S11→S12→S13-2，S13-1為合龍段。

（3）拱肋合龍段施工（見圖3）。拱肋合龍段共3段，采用溫度配切法進行施工，分4步進行。第一步，對合龍段兩側拱肋進行平面位置及高程調整。第二步，在合龍前5d依據天氣情況確定合龍日期，根據合龍口測點的溫度與尺寸變化制訂合龍段的配切長度與預留焊縫寬度。第三步，在水中采用350t浮吊吊裝合龍段，合龍時采用臨時鎖定裝置減少現場安裝鎖定時間，有效避免焊縫定位精度所受溫度影響。第四步，在焊接完成后接觸臨時鎖定裝置，完成體系轉換。

圖3 二層拱肋合龍段安裝

3 結束語

下承式空間多索面異形系桿拱橋充分考慮了下承式空間多索面異形系桿拱橋的施工特點及現場施工條件，文章采用“工廠加工-現場拼裝-主梁拖拉-拱肋吊裝”的施工思路，設計了走行式提梁龍門吊、連體式支架平臺、搖擺式臨時支座、拖拉反力架等臨時結構設施，解決了航道水淺、浮運懸拼受限，整體式拖拉投入大、風險高，支架法原位拼裝需長時間管制航運和行洪排澇的難題，打破了水上航運和陸上交通管制的限制。與傳統工藝相比其具有成本低、效率高、安全可靠等特點，不僅減少了航道占用周期，還有效降低了安裝過程中的安全風險系數。從河道內支架搭設到全部拆除歷時199d，縮短鋼梁拼裝總工期近30%。