跨大運河系桿拱橋扣塔輔助架設的專項施工技術研究

王海濤 顏攀

關鍵詞 跨大運河;系桿拱橋;施工技術

中圖分類號 U445.57 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）04-0142-03

0 引言

系桿拱橋橋型優美，跨徑較大，易與周圍環境協調，適用范圍廣，尤其是在平坦地形的河流上，采用下承式拱橋可以降低橋面高度，有利于改善橋梁兩端引道的橋面線形。該類型橋梁在施工中技術含量高、難度較大，合理制定施工方案，對施工過程中的關鍵技術進行研討和決策對保證橋梁施工質量、工期控制等具有重要的意義。

1 工程概況

京臺高速跨越京杭大運河，采用西側（右側）單側拼寬方案，即右幅新建，左幅利用現有橋梁。京杭大運河大橋右側主橋為（68+209+68）m中承式剛性系桿鋼箱拱橋。主跨拱肋理論計算跨度為209 m，拱軸為懸鏈線，矢高為48 m，拱軸系數m=1.5。邊跨采用變切面剛架（拱）構造，主橋三跨構造連續設計。全橋拱肋共 16對吊桿，吊桿縱向間距9 m，橫橋向軸線間距23.5 m。圖1為京杭運河特大橋平面圖。

2 總體安裝施工方案

扣塔按設計圖紙在拼裝場地進行制造，安裝扣塔重力錨及拉索，采用500 t浮吊分別按節段進行吊裝安裝;然后采用500 t浮吊分別按順序吊裝8#（B）、C、D、E、F、G段（合攏段）以及二連桿，從兩端向中間逐段定位、掛索、逐段焊接，拱肋合龍，并完成拱肋吊桿掛索。最后進行橋面系的施工。

3 扣塔系統的設計及安裝

3.1 扣塔的設計

扣塔系統由扣塔支架、重力式錨碇、扣索、錨固點調位設備組成，實現各拱肋節段安裝時的支撐調位功能。塔支架由主墩拱座預埋件、Φ800×10鋼管、Φ426×6、Φ326×6鋼管組成的格構式柱，柱頂設置分配梁2HM588×300以及斜撐鋼管。圖2為扣塔支架立面圖。

3.2 扣塔的安裝

主墩施工完成后預埋鋼板，可作為扣塔的根本連接。支架與預埋件鋼板焊接時，嚴格進行柱腳與標記位置對準，經檢查符合要求后，方可進行焊接，同焊肋板加強，鋼管安裝時需用經緯儀或吊垂線控制垂直度。扣塔安裝前，首先在橋面處測量標記拼裝支架搭設位置，根據測量結果確定支架實際高度。在節段管口端設置限位裝置，采用電動葫蘆或纜風繩進行接口對接，錯位邊需調整，在調整的過程中開啟定位焊接，所焊接技術和正式焊接一致，對于焊接的焊縫厚度不可超出板厚度的1/2[1]。

4.1 邊跨最重梁段5#梁吊裝

1～7#縱梁在存梁區，與實際吊裝區域距離較遠，在用履帶吊吊裝之前，采用平板車進行轉場施工，然后再進行360 t履帶吊吊裝。將5#轉場至a點12 m半徑范圍內，履帶吊進場在a點進行再次將5#梁轉場至內側，履帶吊進入支架范圍內，履帶吊在b點站位進行吊裝。5#縱梁：吊重101 t，360 t履帶式起重機起升半徑為12 m，起重施工;利用360 t履帶式起重機，采用回轉半徑12 m，臂長42 m，吊鉤重量按5 t，鋼絲繩重量2 t，吊耳重量1 t。可知額定起吊能力Q=145 t;計算重量Qj=（101+5+2+1）×1.21=131.9 t<145 t;負載率=131.9 t/145 t×100%=90.9%，履帶吊裝符合整體吊裝要求。

4.2 拱座吊裝

在拱座吊裝完成后進行邊跨臨時支架的搭設，拱座、A拱肋、邊拱肋在存梁區，與實際吊裝區域距離大概有5 m，在用履帶吊吊裝之前，應進行轉場施工，然后再進行360 t履帶吊進行吊裝。吊重116 t，360 t履帶吊吊裝半徑12 m，進行吊裝或轉場作業，北岸、南北兩岸工況一致;采用360 t履帶吊機，采用回轉半徑12 m，臂長24 m，吊鉤重5 t，鋼絲繩重2 t，吊耳重1 t。

由于拱座分上部拱座與下部拱座，下部拱座為HW型結構，主要分析下部拱座單重為116 t，可知額定起吊能力Q=165 t;計算重量Qj=（116+5+2+1）×1.21=150 t<165 t;負載率=150 t/165 t×100%=90.9%，履帶吊滿足整體吊裝要求。

4.3 8#梁工況分析

8#梁吊裝采用500 t浮吊提升工況，施工時考慮8#縱梁靠近邊跨，吊裝區域距離甚遠，為符合吊裝要求，在吊裝之前應對浮吊站點區域進行開挖或清淤，直至滿足浮吊吊裝標準[2]，8#梁直接在運輸船上采用500 t浮吊進行起吊，浮吊與運輸船成45°夾角，起吊后，運輸船離開，采用風纜繩牽引8#梁轉45°角，配合浮吊拋錨小船調整浮吊的角度，前行至8#梁的落梁位置。

按照8#縱梁最不利的情況下計算，8#梁重約為185 t;起升半徑為27.36 m，起升高度75 m左右;起升動載系數=1.1×1.1=1.21，通過500 t浮吊，桿長85 m，回轉半徑27.36 m，傾角70°夾角，吊鉤重量為5 t，鋼絲繩重量為2 t，吊耳重量為1 t。便可知固定起吊能力Q=240 t;計算重量Qj=（185+5+2+1）×1.21=233.5 t<240 t;負載率=193 t/240 t×100%=80.4%，浮吊符合吊裝基本要求。

4.4 最長梁段工況分析

按照最不理想的情況下進行計算，6+7節段長21 m重約為81 t;回轉半徑44 m，臂長為95 m左右;起升動載系數=1.1×1.1=1.21，采取500 t浮吊，桿長105 m，回轉半徑44 m，傾角為65°夾角，吊鉤重量為5 t，鋼絲繩重2 t，吊耳重1 t。

可知額定起吊能力Q=140 t;計算重量Qj=（81+5+2+1）×1.21=108 t<140 t;負載率=108 t/140 t×100%=77.2%，浮吊符合吊裝基本要求。

4.5 扣塔吊裝工況分析

鋼管運至現場拼裝完成后，采用500 t浮吊進行轉向90°傾角，同時進行立面豎向翻身，采用500 t浮吊吊裝，北京方向（北岸）處扣塔，在北岸存梁場地進行起吊，由于浮吊不能全回轉，起吊完成后，通過拋錨小船及船纜繩進行浮吊角度的調整，配合浮吊前進的動力吊至落架點上方，然后緩慢調整浮吊仰角，利用左右風纜繩進行調整，并落梁定位[3]。

扣塔工況分析計算：按照扣塔最不理想的情況下進行計算，扣塔第三段重約為65 t;吊裝工作半徑44.2 m，吊裝高度約72.9 m（相對于最低水位29.4 m）;采用一臺500 t浮吊，桿長104.5 m，回轉半徑44.16 m，傾角65°夾角，起吊重量可達140 t，吊鉤重量為5 t，鋼絲繩重2 t，吊耳重1 t。可知額定起吊能力Q=140 t;計算重量Qj=（65+5+2+1）×1.21=88.4 t<140 t;負載率=88.4 t/140 t×100%=63.1%，浮吊滿足吊裝基本條件。

4.6 拱肋最重梁段C拱肋的吊裝

C拱肋吊裝采用500 t浮吊工況，施工時考慮C大節段重量約為92 t，為拱肋節段吊裝中重量最重的節段，采用浮吊吊裝時，吊裝采用雙鉤掉吊裝，先吊裝靠近舊橋處的拱肋，分南北岸左右對稱吊裝。按照拱肋C組合節段在最不利的情況下進行計算，拱肋C節段重約為92 t;起吊工作半徑為44 m，起吊高度大概34 m;起吊動載系數=1.1×1.1=1.21。采用500 t浮吊，桿長為104.5 m，回轉半徑44 m，傾角為65°夾角，吊鉤重量為5 t，鋼絲繩重2 t，吊耳重1 t。

可知額定起吊能力Q=140 t;計算重量Qj=（92+5+2+1）×1.21=121 t<140 t;負載率=121 t/140 t×100%=86.4%，符合浮吊吊裝的基本要求。

4.7 最高梁段F拱肋的吊裝

采用500 t浮吊吊裝，由于浮吊不能全回轉，起吊完成后，利用拋錨小船及船纜繩進行浮吊角度的調整，配合浮吊前進的動力吊至落架點上方，然后緩慢調整浮吊仰角，利用左右風纜繩進行調整，進行落梁定位。按照拱肋F節段最不理想的情況進行計算，拱肋F節段重約為44 t;起吊工作半徑為44 m，起吊高度大概51 m;起吊動載系數=1.1×1.1=1.21。采用一臺500 t浮吊，桿長104.5 m，回轉半徑44 m，傾角65°夾角，吊鉤重量為5 t，鋼絲繩重2 t，吊耳重1 t。

可知額定起吊能力Q=140 t;計算重量Qj=（44+5+2+1）×1.21=52 t<140 t;負載率=52 t/140 t×100%=37.2%，達到了浮吊吊裝的基本目的。

5 總體吊裝工藝流程

（1）施工場地布置、吊裝場地換填處理。

（2）在人工圍堰未開挖前，進行拱座一期混凝土澆筑及扣塔預埋板，支架預埋板的建設，拱座吊裝、A拱肋及邊拱肋轉場施工。

（3）在搭設邊跨、中跨臨時支架，采用深孔鋼管樁錘擊震動施工，50 t汽車吊裝配合臨時支架拼裝、架設施工。

（4）采用360 t履帶吊按順序吊裝邊拱肋吊裝、A節段拱肋吊裝、第一段扣塔支架吊裝定位。焊接完成后澆筑混凝土進行內填段。

（5）采用360 t履帶吊分別吊裝5#縱梁，其中5#梁約重101 t。

（6）采用500 t浮吊分別吊裝兩岸拱肋結合段8#（B）梁，吊裝相配的中間橫梁、次縱梁。

（7）采用500 t浮吊分別吊裝兩岸6#+7#節段梁吊裝及相配的中間橫梁、次縱梁，其中6+7組合節段為81 t。

（8）采用360 t履帶吊分別吊裝兩岸4#、1#梁，吊裝相配的中間橫梁、次縱梁。

（9）采用360 t履帶吊拆除邊跨臨時支架，并澆筑沉重段混凝土。

（10）采用500 t浮吊吊裝第二、三段扣塔支架吊裝，同時完成掛扣系統的施工。

（11）采用500 t浮吊按順序進行吊裝，分別為吊裝拱肋C、D、E、F、G節段（合攏段）、臨時風撐和中間橫撐，利用拱肋接頭的馬板栓接，由底板往頂板拼接，利用扣塔拉索精確定位，拱肋吊桿的掛索工序在拱肋吊裝前完成。

（12）橋面臨時系桿的施工，全橋安裝4對15-31臨時系桿，每根施加3 000 kN預拉力;由于中跨為209 m，臨時系桿跨中跨橋面進行布置，為避免安裝臨時系桿時的封航，在中跨橋面位置處布設20組滑輪，在另一岸的邊跨橋面采取卷揚機牽引臨時系桿鋼絞線至錨固。

（13）拆除中跨臨時支架及扣塔。

（14）第一時間按下吊索掛鎖，500 t浮吊吊裝中跨橋面系9 m長梁段，每節段吊裝到安裝位置后，采用臨時馬板焊接定位及吊索固定，待監測合格后，進行下節段的施工。

（15）在拼裝合攏段之前，進行跨中橋面的拉桿的張拉及分級卸載臨時系桿。

采用同步千斤頂同步張拉1#、2#臨時拉桿至設計索力，單根拉桿張拉控制力350 t;分級卸載臨時系桿b進行拆除;采用千斤頂同步張拉3#、4#臨時拉桿至設計索力，單根拉桿張拉控制力350 t;分級卸載時系桿a進行拆除;采用千斤頂同步張拉5#、6#臨時拉桿至設計索力，單根拉桿張拉控制力350 t。

（16）對臨時拉桿進行一根根校驗張拉后，采用電動葫蘆提升13#主縱梁（約4.7 t，分兩個L形，一件L型狀2.35 t），拼裝13#跨中合攏段主縱梁，安裝時由于臨時拉桿的存在，分成兩件L形組件拼接，拼接時，首先完成L形組件相互間合攏段縱縫焊接，再進行橫橋向環處焊縫的焊接，及相應的橫梁、次縱梁，完成合攏段焊縫，完成合攏。

6 結語

系桿拱具備剛度高、跨度大、穩定性好、抗震性能好的優勢，該文以京臺高速跨越京杭大運河工程為實例，對系桿拱施工方案進行了說明，同時就系桿拱橋扣塔輔助架設施工技術進行了研究，并對拱座，扣塔、最長、最重、最高梁段的工況進行了分析和計算后，均符合浮吊吊裝的基本要求，希望對類似工程的相關工作人員提供有利參考。

參考文獻

[1]何康. 系桿拱橋吊桿初張拉索力的計算研究[J]. 工程建設與設計， 2016（1）： 36-37.

[2]邢燕羽. 某鋼管混凝土系桿拱橋設計參數優化分析[J]. 工程建設與設計， 2019（4）： 21-22.

[3]秦進. 系桿拱橋臨時支墩的搭設與預壓[J]. 工程建設與設計， 2011（10）： 32-33.

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