42米大跨度跨河鋼結構人行天橋制作和安裝施工技術研究

尚寧洲

中國五冶集團有限公司 上海 201900

1 工程概況

本橋梁所跨河道兩側分別為美蘭湖景區和諾貝爾科技公園，兩個景區沒有直接聯通，減少了游客及附近居民游玩的樂趣，而新建橋梁可縮短美蘭湖、北歐風情街與諾貝爾科技公園的距離，可極大提高游客及居民出行及游玩樂趣。橋梁上跨荻涇河，橋位處規劃河口寬 41.7m。河底標高約-1.0m，常水位 2.8m，梁底控制標高 6.2m。橋梁跨徑布置為 1-42=42m，橋梁凈寬 4.5m。

本橋采用鋼結構梁拱組合形式，拱肋同時兼有裝飾效果。拱肋在立面上跨中位置處線型向上延伸，距離跨中7.5m 處反彎至橋梁起終點，猶如展翅騰飛的雄鷹；平面在距離跨中 7.5m 位置向外延伸 2.5m，猶如雙向鉆石平面。拱肋與主梁間采用 10×5cm 的矩形扁鋼相連，扁鋼間距1.0m。在拱肋截面內間隔0.3m 布置一道縱向加勁肋。

橋梁上部采用鋼結構梁拱組合形式，箱梁高 0.8m，頂寬 6.6m，底寬 6.3m，拱肋采用 0.6×0.6 的八邊形方鋼結構，主梁與鋼橋面板縱橋向間距 1.0m 設置一道隔板。拱肋與主梁間采用 10×5cm 的矩形扁鋼相連，扁鋼間距 1.0m。在拱肋截面內間隔 0.3m 布置一道縱向加勁肋。下部結構橋臺采用輕型埋置式橋臺，臺帽寬 1.6m，高 2.0m，背墻厚0.6m；臺身下設 1.5m厚承臺，單個承臺接 3 根直徑為 0.8m的鉆孔灌注樁基礎。

2 工程施工難點

（1）本橋位置上下游均有橋梁，輪船浮吊受上下游橋梁跨底標高限制不能通過，因此在河面采取輪船浮吊的方式是不可行的。

（2）本橋梁橫跨荻涇，規劃河道內設置皮劃艇賽道，國際標準皮劃艇賽道單條賽道寬 9m，凈空 3m。為在橋梁跨中預留 2 條皮劃艇賽道，跨中不設立墩，因此無法采取河每邊吊裝一跨（24m）的方式吊裝。

（3）本橋一端的北歐風情商業街已建成投入使用，沒有可以讓大型吊車吊裝的工作面，因此只能在公園這側拼裝和吊裝。

（4）本橋長度42m，受運輸條件限制，只能采取工廠分塊制作、現場拼裝，現場拼裝需要設計制作胎架，既要考慮胎架的地基承載力，也要考慮胎架的精度，以確保橋梁跨度的弧度造型。

（5）本橋梁重約200t，選用最大起吊能力為800t的吊車整體吊裝，吊車自重1200t，因此臨河吊裝場地地基必須經過處理，以確保整個吊裝過程的安全。

（6）吊耳設置及其加固。橋梁吊裝設置8個吊耳，每個吊耳受力按大于28t，考慮安全因素，在吊設置吊點腹板兩側需要加固確保安全。

3 橋梁制作方案

（1）橋梁分段方案。考慮到橋梁的大件運輸的路線、方法與安全措施需要經相關管線管理部門審批同意，結合本項目的區域位置及重要性，審批程序麻煩，通過可能性也小。加上本項目42m跨人行橋，采用梁-拱組合鋼結構橋梁，由箱梁、拱肋及吊桿組成。在場外鋼結構加工廠分段制作完成，分段運輸至施工現場，梁-拱現場拼焊成一個整體后，再整體吊裝就位。箱梁分成11塊加工（縱向分段、橫向不分段）、拱肋分成6段加工。

（2）橋梁現場拼裝場地的地基處理。鋼結構橋梁在現場分塊拼裝成一個整體。拼裝場地對于場地平整度及地基承載力也有一定要求，淺層填土結構松散，含水量較高，拼裝工作區域范圍采用16t壓路機碾壓分層碾壓，低洼處用級配混凝土渣塊分層回填、碾壓密實，密實系數不小于0.97，經碾壓后拼裝區域地面承載力不小于70kPa。然后鋪設5.5m×1.5m×0.14m路基箱，路基箱鋪設好再按照圖1尺寸，拼裝區域澆筑10cm的混凝土，確保拼裝場地不受下雨影響。

圖1 拼裝場地平面圖

（3）橋梁拼裝胎架制作。橋梁現場拼裝需要在胎架上進行，在路基箱（5.5m×1.5m×0.14m）上安裝HW200×200×8×12型鋼立柱，立柱間距4m,高度1.5m～2.2m，立柱十字支撐與路基箱可靠焊接，見圖1所示。鋼梁立面線型中需計入鋼梁預拱度（按結構自重標準值+1/2 人群荷載頻遇值撓度 考慮），跨中預拱度設置為30mm。在調解支撐點高度與控制拼裝焊接施工中考慮，橋底調節的支撐面設置鋼板擱承受重量，防止橋底板的損傷，詳見圖1。

（4）橋梁拼裝胎架驗算。采用3D3S Design 2022.0軟件對型鋼立柱的承載力進行計算，經計算滿足使用要求，計算過程略。

（5）橋梁拼裝。在工廠進行預拼裝，經監理、總包單位檢查合格后方可運輸出廠。橋梁在現場拼裝按照中間往兩側的方向進行拼接，每塊拼裝完成后先進行平整度檢查，拼接縫隙寬度及水平度檢查，橋梁垂直與水平中心線的距離與設計圖紙尺寸誤差進行對照，經監理初驗合格后進行點焊連接，以此類推，拼接好全部橋梁。聯合監理、設計、總包單位對橋梁拼接質量、尺寸進行全方位檢查，檢查合格后方可進行焊縫滿焊工作，焊縫滿焊也是從中間往兩端進行施焊。現場使用半自動實芯焊絲二氧化碳氣體保護焊(GMAW)為主要焊接方法，焊條電弧(SMAW)、藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊(FCAW-G)為輔助焊接方法。焊接材料的化學成分、力學性能應與母材相匹配。焊縫金屬的性能必須滿足設計規定值。對于兩種不同等級的鋼材相焊時，焊材按低等級的鋼材進行選用。

（6）吊耳設置。橋梁吊裝采用800t吊車處設置8個吊耳，考慮受力角度不大于30度，每個吊耳受力按大于28t（192/8/0.86=27.9t）考慮。橋梁箱梁腹板下厚16mm，考慮安全因素，采用在吊設置吊點腹板兩側焊接鋼板（800×500×20），防止拉力撕裂箱梁板[1]。

（7）橋梁拼裝質量安全保證措施。1）定位焊焊縫所采用焊接材料及焊接工藝要求應與正式焊縫的要求相同。2）拼裝胎架的地基承載力必須滿足設計要求，并做好排水措施。避免因下雨導致地基不均勻沉降，引起胎架變形，從而導致橋梁變形。3）現場拼裝時采取的腳手架操作平臺及圍護結構應繪制平面圖、立面圖、剖面圖，以及拉結支撐及必要的細部節點圖，編制專項方案經批準后方可實施。4）派駐質量檢查人員和監理在加工廠監督制作質量，原材料進入加工廠必須經駐廠質量員和監理驗收方可使用，構件出廠前須經過駐廠質量員和監理檢驗合格并見證焊縫探傷合格后出廠。5）拼裝前對工人必須提前做好技術交底，質量控制的關鍵節點、關鍵尺寸務必讓工人掌握，并加強過程控制，上道工序未經驗收合格，不得進入下一道工序施工。6）現場焊縫滿焊后，按設計要求進行焊縫探傷檢驗，不合格的焊縫必須清除并重新焊接。7）拼裝完成后建設單位、設計單位、監理單位、施工單位、檢測單位共同驗收合格后方可進行吊裝。

4 橋梁吊裝方案

（1）吊裝機械的選擇。本項目橋梁吊裝最重的橋梁結構重量為192t。根據現場實際情況，選用徐工800t履帶吊拼裝成型一次性吊裝到位。由于受場地條件限制，需要選用兩種工況來先后吊裝。1）吊車面向制作場地從制作胎架上吊起橋梁時受場地限制，吊車后面不能加超起配重，因此選擇后配重=0時，主桿選用72m主臂，在回轉半徑為15m的時候可以吊306t，可以滿足履帶懸吊重物允許負荷額度工作的要求。在此工況下，吊車把橋梁從制作場地制作胎架上緩緩吊起，旋轉至吊車主臂面向橋墩方位，然后增加超起配重，進入下一個工況來吊裝[2]。2）800t履帶吊車超起SHB工況，后配重=430，超起半徑22m，800t履帶吊主桿選用72m主臂，在回轉半徑為47.15m的時候可以吊225t，可以滿足吊裝橋梁到橋墩工作的要求，可參見徐工XGC 型800t-12000tm 履帶起重機額定起重量手冊。

（2）吊裝場地地基處理及驗算。1）吊裝場地的地基處理。800t吊車對地基承載力要求很高，原狀地基承載力不滿足要求，需要進行加固處理：挖除表層雜填土（約1.5m厚），至第 ②層褐黃～灰黃色粉質粘土層，然后采用級配混凝土碎塊分層回填，每層回填厚度約0.5m，用16t壓路機分層碾壓密實，密實系數不小于0.97，確保地基承載力≥150kPa，通過土工試驗檢測；表面平整度誤差不得大于1%。地基處理區域澆筑50mm厚混凝土散水，吊裝場地周圍做好排水溝，確保下雨時雨水能夠及時排走，吊裝區域地基不受雨水浸泡降低地基承載力或引起不均勻沉降。2）路基箱承載力驗算。由吊車廠家提供800t履帶吊專配重型路基箱，規格為6m×2.3m×0.25m，單塊路基箱平均承載力為139.67t（廠家提供）。采用3D3S Design 2022.0軟件對重型路基箱的承載力進行計算，經計算滿足使用要求。3）地基承載力驗算。根據《巖土工程勘察報告》，場地平整后標高為4.10m(吳淞高程)，第②層褐黃～灰黃色粉質粘土層層位穩定，埋深適中，土質良好，中壓縮性，具有一定的抗壓和抗剪強度，其承載力設計值為 80KPa。①：對②粉質粘土層的承載力驗算。對地面總壓力計算：800t履帶吊自重+吊具吊索重量+橋梁重量= 1183t+2.3t+190t（含吊具）=1375.3t。1.5m厚級配混凝土塊的應力擴散角按30度考慮，②粉質粘土層受力面積為240m2，土層壓力=1375.3÷240=5.73t/m2，大于②粉質粘土層地基土承載力特征值8t/m2，滿足要求。②：對③層淤泥質粉質粘土層的驗算。根據地勘報告，第③層淤泥質粉質粘土層，為軟弱下臥層。按履帶起重機基礎b=4.0m計；基礎底面至第③層淤泥質粉質粘土層深度h1=4.1m～0.95m=3.15m。h1/b=3.15/4=0.79；根據上海市《地基基礎設計標準》（DGJ08-11-2018）5.2.4條，可不計下臥層影響。下臥層滿足要求。4）穩定驗算。吊裝場地鄰近荻涇河7～9m，距離小河溝1m，需對河道邊坡穩定性進行驗算，軟件采用同濟啟明星邊坡穩定分析軟件SLOPE1.0列軟件。按吊裝區域距河道最小距離1m，地基最大反力150kPa進行復核，邊坡穩定安全滿足要求。

（3）800t履帶吊現場拼裝。800t履帶吊采取散件運輸入場，現場拼裝成整體后投入使用，拼裝場地布置見圖2。

圖2 拼裝場地施工平面布置圖

800t吊車單件最大重量44t，最大寬度3.4m，最大長度13m，采用最大載重量55t的帶鵝頸低平板車。

吊車組裝需要的大型機械：單件最大重量44t，采用1臺200t汽車吊進行吊運。

800t吊車組裝由廠家及設備租賃單位負責完成，組裝順序嚴格按說明書實施。組裝完成后，進行大型機械設備驗收，驗收合格后可投入使用。

（4）模擬吊裝受力分析。采用BIM、3D3S模型下受力分析計算等軟件進行虛擬預拼裝及吊裝，實現三維模擬安裝及受力分析，驗證設計受力及吊耳設置是否合理。通過模擬分析，現場吊裝時受力及吊耳設置能夠滿足安全吊裝的要求。

（5）橋梁吊裝。1）800tSHB工況，超起不加配重工況，15m半徑吊起橋梁，將橋梁從制作胎架上緩緩吊起，向左緩緩旋轉，直至吊車基本垂直與河流方向。橋梁直到主臂朝向兩個橋墩連接線中點方向。2）用80t汽車吊給800t履帶吊加超起配重430t，超起配重完成后，800t履帶吊提升橋梁再緩緩爬臂直到把鋼結構橋梁放到橋墩上，詳見圖3。

圖3 超起吊裝示意圖

（6）橋梁吊裝防結構變形措施。鋼結構橋梁吊裝防止在吊裝過程中鋼結構變形，在系桿兩側水平焊接C10槽鋼加固。C10槽鋼與系桿點焊加固，在吊裝就位穩定后拆除。

（7）支座安裝就位及橋梁安裝后的調整方法。1）支座安裝。①支座中心線定位，橋墩混凝土澆筑預留好洞，螺栓預留洞尺寸安裝，（按照支座加工廠提供螺栓間預留洞）②支座定位固定加固、二次灌漿、養護、安裝支座，支座頂板預先焊接在箱梁底部，橋梁吊裝落位調整位置后，再把上支座與支座頂板焊接。2）橋梁定位。①在混凝土橋敦上放出中心線，每個橋墩兩側固定2個5t葫蘆，備用2個10t千斤頂。②吊裝橋梁，用留繩調整橋梁使橋梁中線與橋墩中線一致慢慢落下橋梁，當橋墩與橋梁受力觀察吊裝吊重表，吊車受力減輕10t左右，再用葫蘆和千斤頂精確調整橋梁位置，調整好后吊車慢慢減力直到吊車不受力。

（8）橋梁吊裝安全措施：1）吊裝的吊索索具的連接方式嚴格按方案中要求執行，本工程為影響較大的工程，計算時安全系數取8倍及以上。2）橋墩上施工平臺搭設：用10#槽鋼制作L型支架用膨脹螺栓與在橋墩固定，支架間距不大與2m。在L型支架上鋪設木跳板，并鋪設安全繩。3）現場鋼拱橋整體吊裝施工跨越狄涇河河道（不通航）應與有關部門聯系與批準。加強吊裝期間現場河道區域的施工管理方案措施的落實、加強現場動態管理與監督。非作業人員不得進入施工現場與吊裝區域河道。4）嚴格檢查吊索具、吊耳等重要材料、部位，執行吊裝令制度，確保滿足吊裝安全要求。整橋拼裝完成并經驗收合格后方可吊裝。5）橋梁吊裝過程中，橋梁兩端系好安全纜風繩，隨著吊車轉動也引導橋梁慢慢從平行河流方向改為垂直河流方向，轉向過程中應平穩，不得用力猛拽橋梁晃動引起吊車晃動等不安全行為。

5 吊裝過程中監測監控措施

（1）監測項目。吊車場地路基沉降。

（2）監測點布置。1）沉降監測基準點設路基箱體表面。在基準點位置預埋鋼板，拆模后焊接“L”型φ12圓鋼，頂部磨圓。2）監測點應穩固、明顯，施工中應注意對監測點的保護。

（3）監測設備。1）沉降監測采用水準儀觀測，水平位移（垂直度）監測采用經緯儀觀測或線錘和卷尺/鋼板尺量測。2）監測設備應滿足三等變形測量的精度要求，具有良好的穩定性和可靠性。3）監測設備應經過校準或標定，且校核記錄和標定資料齊全，并應在規定的校準有效期內。

（4）監測方法。變形監測應滿足下列要求：1）在較短的時間內完成。2）采用相同的觀測路線和觀測方法。3）使用同一儀器和設備。4）觀測人員相對固定。5）記錄相關的環境因素，包括工況、溫度、降水等。6）采用統一基準處理數據。

（5）監測頻率。在路基箱鋪設、履帶吊過程中及吊裝前后進行監測，監測頻率如下：1）鋪設完成初始值、履帶吊空車完成后監測一次。2）試吊完成后監測一次。3）吊裝完成后監測一次。4）吊裝過程中實時監測，每5分鐘監測一次。5）監測數據累計變化量較大或速率加快時，應提高監測頻率。

6 結束語

本項目通過對跨河鋼結構天橋的制作方案、吊裝方案的比選，結合現場不能采取浮吊和運輸條件受限制的客觀情況，采取了工廠分塊加工，現場拼裝城整體，利用大噸位吊車整體吊裝的施工方式，成功的解決項目施工難題，同時對吊裝場地進行地基處理并對地基承載力、路基箱承載力、地基承載力、河道邊坡穩定性、現場拼裝場地地基承載力進行了驗算，滿足安全要求，保證了整個施工過程的安全。即保證了工期，也降低了成本，對同類項目也具有一定的借鑒作用。