楊佳林 房超珺 李 波

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；2. 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 上海 200092

目前國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)越來(lái)越追求結(jié)構(gòu)新穎、線形優(yōu)美。拱橋施工目前主要采用下列幾種工藝：

1）拱上吊機(jī)、對(duì)稱懸臂拼裝工藝。

2）支架法，大型浮吊安裝就位施工工藝。

3）豎轉(zhuǎn)法施工工藝。

4）平豎結(jié)合轉(zhuǎn)體法施工工藝。

合龍段施工是整個(gè)鋼拱橋工程重要的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，合龍時(shí)相鄰匹配面的精度控制至關(guān)重要，合龍后鋼拱橋整體能否做到嚴(yán)絲合縫也是重難點(diǎn)之一。同時(shí)還應(yīng)考慮合龍的時(shí)間、合龍段工廠制作長(zhǎng)度與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際長(zhǎng)度的匹配、吊裝工況、臨時(shí)固定等方面的問(wèn)題[1-5]。

1 工程概況

某市沿江公路運(yùn)河通道工程主橋?yàn)殡p孔異形下承式鋼拱橋（圖1），跨徑為252 m＋106 m，全長(zhǎng)約1.8 km，本橋拱肋分為主拱和邊拱，在空間上呈現(xiàn)異形。橋梁跨徑達(dá)358 m，高度達(dá)到近70 m，屬于特大跨徑鋼結(jié)構(gòu)拱橋，存在安裝高、跨度大的特點(diǎn)，拱軸線采用二次拋物線，設(shè)計(jì)矢跨比1∶4.75，橋型一側(cè)為單片拱，另一側(cè)為雙片拱。主拱由變高段和分叉段組成，邊拱與主拱在拱頂交會(huì)，邊拱與主拱之間設(shè)有橫撐。

圖1 運(yùn)河二通道橋工程效果圖

該工程主橋箱梁安裝施工主要存在以下難點(diǎn)：

1）由于受運(yùn)輸影響，原設(shè)計(jì)節(jié)段劃分無(wú)法滿足陸路運(yùn)輸條件。

2）異形拱肋其吊點(diǎn)的設(shè)置，較為復(fù)雜。

3）異形拱肋節(jié)段安裝較為復(fù)雜，尤其是拱梁結(jié)合段（首節(jié)段）情況復(fù)雜，既需要與箱梁對(duì)位，又要保證其精度。同時(shí)，合龍段由于是三肢合龍，對(duì)拱肋安裝是個(gè)極大的考驗(yàn)。

針對(duì)上述難點(diǎn)，我們通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)節(jié)段的再劃分，解決了拱肋節(jié)段的陸路運(yùn)輸問(wèn)題；通過(guò)建立三維模型，解決了吊點(diǎn)的設(shè)置問(wèn)題；通過(guò)一系列施工手段，完成了復(fù)雜的異形拱肋吊裝。異形拱肋節(jié)段的安裝施工，是本工程安裝施工的一個(gè)難點(diǎn)、重點(diǎn)，下面作重點(diǎn)說(shuō)明。

原設(shè)計(jì)意圖合龍節(jié)段為三肢合龍，橋梁高度高、節(jié)點(diǎn)安裝質(zhì)量大、合龍時(shí)需要匹配的面過(guò)多，給施工帶來(lái)很大的難度。后與設(shè)計(jì)溝通，對(duì)合龍工藝進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整后，本工程拱肋共設(shè)有2次合龍，第1次為主拱合龍，第2次為邊、主拱合龍，合龍位置均避開(kāi)了拱頂交會(huì)段。

2 合龍前的準(zhǔn)備

1）吊點(diǎn)的設(shè)置。為了保證橋位拱肋高空安裝順利及吊裝安全，拱肋采取偏心吊裝，即拱肋吊裝姿態(tài)為安裝姿態(tài)，此種吊裝姿態(tài)大大增加了吊裝困難。在吊裝前，所有異形拱肋吊裝節(jié)段全部用Auto CAD軟件建模，軟件自動(dòng)導(dǎo)出節(jié)段重心。計(jì)算出重心后，根據(jù)重心位置，利用彎矩平衡原理算出吊點(diǎn)位置及鋼絲繩長(zhǎng)度，布置吊裝吊耳。

2）吊裝前拱肋節(jié)段翻身。由于運(yùn)輸?shù)脑?，拱肋?jié)段在卸車時(shí)需要進(jìn)行翻身操作。本工程采用了650 t履帶吊輔以50 t汽車吊的空中翻身方法，使拱肋完成90°翻轉(zhuǎn)，達(dá)到從運(yùn)輸姿態(tài)向吊裝姿態(tài)的調(diào)整。具體方法為：首先履帶吊將節(jié)段吊至地面，采用2臺(tái)50 t汽車吊到達(dá)指定吊裝位置，同時(shí)完成履帶吊、汽車吊掛鉤工作；其次采用履帶吊、汽車吊緩慢提升，提升高度約7 m，停止提升，汽車吊緩慢降鉤，直至全部卸載，履帶吊承擔(dān)全部吊裝荷載；再次將汽車吊移位至節(jié)段內(nèi)側(cè)并掛鉤，汽車吊提升，將節(jié)段翻身90°；最后將履帶吊、汽車吊緩慢降鉤，落至地面，完成后序吊裝狀態(tài)。

3 合龍時(shí)間的選擇

考慮到鋼結(jié)構(gòu)材料具有的熱膨脹特性，對(duì)氣溫的變化會(huì)十分敏感。施工中合龍段的起吊作業(yè)，宜考慮在氣溫較低時(shí)進(jìn)行。伴隨著現(xiàn)場(chǎng)溫度的升高，合龍結(jié)構(gòu)之間間距會(huì)逐步減小，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后安裝定位碼板進(jìn)行初固定，然后進(jìn)行焊接作業(yè)，完成合龍施工。

1）繪制溫度曲線。通過(guò)收集近期天氣預(yù)報(bào)情況，并繪制48 h溫度曲線。利用溫度記錄儀在每個(gè)整點(diǎn)時(shí)間下觀察當(dāng)前天氣溫度情況，并記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)。

2）記錄對(duì)應(yīng)溫度下合龍間隙變化。同時(shí)選擇南側(cè)底板與頂板進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，記錄下各個(gè)整點(diǎn)時(shí)間不同溫度情況下底板、頂板的長(zhǎng)度（圖2）。根據(jù)溫度曲線圖，測(cè)量不同溫度下，合龍間隙的變化數(shù)值，并記錄成表。

圖2 溫度曲線示意

3）確定鋼拱肋合龍時(shí)間。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析，得到實(shí)測(cè)最高溫度為54 ℃，最低溫度為28 ℃，兩者合龍間隙相差1.50～1.80 cm，變化量在要求范圍內(nèi)。因?yàn)樽兓坎⒉淮?，所以?jīng)與業(yè)主、設(shè)計(jì)溝通后確定，將合龍時(shí)間定于上午十點(diǎn)，合龍時(shí)氣溫定為37 ℃。

4 合龍配切工藝

為保證鋼拱能順利合龍，合龍段鋼拱在工廠制作時(shí)需留有余量。安裝前，需精確測(cè)量、計(jì)算合龍段拱肋實(shí)際長(zhǎng)度，并進(jìn)行合龍段鋼拱余量切割。合龍段余量切割工藝流程如下：

1）流程一：控制點(diǎn)復(fù)測(cè)。對(duì)已吊裝、焊接完成節(jié)段控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行反復(fù)測(cè)量。

2）流程二：布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在箱梁梁段及合龍段環(huán)口位置上布置加密的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3）流程三：測(cè)距。測(cè)量出每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的直線距離長(zhǎng)度。

4）流程四：余量線繪制。以合龍段基準(zhǔn)端環(huán)口為基準(zhǔn)，先以頂、底板控制點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)畫(huà)出余量線，再以兩側(cè)腹板控制點(diǎn)數(shù)據(jù)畫(huà)出腹板余量線。頂?shù)赘拱迳系挠嗔烤€應(yīng)為閉合的四邊形，如不閉合，則數(shù)據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題，需重新測(cè)量，再畫(huà)線。

5）流程五：切割余量。

5 合龍段吊裝施工

合龍段吊裝施工時(shí)，在吊裝最不利的工況位置，即在拱頂交會(huì)處，拱肋節(jié)段自重約9 t/m?？紤]設(shè)備的實(shí)際情況，節(jié)段分段質(zhì)量必須控制在50 t以內(nèi)，安裝高度約68 m（拱頂標(biāo)高：＋72.986 m，地面以＋5.500 m標(biāo)高計(jì)）。同時(shí)由于此處橋面寬度為33 m，吊裝此合龍段施工采用650 t履帶吊吊裝施工，采用抬吊施工方法將節(jié)段提升就位。吊機(jī)采用90 m把桿，在26 m工作半徑，使各吊點(diǎn)及鋼絞線受力均勻后緩慢提升。吊裝初始定位位置應(yīng)保證環(huán)口與環(huán)口對(duì)應(yīng)，節(jié)段外側(cè)面頂板、底板、腹板錯(cuò)口應(yīng)平齊。

6 合龍段臨時(shí)固定及焊接施工

合龍段吊裝就位精度保證后，環(huán)口部位臨時(shí)用碼板固定，碼板采用鋼板在環(huán)口四周每50 cm設(shè)置1塊。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度變化對(duì)縫寬的影響，在施工之間，碼板臨時(shí)固定有2種預(yù)案可以選擇：

1）合龍段兩側(cè)面同時(shí)開(kāi)焊固定，安排2批焊工同時(shí)進(jìn)行操作。

2）先將一側(cè)用碼板焊接固定好，待在合適溫度時(shí)再行固定另一側(cè)。

經(jīng)過(guò)研究分析，在實(shí)際項(xiàng)目施工中，采用第2種方案，即合龍段就位后，先將一側(cè)（東）環(huán)口按要求進(jìn)行碼板固定，開(kāi)始焊接作業(yè)，此時(shí)，另外一側(cè)（西）仍然處于自由狀態(tài)。

待一（東）側(cè)焊縫基本完成，此時(shí)溫度也趨于穩(wěn)定。另一（西）側(cè)焊縫間隙達(dá)到要求后，快速進(jìn)行碼板固定，并進(jìn)行焊接施工。

7 合龍定位措施

合龍前通過(guò)扣索、橫向纜風(fēng)索，對(duì)拱肋進(jìn)行線形、標(biāo)高的調(diào)整，并根據(jù)需要進(jìn)行溫度修正。合龍后對(duì)拱肋線形及位置實(shí)施精確測(cè)量，通過(guò)扣索和拱頂合龍裝置進(jìn)行精調(diào)，調(diào)整合格后固定合龍裝置，進(jìn)行合龍節(jié)段間連接處的焊接工作，完成后拆除臨時(shí)合龍裝置（圖3）。

圖3 合龍段定位措施示意

本工程在邊、主拱合龍的時(shí)候，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，除了要采取上述合龍措施外，其如何定位是一個(gè)難點(diǎn)。

由于合龍段需要匹配的“面”較多，所以在施工的過(guò)程，制定了先選定一個(gè)“面”精確匹配，其他面隨之調(diào)整的原則來(lái)進(jìn)行。

在合龍節(jié)段安裝前，選擇BL7為基準(zhǔn)面，用全站儀在BL7臨時(shí)支架頂部的工字鋼上測(cè)放出合龍段的輪廓邊線，并用20a#工字鋼垂直焊接在工字鋼頂面，起到拱肋節(jié)段安裝前的限位作用（圖4）。

與BL7截面完全匹配后，該面焊接少量碼板（單側(cè)1塊），在吊機(jī)不松鉤的情況下，用千斤頂配合手拉葫蘆，微量調(diào)整其他幾個(gè)面的匹配情況。在此過(guò)程中，測(cè)量?jī)x器為輔助手段，主要觀察其他幾個(gè)面的錯(cuò)邊情況和焊縫間隙。當(dāng)錯(cuò)邊和焊縫間隙均小于10 mm時(shí)，合龍到位，迅速采用大量碼板固結(jié)，進(jìn)入焊接施工。

圖4 合龍段定位措施示意

8 結(jié)語(yǔ)

鋼箱拱橋空間異形拱肋合龍施工關(guān)鍵技術(shù)在該工程的成功應(yīng)用，使得異形拱肋合龍段安裝施工達(dá)到了以下預(yù)期的效果：

1）拱肋節(jié)段的再劃分，有效地解決了梁段的運(yùn)輸問(wèn)題，從而使后續(xù)吊裝工作得以實(shí)現(xiàn)。

2）采用三維建模的形式，確定異形拱肋重心，從而準(zhǔn)確地確定吊點(diǎn)，設(shè)置吊耳、吊繩，調(diào)整了拱肋的起吊姿態(tài)，降低了拱肋就位的難度。

3）根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的制造精度、氣溫、風(fēng)力影響等情況，對(duì)梁端位移進(jìn)行測(cè)算，施工過(guò)程利用鋼結(jié)構(gòu)自身的熱膨脹性促使合龍段同兩側(cè)斷面間距逐漸減小。

4）在異形拱肋的安裝環(huán)節(jié)，從場(chǎng)內(nèi)預(yù)拼開(kāi)始，到節(jié)段的翻身、三肢合龍段施工，解決了一系列的施工難題，取得了良好的施工效果。

隨著鋼拱橋的設(shè)計(jì)越來(lái)越追求結(jié)構(gòu)新穎、線形優(yōu)美等發(fā)展趨勢(shì)，此工程實(shí)例可為同類型橋梁的合龍施工提供一定的借鑒。