大跨系桿拱橋鋼結構水上運輸與安裝施工技術

摘要：文章以某計算跨徑為265 m的下承式鋼管混凝土系桿拱橋為工程背景，介紹了大橋鋼結構水上運輸與安裝技術，主要包括鋼結構的節段劃分、水陸轉運、纜索吊裝工藝以及鋼結構安裝線形監控等。大橋實測結果表明：拱肋最大線形偏差為23 mm，格子梁最大線形偏差為10 mm，線形精度控制良好，順利實現了全橋拱肋和格子梁的高精度和高質量合龍。該施工技術具有良好的參考和借鑒作用。

關鍵詞：系桿拱橋；鋼結構；水上運輸；纜索吊裝；線形

中圖分類號：U488.22+5" " " 文獻標識碼：A" " " " DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.032

文章編號：1673-4874（2024）11-0105-03

0引言

鋼管混凝土系桿拱橋在施工時，通常是先在鋼結構預制場加工成若干鋼構件，再將這些預制節段運輸至橋位處進行安裝。傳統的安裝方法中，若有條件，鋼結構預制場可考慮布置在起吊場附近，通過平車一次運輸即可到達橋位起吊位置；受場地條件限制時，若鋼結構預制場布置離起吊場較遠，可以考慮通過平車將預制節段多次轉運到達橋位起吊位置。以上兩種方法僅適用于陸地上交通便利條件下的鋼結構運輸，以及鋼結構預制節段在陸地上進行起吊安裝。本文以某鋼管混凝土系桿拱橋為工程背景，展開對拱肋和格子梁鋼結構水上運輸及安裝施工的技術研究，利用汽車將鋼結構從預制場運輸至與待建造橋梁最接近的碼頭，然后通過汽車吊將鋼結構從碼頭吊裝至運輸船，再利用運輸船運輸至橋位處進行水上起吊安裝，解決大型橋梁建造用鋼結構的水陸轉運和安裝問題［1］，為同類型橋梁施工提供借鑒。

1工程背景

某橋為下承式鋼管混凝土系桿拱橋，拱軸線采用懸鏈線，拱肋計算跨徑為265 m。拱肋為等截面鋼管混凝土桁架結構，采用Q345C鋼材，拱肋截面徑向高6.0 m，肋寬2.8 m。每片拱肋上下弦均為兩根1 000 mm鋼管混凝土弦管，壁厚分20 mm、22 mm、24 mm和28 mm 4種規格，管內混凝土采用C55自密實補償收縮混凝土。主弦管之間通過平聯管橫向連接，吊點平聯采用610 mm×16 mm鋼管，非吊點平聯采用610 mm×12 mm鋼管。拱肋跨間橫撐（K型、米字型）水平弦桿采用610 mm×12 mm鋼管，斜向弦桿采用550 mm×12 mm鋼管，腹桿均為350 mm×10 mm鋼管。單片拱肋上下弦通過腹桿連接，豎腹桿和斜腹桿均采用450 mm×12 mm鋼管。橋面梁采用鋼格子梁的鋼-混凝土組合橋面板，格子梁為工字型截面，采用Q345C鋼材。

2施工綜述

從纜索系統吊裝能力、吊裝節段穩定性、減少接頭數量、避免結構空間沖突等方面考慮，全橋共設計成28個拱肋節段和27個格子梁節段安裝，其中鋼構件最大吊重為拱肋第2節段，重量達79 t。全橋拱肋和格子梁在六景工業園區內的鋼結構預制場加工及防腐，完成后利用龍門吊配合炮車轉運鋼結構至南寧港內，接著利用汽車吊配合炮車運輸鋼結構至碼頭吊裝區，最后將鋼構件緩慢放置在碼頭的運輸船艙上并固定，沿水路運輸至橋址位置進行纜索系統水中起吊安裝。

3鋼結構運輸技術

3.1鋼結構場內轉運至碼頭

鋼構件場地內運輸采用1臺80 t龍門吊及1臺60 t龍門吊，雙機協同抬吊沿龍門吊軌道將鋼構件轉運至預先停放的炮車上。為防止南寧港內路面被鋼構件碰撞損壞，運輸存放前，根據鋼構件尺寸提前在存放位置安放枕梁。利用炮車運輸，再輔以汽車吊將鋼構件吊裝存放至預先設置的枕梁上。

3.2鋼結構碼頭轉水路運輸

鋼構件陸運轉水運，通過汽車吊配合2輛平板車實現，洪水期間不得運輸鋼構件。主要轉運方法為：拱肋采用1臺260 t和1臺350 t汽車吊配合平板車將其運輸至南寧港碼頭吊裝區域，運輸路線為30 m。格子梁采用1臺260 t和1臺350 t汽車吊抬吊鋼構件至炮車上，按路線將其運輸至南寧港碼頭。

運輸船提前駛入南寧港碼頭，與定位樁固定就位。吊裝拱肋至運輸船時，保證260 t吊車主臂半徑控制在9～12 m，臂長控制在17.6 m；保證350 t吊車主臂半徑控制在12～14 m，臂長控制在20.2 m。吊裝格子梁至運輸船時，保證260 t吊車主臂半徑控制在6～14 m，臂長控制在17.6 m；保證350 t吊車主臂半徑控制在6～14 m，臂長控制在20.2 m。

結合拱肋、格子梁及船艙尺寸，每次分別可運輸2段拱肋和1段格子梁。拱肋立式運輸，采用“支墊限位裝置”固定防止側翻。由于格子梁標準段寬度為12 m，大于船艙寬度，須加工 “枕墊限位裝置”，將格子梁平放在船艙上方運輸。

4鋼結構安裝技術

4.1纜索系統設計

全橋拱肋和格子梁采用纜索吊裝法懸臂拼裝。大橋纜索系統布置跨徑組合為282 m+400 m+282 m，塔架設計為主扣合一形式，采用萬能桿件結構，塔架最大高度為122 m。纜索系統設置兩組主索道，單組索由4根50 mm密封鋼絲繩組成，設計吊重為2×40 t。其工作可根據吊裝對象不同靈活組合調整，適用于全橋不同階段的安裝施工：將2套主索合起來成為一組，并移動到塔架上游或下游可完成拱肋吊裝；移動到塔架中間可完成橫聯吊裝；一分為二并各自移動到塔架兩側即可完成橋面格子梁吊裝，大大提高了安裝效率。大橋纜索系統整體布置如圖1所示。

4.2拱肋纜索吊裝

全橋共28個拱肋吊裝節段、共9道永久“K”撐和“米”字形橫撐，同時為增強首節段拱肋安裝后的穩定性，在兩岸上下游拱肋間共設置了4道臨時“一”字形橫撐。拱頂設置短接合龍。現場拱肋安裝時要求按節段1～節段7的順序，兩岸上下游對稱安裝。每完成上下游對稱節段后，及時安裝永久或臨時橫撐，確保拱肋懸臂段穩定。拱肋安裝順序如圖2所示。

在運輸船到達起吊拱肋下方時停止，船頭拋錨固定，依靠船尾螺旋槳提供動力，將船體打橫。通過船頭鐵錨卷揚機、船尾螺旋槳動力調整運輸船縱向位置，使其位于拱肋軸線正下方，并保持固定位置；采用兩組主索系統進行拱肋節段吊裝，依次為：水中雙吊點垂直起吊運輸→縱移至已安裝節段接頭位置→高強螺栓初步固定→安裝拱肋扣索和拱肋側纜風→分級張拉扣索及松張側纜風→根據監控量測調整拱肋線形→精確調整后解除拱肋吊點→重復上述步驟至全橋拱圈合龍［3］。

拱肋接頭通過內置式法蘭高強螺栓連接，預安裝拱肋節段精確就位后再焊接外包板。節段安裝時采用折疊式高空作業平臺輔助施工，作業平臺在鋼結構存放場內安裝，與拱肋一同運輸至橋位處。由于大橋拱肋節段吊裝不受扣索影響，拱肋起吊前于船艙內將折疊式作業平臺打開，形成作業平臺。展開順序為：上下步梯及前護欄→焊接平臺→斜桿及側護欄。

4.3格子梁纜索吊裝

全橋格子梁劃分為2個端頭段、24個標準段和1個合龍段，安裝順序為從兩岸拱腳往跨中對稱安裝。格子梁安裝順序如圖3所示。

安裝格子梁端頭段時，端頭段寬度為20.15 m，兩肋跨間凈距為22.85 m，在主縱梁以及與端橫梁相交位置焊接4個吊耳，采用纜索系統從水中運輸船上垂直起吊并穿出拱肋上方，再縱向移動落位至交界墩預安裝位置。

安裝格子梁標準段及合龍段時，為避免格子梁與拱肋結構物沖突，在橫梁上下游兩端位置共安裝4個接長吊具［4］。吊具通過螺栓與格子梁連接，便于吊具在格子梁吊裝過程中隨拆隨用。將纜索系統主吊點與吊具連接，從水中運輸船上垂直起吊并縱移至上一節段格子梁接頭位置。格子梁接頭采用栓焊結合的形式，腹板通過節點板與高強螺栓連接，上下翼緣板采用焊接。

5監控量測

5.1測點布置

拱肋安裝線形高程控制點布設在每個懸臂拼裝段端部，格子梁安裝線形高程控制點布設在每根吊桿與格子梁橫梁上錨固點位置。全程均采用全站儀觀測及復核。

5.2結果分析

全橋格子梁合龍后，對拱肋和格子梁線形通測，并與理論值進行對比分析。鑒于篇幅有限，以下數據僅取下游進行分析（注：“N”代表南寧岸，“L”代表柳州岸），結果如圖4所示。

由圖4可得，拱肋和格子梁安裝線形與目標線形吻合，鋼管拱肋高程最大偏差為23 mm，格子梁高程最大偏差為10 mm，均滿足規范要求，精度控制良好。

6結語

本文以某下承式鋼管混凝土系桿拱橋為工程背景，詳細介紹了大橋鋼結構水上運輸與安裝技術，包括鋼結構的節段劃分、水陸轉運、纜索吊裝工藝以及鋼結構安裝線形監控。工程應用結果表明，通過本施工技術的應用，大橋僅用39 d就完成了28段拱肋和9段永久橫撐的運輸和吊裝，用時15 d完成了27段格子梁的運輸和吊裝。全橋線形精度控制良好，順利實現了全橋拱肋和格子梁的高精度和高質量合龍。該施工技術具有良好的參考和借鑒作用。

參考文獻：

［1］馬文輝，農奇鋒，魏華，等.一種橋梁建造用鋼結構運輸方法［P］.中國：CN109823970B，2020.

［2］嚴勝杰.大跨度鋼管混凝土提籃拱橋拱肋關鍵施工技術［J］.西部交通科技，2023（11）：165-167.

［3］魏華.沙尾左江大橋鋼管拱肋安裝關鍵技術［J］.公路，2023，68（8）：195-200.

［4］張柳霜.大跨度鋼管混凝土拱橋格子梁安裝關鍵施工技術［J］.西部交通科技，2023（7）：161-163.

作者簡介：吳為星（1980—），工程師，主要從事橋梁工程現場施工技術管理工作。

收稿日期：2024-05-06