大跨度鋼桁架橋分段吊裝技術

陳示光

(中億豐建設集團股份有限公司，江蘇 蘇州 215000)

0 引言

大跨度鋼結構體系越來越廣泛地應用于橋梁工程建設中，其中鋼桁架結構橋梁具有結構輕便、承載力及跨越能力大、布置靈活的特點，更具周邊景觀協調性，能有效提升景觀效果。同時，施工方法的多樣性對鋼桁架結構橋梁的應用和發展起到很大推進作用。

鋼桁架橋梁的施工方法主要有支架安裝法、懸臂拼裝法、起重船架設法、浮運架設法、拖拉(頂推)架設法等，各方法具有各自的優缺點及適用性。隨著大噸位起重機械設備的不斷更新，對于跨越運河的鋼桁架橋，采用支架法安裝配合大噸位汽車式起重機和起重船的使用，能將鋼桁架橋分節段在臨時支架上進行拼裝，主跨間直接起重船吊裝合龍，減少通行航道占用空間，施工速度快、封航時間短、可操作性強，采取2種及以上方式相結合的安裝方法更具優勢，可顯著提高施工效率。

1 工程概況

滄浪新城景觀人行橋建設項目，是區塊內跨越京杭大運河溝通南北的新建人行通道，全長405m，其中主橋鋼桁架橋(2～5號墩)橋長220m；引橋鋼箱梁橋，北側橋長106m，南側橋長79m(見圖1)，橋梁軸線與京杭大運河航道斜交。

圖1 主橋鋼桁架立面示意

主橋鋼桁架跨徑組合為50m+120m+50m，橋梁凈寬10m。主桁架采用全焊接連續三角桁架結構，節點間距5m，桁架面整體位于半徑為37m圓曲線上(斜腹桿及桁架節點板均整體位于曲面上)，左、右2榀桁架間采用橫梁、風撐連接。主桁架下弦桿采用800mm×1 000mm截面，主桁架上弦桿采用800mm×600mm，600mm×600mm截面，斜腹桿采用800mm×800mm，800mm×600mm，800mm×400mm截面，直腹板采用800mm×600mm，800mm×400mm截面，板厚有40，30，20mm 3種(見圖2，3)。

圖2 主桁架標準橫斷面示意

圖3 主桁架橫撐(K撐)布置平面示意

2 安裝總體思路

鋼桁架結構制造是通常采用“板件-桿件-梁段”方式，進行制造、預拼、吊裝焊接的全焊鋼結構，跨京杭大運河航道全焊接連續三角鋼桁架橋采用支架法現場安裝，是根據現場水文、地形、地質條件及設計參數，間隔若干個節點設置臨時支架作為支撐點，將鋼桁梁分榀、分段利用汽車式起重機及起重船等方式進行吊裝，并根據各分段具體情況在每個分段設置施工臨時支撐體系進行空中對接組裝，實現高空原位安裝，梁體自重在安裝期間由支架承受，實現梁段單元先邊跨組裝后中跨合龍，橋位焊接成整體結構，最后落梁至永久墩完成成橋體系轉換。

考慮降低施工對航道的影響，減少跨越京杭大運河航道區域的吊裝數量及次數，臨時支架布置保證中間通航寬度50m，并盡量縮短起重船施工期間的封航時間；同時，考慮吊裝能力及現場焊接量，將主桁架縱向劃分9個節段，跨越京杭大運河區域采用33m長大節段起重船一次吊裝。

主橋桁架節段總體吊裝順序為L7/L3→L8/L2→L9/L1→L4→L6→L5(見圖4)，構件采用汽車運至現場，邊跨(L1～L3，L7～L9)利用汽車式起重機將桿件現場臥拼，再橋位總裝；中跨(L4～L6)利用汽車式起重機將桿件現場臥拼、桁架片立拼，再利用起重船進行橋位總裝。

圖4 主橋節段劃分示意

1)邊跨L1～L3，L7～L9節段吊裝施工順序為：先吊裝橋面系縱、橫梁及橋面板，再吊裝兩側主桁片(主桁片根據起重機站位的起重能力臥拼采用單節間或多節間進行起吊)，最后吊裝風撐及斜腹桿(見圖5a)。

圖5 邊跨與中跨節段吊裝示意

2)中跨L4～L6節段在岸邊采用汽車式起重機立拼成整體節段后再采用起重船吊裝，吊裝順序為L6→L4→L5節段。其中，L4，L6節段兩側主桁片、縱橫梁與橋面板拼裝成整體后吊裝；L5節段因節段長，先將兩側主桁片與縱、橫梁拼裝成整體后吊裝合龍，然后再吊裝橋面板；最后吊裝L4～L6節段風撐及斜腹桿，拆除臨時支撐。

3 安裝方案

3.1 節段劃分

節段劃分是將橋梁主桁架結構進行分段，劃分成多個施工段落，各施工段落的結構分成吊裝桿件或片體，在胎架上進行桿件和節點的焊接形成吊裝單元，針對各分段結構特點設置臨時施工支撐體系，施工中優先起吊節段單元，然后進行桿件補裝，最后形成完整的結構體系(見圖6～8)。

圖7 主橋左、右中跨(4～6節段)節段劃分示意

圖8 主橋左、右中跨(7～9節段)節段劃分示意

對主橋鋼桁架進行縱、橫向分段，應根據工程現場情況、鋼桁架結構特點、道路運輸情況、吊裝施工環境和制作廠的生產能力，同時考慮現場拼裝對設計結構的影響，鋼桁架拼裝節段劃分原則為：①最大限度減少現場焊接工作量，滿足規范要求，要使縱、橫向對接焊縫盡量少，并滿足現有運輸能力，同時有利于縮短施工期限；②根據鋼桁架橋整體結構的受力特點，梁段劃分應避開橋面系節點結構及橋跨的跨中位置，確保橋梁結構受力合理；③既有通行道路或河道周邊一般施工場地狹小，盡可能節約施工用地，減少場地占用。

3.2 臨時支架體系

現場拼裝支架結構采用格構柱形式。單個分段拼裝支架主要由φ630×10鋼管通過 ∟100×6， [20a連接而成的拼裝支架，頂部采用雙拼H600×300，H型鋼上部與調平鋼管焊接。全橋支架在橫梁頂部設置φ273×8調平鋼管，同時每套拼裝支架上部設置25t液壓千斤頂，可對鋼桁梁高度進行調整。邊跨汽車式起重機現場拼裝支架結構底部采用現澆混凝土基礎墊層，中跨起重船現場拼裝支架結構底部采用φ630×10鋼管樁(見圖9)。所有鋼構件均采用Q235鋼材。

圖9 邊跨與中跨臨時支架體系橫、縱斷面示意

3.3 節段拼裝及分段吊裝技術

桁梁分段吊耳布置于直腹桿和斜腹桿相交位置，通過焊接連接，吊耳與桿件焊接熔透。單個桁梁片體及桿件布置2個吊耳進行吊裝；L4～L6起重船吊裝大節段布置8個吊耳，若吊耳布置位置橫橋向無平聯連接，采用工字形臨時支撐橫向連接形成整體穩定結構。

L3～L1節段與L7～L9節段可同時施工，為保證吊裝體系整體穩定，L4～L6節段吊裝前必須將L2，L3及L7，L8節段吊裝焊接完成，L1，L9節段需根據拼裝場地實際情況進行拼裝、吊裝。

1)利用130t汽車式起重機橋位依次吊裝L3→L2→L1，L7→L8→L9節段橋面系橫梁及橋面板，先吊裝橋面系橫梁再吊裝橋面板。

2)利用130t汽車式起重機分別對L3～L1節段桁架拱進行臥拼裝，并按吊裝分段進行焊接。利用350t汽車式起重機將吊裝分段轉至吊裝起重機作業半徑范圍內，再利用350t汽車式起重機將臥拼片體分段吊裝至橋位，并與橋面系和臨時支撐固定；利用130t汽車式起重機吊裝斜腹桿與拱頂風撐。先吊裝左側桁架拱，再吊裝右側桁架拱，然后吊裝風撐，最后吊裝斜腹桿。L7→L8→L9節段工況分別與L3→L2→L1工況類似，在此不再贅述(見圖10a)。結合現場實際工況，根據各分段自重、吊裝作業半徑、起重機幅度及最大起重噸位合理進行起重機選型，起重機負載率均≤80%。

3)利用130t/350t汽車式起重機分別對L6，L4，L5節段桁架拱進行立拼裝。立拼吊裝順序為橋面系縱、橫梁→橋面板→下弦→直腹桿→上弦→風撐→斜腹桿，桁架拱組成桿件(下弦、直腹桿、斜腹桿、上弦)立拼時應左、右側對稱吊裝，先吊靠河道側再吊裝岸側，定位完成后開始焊接。

4)利用1臺500t起重船，對L6節段進行安裝，節段重約256.7t。從立拼吊裝位采用“作業半徑最大為26.35m，吊臂長度41m，吊臂角度50°，起升高度31.41m，額定起吊噸位330t，最大吃水深度2.5m，負載率77.8%”的起重參數起吊后，再將起重參數調整為“作業半徑20.5m，吊臂長度41m，吊臂角度60°，起升高度35.51m，額定起吊噸位420t，最大吃水深度2.5m，負載率61.1%”，調整起重船位置進行橋位吊裝。L4,L6節段工況類似，在此不再贅述(見圖10b)。

圖10 L3，L6，L5節段吊裝示意

5)利用1臺500t起重船，對L5節段桁梁(除橋面板)進行安裝，節段重245t。從立拼吊裝位采用“作業半徑最大為26.35m，吊臂長度41m，吊臂角度50°，起升高度31.41m，額定起吊噸位330t，最大吃水深度2.5m，負載率74.2%”的起重參數起吊后，再將起重參數調整為“作業半徑20.5m，吊臂長度41m，吊臂角度60°，起升高度35.51m，額定起吊噸位420t，最大吃水深度2.5m，負載率58.3%”，調整起重船位置進行橋位吊裝。

6)利用1臺500t起重船，對L5節段橋面板及斜腹桿進行安裝，本節段橋面板分4次進行吊裝(橋面板重52t，作業半徑最大為26.35m，吊臂長度41m，吊臂角度50°，起升高度31.41m，額定起吊噸位330t，最大吃水深度2.5m，負載率15.8%)(見圖10c)，至此全橋安裝完成。

4 臨時支撐設計

4.1 單邊桁架片分段橋位吊裝臨時支撐

邊跨L1～L3，L7～L9節段鋼桁梁分段吊裝時只有橋面系與下弦定位固定，未形成穩定結構，采用H294×200型鋼作為臨時門架支撐，支撐點位于橋面系橫梁結構位置和鋼桁梁直腹桿焊接環口下500mm位置，橫橋向每個節點位置(即直腹桿位置)均搭設，臨時門架上部縱橋向采用[20型鋼連接成整體，并鋪設鋼跳板，主桁片左、右兩側均鋪設；采用φ16鋼筋作為爬梯籠上下。該臨時門架支撐既起支撐穩固作用，又可用作臨時作業平臺(見圖11)。

圖11 邊跨鋼桁梁分段吊裝臨時支撐示意

4.2 起重船吊裝5節段臨時支撐

L4～L6節段立拼胎架采用H400×300×10×16型鋼縱向布置，每個下弦和橫梁位置各布置2條縱向胎架，并采用φ273×8鋼管作為胎架調節模板，胎架高度應充分考慮下弦底板仰焊空間。橋位吊裝臨時支撐設置與邊跨支撐相同。

L4，L6節段頂部有風撐立拼時直接組裝無須加臨時橫撐；L5節段頂部無風撐，立拼時再增設雙拼H400×300×10×16型鋼作為臨時支撐加強橫向連接，形成整體(見圖12)。

圖12 中跨臨時支撐示意

4.3 臨時匹配件

為保證鋼桁架的安裝線形達到設計線形要求，廠內加工制造時，主桁桿件、橋面系分別進行整體匹配總拼裝。為保證L4～L6節段立拼鋼桁梁精確定位，直腹桿環口位置采用臨時匹配件固定連接，嚴格控制制造線形，以保證現場安裝順利進行。匹配件采用20～30mm厚鋼板制作而成，拼裝時采用M24沖釘臨時固定，實現鋼桁架整體快速對接、合龍(見圖13)。

圖13 臨時匹配件結構示意

5 結語

通過現場實施，對鋼桁架結構進行分榀、分段劃分，合理選擇起重機械的規格、驗算起重能力，設置必要的臨時支撐與匹配件，能有效保證大跨度分段吊裝施工技術在跨京杭大運河鋼桁架景觀橋項目中的應用效果，施工質量可控、安全性高、技術可行。

隨著城市交通系統的不斷完善，區塊間聯系越來越緊密，跨越既有線的大型鋼桁架結構形式的橋梁不斷出現，施工難度大、風險高，尤其是片狀鋼結構桁架易失穩，根據周邊環境、施工條件、橋梁設計特點及景觀需求等因素，應用先進的施工技術，選擇合適的施工設備，配合合理的臨時措施，能大大縮短施工期限，提高施工質量及安全性，保證設計效果，有效降低對既有道路、航道等運營的影響，具有一定的社會與經濟效益。