浅谈下承式钢管混凝土劲性骨架系杆拱桥整体吊装

张伟良 张秀国

（江苏舜通路桥工程有限公司 常州 213164）

金塔大桥位于金坛市开发区和白塔镇境内，横跨丹金溧漕河航道，桥梁与航道夹角78.65°，斜桥正做，航道改建标准为三级。桥梁中心桩号K0＋433.00，起点桩号 K0＋181.282，终点桩号K0＋584.66，桥梁全长403.378m。主桥总宽30.1m，引桥总宽27.7m。桥跨布置为10×20 m（预应力混凝土空心板）＋97m（下承式钢管混凝土系杆拱）＋5×20m（预应力混凝土空心板）。

主桥上部结构采用下承式钢管混凝土劲性骨架系杆拱，计算跨径96m，矢跨比1／5，矢高19.2 m，拱轴线为二次抛物线；系梁采用箱形截面，梁高2.0m，宽1.2m，拱脚处加宽至1.4m，加高至3.3m；拱肋采用哑铃形钢管混凝土，每个钢管外径1.0m，钢管及腹板壁厚14mm，钢管内充C40微膨胀混凝土，腹腔中不填充混凝土，拱肋高度为2.4m；每片拱肋设间距为5.0m的吊杆，共16根，吊杆为刚性吊杆，采用PESF7－61新型低应力防腐拉索；风撑采用5道一字型钢管风撑，2道K字风撑，钢管壁厚为14mm；端横梁高2.0m，中横梁高1.35m，宽0.6m，两侧设牛腿以支撑行车道板；行车道板采用25cm高实心板。

1 主桥施工顺序

金塔大桥主跨上部结构采用下承式钢管混凝土系杆拱结构，计算跨径96m，并采取“先拱后梁”法施工，先吊装右幅钢管拱及劲性骨架，然后进行左幅钢管拱及劲性骨架的吊装，半幅主桥施工具体步骤如下：

（1）钢管拱及系杆劲性骨架在厂家加工完成后，运至现场拼装、焊接成整体，安装风撑和临时横梁。拆除临时支点，在劲性骨架上安装系杆底模、绑扎钢筋、安装内心模。

（2）利用3 000kN和5 000kN浮吊整体将钢管拱及系杆劲性骨架整体吊装就位，同时拉好风缆，以保证其稳定性。

（3）拱脚及端横梁混凝土浇筑，张拉端横梁全部预应力束。

（4）压注钢管拱下钢管混凝土，养护待其达到设计强度，张拉系杆2束N7至1 800kN。压注钢管拱上钢管混凝土，养护待其达到设计强度，张拉系杆2束N8至1 200kN。

（5）侧模安装，浇筑系杆混凝土，待达到设计强度90%，张拉系杆第一批预应力束（2N1、2N4）；安装吊杆，进行吊索第一次张拉。

（6）对称安装1，4，5，9，10，14，15，18号共8道中横梁，浇筑横梁湿接头，待其达到设计强度90%；对称安装剩余10道中横梁，浇筑横梁湿接头，待其达到设计强度90%，张拉中横梁第一批预应力束（1N1，1N4）；张拉系杆第二批预应力束（2N1，2N5）。

（7）对称安装行车道板，张拉中横梁第二批预应力束（（1N2，1N3））；张拉系杆第三批预应力束（2N3，2N6）；吊索第二批张拉。

（8）桥面铺装、护栏施工；沥青摊铺及进行其他附属设施施工。

2 浮吊选择

3 000kN浮吊船长46m，船宽11m，船艏2侧各设2个浮箱，浮箱宽5.5m，长10m；船尾两侧各设1个浮箱，浮箱宽5m，长10m，船总宽22 m，吃水深度2m，扒杆长度为50m，起吊最佳角度60°时，起吊能力为2 350kN。

5 000kN浮吊船长49m，船宽11.6m，船艏和船尾2侧各设2个浮箱，浮箱宽6.5m，长10 m；船总宽24.6m，吃水深度2.1m，扒杆长度为50m，起吊最佳角度60°时，起吊能力为3 300 kN。

综上所述，本工程钢管拱吊装采用3 000kN和5 000kN浮吊进行吊装，扒杆长度为50m，起吊最佳角度60°，其起重能力5 650kN。根据2台以上起重机双抬吊重物时必须按额定吊装载荷的80%计算，5 640kN×80%＝4 520kN＞4 380 kN（主桥钢管拱及劲性骨架等吊装的总重量见表1），能够满足施工要求。由于航道局部不能满足要求，施工时对河道局部进行了改造。

表1 主桥半幅钢管拱劲性骨架及施工辅助设施重量

3 吊点位置确定、加固和受力分析

（1）吊点位置确定及加固。确定吊点位置主要考虑浮吊的起重高度、起吊重量、主桥桥墩距离河岸边的位置及钢管拱的变形量等因素。根据现场实际情况和充分利用钢管拱风撑抵抗吊装产生的水平力，钢丝绳应尽量靠近风撑钢管，对于不在风撑位置的吊点处设置直径80cm、壁厚8mm的钢管横向进行加固，以防拱肋钢管横向、竖向变形；每台浮吊在单片拱肋上设2个吊点，共设置8个吊点，每个吊点设双股吊装钢丝绳，吊点与拱肋的轴线呈30°～60°布置。钢丝绳分别捆绑在3与4号、6与7号、10与11号、13与14号风撑之间，其在钢管拱水平投影长度的间距为22.98，15.58，18.87，15.58，22.98m。吊点处采用角钢（L75mm×75mm×8mm）和圆弧钢板（厚20 mm，宽800mm）进行加固，从而防止拱肋钢管局部变形。见图1。

图1 钢管拱及劲性骨架吊点布置图（单位：cm）

（2）受力分析。由于钢管拱及劲性骨架吊装时，其跨度和矢高比较大，采用一般的方法进行力学分析时不能真实反映其受力状态，故分析时采用midas软件见图2，图3。对安装钢管拱及劲性骨架建立辅助模型进行分析。

图2 弯矩模型图

图3 变形模型图

将钢管拱简化为一般的平面杆系进行力学分析不能真实反映其受力状态，故分析时采用结构力学求解器软件按钢管拱实际尺寸建立辅助模型进行分析。

吊装时最大弯矩引起的应力为吊点处临时增加的横梁为28.5MPa，满足施工要求。

在吊装过程中，构件的最大变形为38.7 mm，满足要求。

钢丝绳最大拉力为：991.2kN。每个吊点处设置4股钢丝绳，则单股钢丝绳承受的拉力为247.8kN。吊装采用的钢丝绳为6×37、直径56 mm、钢丝强度极限为1 700N／mm2的钢丝绳。

查表得该型号钢丝绳Fg＝2 000kN，取不均衡系数α＝0.82，取安全系数K＝6，则钢丝绳的容许拉力：［S］＝α·Pg／K＝2 000×0.82／6＝273 kN＞S＝247.8kN，满足要求。

4 钢管拱及劲性骨架试吊

为了保证钢管拱及劲性骨架吊装顺利进行，并检验各种技术参数是否符合要求，在安装前进行了试吊，试吊主要对吊装设备和钢管拱进行下列检查。

（1）检查浮吊吃水深度和航道水深是否满足要求，保证安装过程中浮吊能够顺利前移和转动。

（2）检查吊装钢丝绳是否满足要求，如不符合要求应对钢丝绳进行调整。

（3）检查钢管拱轴线是否发生变形，吊装点处钢管拱是否发生变形。如发生变形需对钢管拱吊点进行加固。

经过施工前认真准备，以上要求在施工中均能满足。

5 钢管拱及劲性骨架吊装

（1）出坑、起吊。出坑施工时先安排2艘浮吊船停泊在拼装场地河岸边，然后再指挥主桅杆吊臂角度在55°～65°范围内放下吊钩钢丝绳，并钩住钢构件上事先已捆绑好的吊装钢丝绳，再指挥2艘浮吊船同步、缓慢起吊钢构件。且当构件起坑提升至距离临时支点约0.2m高时应停止提升，待构件静止后检查浮吊各部安全后再继续提升。

（2）水上运输。钢构件由2艘浮吊引钩并悬于空中，通过浮吊船缓慢、匀速旋转或前行来实现构件的水上运输。浮吊船前进速度不超过5km／h，以免惯性过大导致浮吊船不利调控。且浮吊携悬于空中的构件缓慢转身稳定后，然后缓慢、匀速驶入安装孔位，并停泊在指定位置。

（3）安装就位。浮吊船运梁至距桥位适当距离时，指挥浮吊船抛锚减速，停泊稳定后进行构件安装就位，具体安装就位方法如下：

①浮吊携悬于空中的构件略高于支座顶面后缓慢、匀速进入安装部位并横向停泊在待安装构件位置的侧面，然后指挥2艘浮吊吊臂角度均在60°～65°范围内对正安装构件位置后，先指挥一端3 000kN浮吊船缓缓落梁就位，再指挥另一端5 000kN浮吊船缓缓落梁就位，并焊接、支撑稳定后，松开钢丝绳，解除挂钩。

②待构件落梁就位稳定后立即将支座和临时钢支撑进行焊接，再将4个方向的风缆绳全部安装就位，并用手拉葫芦收紧风缆绳后方可松开吊钩，浮吊船返回，从而完成钢构件的安装。

5 测量控制

在主桥布置4个控制点，形成一个小四角的导线网，该网与原有导线网闭合，能够满足控制吊装要求。吊装过程中对拱脚处边线进行控制，以确保吊装位置与设计吻合，另在拱顶沿拱轴线1／8，1／4，1／2，3／4，7／8跨径布置小棱镜作为观测点；安装时用全站仪对小棱镜进行观测，并进行钢管拱轴线和高程的监测。

6 结语

随着钢管拱桥理论和施工工艺的日渐成熟，使得该桥型运用较为广泛。同时水上吊装设备起重能力的提高，为在内河实施钢管拱及劲性骨架的整体吊装提供了有力的保障。通过本工程的实施，整体吊装与分段吊装对比，具有以下优点：

（1）将水上拼装转化为陆地拼装，提高了工程质量，减少了高空作业次数和安全风险。

（2）整体吊装不需要设置水上作业平台和中间多个临时支点，减少了浮吊的作业周次数，缩短了工期、节约了施工成本等。

（3）整体吊装，降低了对于桥梁的轴线和高程的控制难度。

（4）可以充分利用钢管拱和劲性骨架的刚度，在系杆混凝土浇筑时进行吊模施工，减少了施工成本。