中交一航局第三工程有限公司 辽宁大连 116000
摘要：烟台西港区30万吨级原油码头系杆拱桥属下承式系杆拱桥，本文详细介绍了钢桥的制作加工及安装临时支架整体吊装等施工工艺方法，采用先进设备下料，并对某些传统工艺进行了改进，大大提高了施工效率和质量。
关键词：系杆拱桥、整体预制、临时支架、整体吊装
1工程概况
1.1工程概述
烟台西港区30万吨级原油码头系杆拱桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥，内部为超静定体系，外部整体简支，属静定体系。单片拱肋采用双肢式断面，有弦管和腹杆焊接组成，每侧拱肋的上、下弦管采用φ800x12㎜钢管卷制而成，拱肋腹杆采用φ299x8mm无缝钢管。功能为过管线和检修车辆，其中管线区6.2m，车道区为4.15m，全桥含结构宽度为13.15m。系杆拱桥采用全钢结构，甘井子基地制作完成后，装船运输至安装现场，安装由甲方负责。钢拱桥采用下承式钢管混凝土系杆拱桥，钢拱桥计算跨径80m，矢跨比1/5，码头高程为10.0m，桥跨不设纵坡，桥面全宽为13.55m，桥面净宽为10.55m。
横撑及K撑：每跨拱肋间设置横撑及K撑以增大横向钢度，横撑、K撑主杆采用φ500*10㎜无缝钢管，腹杆为φ245*10㎜的无缝钢管。
桥面系：桥面系由系杆、纵梁、横梁及连接系组成。系杆采用焊接箱型截面，为钢性，系杆在与拱脚连接处加高加宽。纵梁采用焊接H型截面，横梁采用焊接箱型截面。
吊杆：为柔性，采用带有双层PE护套的55Φ7高强钢丝，两端均配备可张拉冷铸锚具。
支座：采用GPZ（Ⅱ）型盆式橡胶支座（7MN）。
油漆：采用环氧富锌底漆、 环氧云铁中间漆、氟碳桥用面漆。
2施工方案描述及关键工序
2.1施工工艺流程(图1)
2.2方案描述
为尽量减少高空作业、减少脚手架用量、提高拼装效率，根据现场场地条件，经过方案比选，最终选用拱肋分三段组装、桥面系整体组装、最后拱肋和桥面系整体合拢的施工方案。拱肋杆件每节长度按电脑放样确定的施工图进行加工。在保证拱肋线性美观、焊缝接口错开的条件下，将单节钢管放样长度限定在1至2米范围内。桥面系的横梁、纵梁、系梁等单元杆件组对后进行桥面系的整体拼装。厂内设三个组装场地，即单片拱肋拼装场地、拱肋分段组装场地和拱桥整体合拢场地。施工时，将每片拱肋分成三段进行平面拼装，然后在分段组装支架上进行横撑组对，拱肋拼装的同时，在整体组装场地进行桥面系拼装，最后，在整体组临时支架上进行拱桥的整体合拢，合拢时，将两边段拱肋吊至临时支架上调整好位置后再安装中间段，然后把拱肋和桥面系焊接成为一个整体，最后进行吊索及桥面附属结构安装。
图1
2.3拱肋合拢
2.3.1临时支架
按照预先设定的拱肋合拢位置，在接口位置两侧设置临时支撑支架，支架主体采用双H500*200*7*11,先在平台上预制成3片门式架，安装时先在预先设定支架的位置上安装单片门架，再安装支架与支架之间的剪刀撑，以形成稳定结构。安装支架时利用全站仪、经纬仪等精密仪器测量操作，严格控制各点标高和支架位置。为保证拱脚处拱肋与系杆箱梁连接的准确性，预先将接口拱肋与系杆箱梁连接处做好标记并设置限位板。临时支架如图2.3.1-1、2.3.1-2所示：
2.3.2吊车选用
拱肋两边段重量88吨（含临时支撑），弦长32米，起升高度19米，中间段重量60吨，弦长18米，起升高度20米。根据分段拱肋的外形尺寸及吊装高度，结合现场实际条件及就近选用吊车等因素，拟选用一台300吨汽车吊和一台260吨汽车吊配合作业。两台汽车吊在吊装前一天晚5时前进入施工现场进行准备工作。
2.3.3索具及吊点
本次吊装索具选用11米200吨长吊带和8米长φ60钢丝绳，吊点采用吊带捆绑拱肋、再用卡扣连接钢丝绳和吊带的连接方式。以边跨为例，吊点位置如图2.3.3-1所示：
图2.3.3-1
2.3.4合拢
①合拢前的准备
拱肋合拢前，必须复测合拢支架标高、复核系杆端部支墩与整体组装支架支点高差、复核合拢各接口横向距离并设置临时横撑，保证横向计算长度。在每个接口处设置三块定位挡板，在合拢接口处搭设脚手架工作平台并挂好安全网。
②拱肋合拢工艺流程
吊车就位→钢丝绳绑扎→两边段起吊→拱脚处合拢接口焊接→摘钩移位→
中间段起吊→中间合拢接口焊接→摘钩。
③拱肋合拢
吊装时首先吊装两边段，下口与系杆拱脚焊接，上接口位于两支架之间，待边段拱肋固定完毕之后再吊装中间段，调整后用挡板等限位固定，然后进行接口处的合拢，再进行拱脚及筋板等的焊接。在整体合拢时，全程用经纬仪跟踪定位。
拱肋和系杆组装成一体后，安装吊杆，吊杆安装前做好桥面标高测量工作，用25吨汽车吊安装吊杆，按照设计桥面标高修正锚固位置，安装时采取保护措施，以防外层HDPE护套产生划痕或破裂，并应防止外层颜色受到污染，严格按照厂家提供的产品施工说明进行施工。拱肋合拢后钢桥如图3.3.4-1所示：
图2.3.4-1
由于本次吊装负荷基本达到满载状态，并且是双机抬吊，被吊物外形尺寸较大大，吊装难度非常大，这就要求吊装指挥及吊机操作人员必须以安全第一为主，注意力高度集中，力求缓慢平稳。吊装前认真细致进行现场观察和测量，精心布置。被吊物需要临时置于地面时需用道木支垫，作业前搭设好脚手架平台，以便进行高空焊接作业。
2.4滑移
由于受到施工场地的限制，第一跨桥制作完成后，需移动至码头前沿存放，以便腾出场地进行第二跨桥的整体拼装。经过方案比选，最终确定采用滑移的方式将钢桥移至码头前沿。滑移前，在钢桥拱脚下浇筑混凝土梁，在混凝土梁上安装钢轨，将制作好的带有四氟板的滑靴置于钢桥与轨道之间，使四氟板面与轨道接触，滑靴另一面与钢桥紧贴，由于轨道与四氟板之间的摩擦系数要远小于滑靴与钢桥之间的摩擦系数，利用这个原理将钢桥滑移至码头前沿。
①滑移工艺流程：
模板支立→浇筑基础垫层→浇筑轨道梁→千斤顶顶升→铺设钢板→铺设钢轨→安装滑靴→落下千斤顶→安装夹轨器及液压缸→检查→滑移。
②滑移轨道
在栈桥两端支座处下方放线支模，找平，最薄处按100mm浇筑C15砼垫层，每端垫层宽度1200mm，长约30米，轨道需延伸第一跨桥北侧3米，以便安装夹轨器，待垫层达到强度后，用C35砼浇筑轨道梁，待砼强度达到设计强度的80%时，在梁顶面铺设30mm、厚400mm宽的钢板，钢板上面铺设QU100钢轨，焊接压板将钢轨和钢板固定。
③顶升滑移
轨道安装完毕后，在拱桥系杆两端选择的四个支点处用4台350吨液压千斤顶顶升钢桥，达到设计高度停止，检查千斤顶的运行状况，确定千斤顶工作状况良好后安装滑靴，然后千斤顶缓慢泄压，将钢桥置于滑靴上。在拱桥拱脚两端焊接两块耳板，耳板孔的中心距轨道顶面400mm，安装夹轨器、液压缸及泵站，再一次检查轨道固定情况，确认后启动液压泵站，液压缸工作，将钢桥两端以同步速度顶推到码头前沿存放。
2.5钢桥起吊运输
两跨钢桥加工完成后，需要起吊、运输并安装。单跨钢桥重量约720吨，临时支架重80吨，共计800吨。考虑不稳定因素，按850吨起重量选用设备和索具。
2.5.1钢桥起吊装船
2.5.1船机和索具的选用
根据工程情况并结合现场实际条件，选用1000吨起重船和两艘自航方驳（甲板有效长度74米，宽度20米）进行2跨84米系杆拱桥的吊运工作，两艘自航方驳一次性将桥运至安装现场。1000吨起重船参数如图2.5.2-1所示：
图2.5.1-1
起重臂60度、双钩起重量1000吨时吊高为84米（双钩中心距3.4米，最大起升高度时钩头距吊点64米），跨距39.9米。采用四点起吊，每点Φ100mm钢丝绳对折使用。双钩起吊，吊运过程中双钩调整，使起重量基本相同，起吊时钢丝绳相对位置如图3.5.2-2所示：
图2.5.1-2
每个吊点起重量：
850t/4=212.5t
每根钢丝绳受力：
F=215.5t/sin79.77°=217t=2126KN
查《粗直径钢丝绳GB/T20067-2006》，1770MPaΦ100mm钢丝绳破断拉力为5840KN，双股使用时为：
5840KN×2=11680KN
安全系数：
11680KN/2126KN≈5.5
满足《建筑施工起重吊装工程安全技术规范JGJ276-2012》关于钢丝绳吊索5-6倍安全系数规定。
弓型卸扣：额定荷载200t，实际荷载217t，考虑本工程起重量有富余重量及卸扣本身的安全系数，采用现有200t弓型卸扣。
钢丝绳穿过吊耳后挂到起重船吊钩上，准备就绪后，起重船缓慢起吊，距地面200mm后，暂停起吊，观察2—3分钟，无异常后继续起吊，转向运输方驳，慢慢放下，距驳船200—300㎜处停止，驳船上作业人员在钢桥各支点处放置支墩厚木方，用手拉葫芦等工具调整栈桥放置使其放置到驳船指定位置上，然后用钢丝绳、压码钢板、止动档等对栈桥进行固定。
2.5.2强度计算
①钢桥加固设计
钢桥在吊装和运输过程中，需对钢桥进行加固，保证钢桥的稳定性，设计安装临时加固支架。临时加固支架立柱及柱间支撑用双HN500×200×7×11型钢和φ630mm×7mm的钢管作为临时杆件，分别在拱脚、吊点下及吊点间对栈桥进行加固，施工平台及护栏用工字钢和脚手架等制作。
因运输钢拱桥的驳船甲板长度小于桥长，桥端部约10m长伸出驳船甲板，因此需对桥梁结构进行加固并验算。在保留吊装加固杆件的基础上，对伸出甲板的桥梁拱脚采用3根HN500X200H型钢加固，并加HN200X100型钢斜杆加固，垫墩布置不少于10个，至少在图示位置布置垫墩，详见图3.5.3-2。
拱肋最大拉应力112MPa，下弦杆最大压应力77Mpa，均小于Q345钢材设计强度；临时拉杆最大拉应力201Mpa，小于Q235钢材设计强度，满足强度要求。
●杆件稳定性
加强竖杆受到最大轴向压力设计值-1264KN，计算其稳定性如下。
A= 33675mm²
i=169mm
计算长度取12000mm，查表φ=0.745
N/φA=1264000/33675/0.745=50Mpa，满足规范要求。
内侧竖杆受到最大轴向压力设计值-294KN，计算其稳定性如下。
A= 22450mm²
i=109mm
计算长度取12000mm，查表φ=0.493
N/φA=294000/22450/0.493=27Mpa，满足规范要求。
整体稳定采用有限元软件计算，最小特征值为27.8，前4阶模态如下图。
拱肋最大拉应力160MPa，下弦杆最大压应力101Mpa，均小于Q345钢材设计强度；临时拉杆最大拉应力45Mpa，小于Q235钢材设计强度，满足强度要求。
●稳定性
吊点下横桥向加强撑杆受到轴向压力设计值388KN，撑杆直径630mm，壁厚7mm，按照轴心受压构件验算其稳定性如下：
A=137cm2，i=22cm，λ=54.5，φ=0.835
N/φA=388000/13700/0.835=33.9MPa<215Mpa
满足规范要求。
下弦杆为箱型结构，同时受到弯矩和轴向压力作用，按照压弯构件计算其稳定性如下：
M=2913KNm，N=1320KN，A=823cm2
计算左式=90Mpa<310Mpa，满足规范要求。
采用有限元软件计算，整体失稳最小特征值112，满足稳定要求，前4阶模态如下：
3、技术改进
3.1数控切割机下料
肋内部加劲肋及箱梁内部隔板等均为异形板，数量多、种类多，用数控切割机下料，只需将编好的程序输入，一人轻松操作，下料效率和质量非常高。
3.2改进相贯线切割技术
拱肋钢管端口为马蹄形，需要对钢管端部做相贯线切割。通常采用手动切割，切割后表面质量较差，需要角磨机打磨后才能进行下道工序。本次施工将可调式滚轮架应用到相贯线切割中，即将滚轮架放置在坚固平整地面上，再将自制的台架横跨在可调式滚轮架上，以便放置半自动火焰切割机喷头和操控器。将钢管放置在可调式滚轮架上，调整滚轮架的线速度，然后将喷嘴对准钢管相贯线，启动开关对钢管进行切割，气割后的表面光滑平整，可直接进行组对，大大提高了施工质量和工作效率。
3.3夹轨器横移钢桥
烟台西港区30万吨级原油码头钢管拱桥共两座，为节约措施费成本只铺设了一组胎架，那么必须在第一跨桥施工完成后平移一定距离，才能使第二跨桥上胎架组对拼装。通常是采用卷扬机配备滑轮组滑移，但码头前没有固定桩，无法固定卷扬机和滑轮组，联想到沉箱移运方案，首次将夹轨器运用到桥梁滑移中去。大桥于2015年9月13日成功移至预定位置，整个过程平稳，安全可控，移动时间仅用了45分钟。
3.4设计临时支架吊装钢桥
本工程吊装创新设计临时支架吊装法，运用临时支架将拱桥由柔性结构转变为刚性结构，用吊耳四点起吊进行吊运和安装。如图所示：
四、结束语
本工程施工中进行的工艺改进以及运输方案的选择，具有高效率、低成本、更多安全保障的特点，为类似钢结构工程积累了宝贵经验，以便以后借鉴。
参考文献
[1]张宝昌，许文杰，付大伟，半圆体翻转与安装多功能吊具，中国港湾建设，1003- 3688（2011）02- 0059- 04,
[2]邹尚利，杜冬梅，单面焊双面成形焊接技术，机械工业出版社，2012.3
[3]JTS 152-2012 水运工程钢结构设计规范
[4]JTS 151-2011 水运工程混凝土结构设计规范
[5]JTS 167-2-2009 重力式码头设计与施工规范
[6]GB/T 3811-2008起重机设计规范
[7]GB/T50923-2013钢管系杆拱桥技术规范
[8]GB/T50017-2003钢结构设计规范
[9]GB/T 714-2008桥梁结构用钢
[10]JTS 153-3-2007 海港工程钢结构防腐蚀技术规范
作者简介
关明义（1982.08.09-），女，大学本科，水利水电工程，重庆交通大学；
张振伟（1985.11.26-），男，大学本科，热能与动力工程，大连水产学院。
论文作者:关明义1,张振伟2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/4
标签：拱桥论文; 支架论文; 桥面论文; 钢丝绳论文; 钢桥论文; 钢管论文; 码头论文; 《基层建设》2018年第9期论文;