摘   要：依托官塘大橋钢拱就位施工，建设者结合现场施工条件，创造了低位组装、大节段吊装的就位方法;本论文从钢拱就位重难点、吊装方案选择与描述、作业要点及效果验证等对超长大节段低位组装、大节段吊装就位方案等进行了论述，分析了内斜式超长大节段钢拱吊装就位施工方法的优点和缺点，为类似钢拱就位提供了借鉴与参考;也为此方法改进明确了思路。

关键词：内斜式  超长  大节段   吊装  方法

中图分类号：U445.4                               文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0043-04

中铁上海工程局集团有限公司承建的柳州市官塘大桥[1]为中承式有推力钢箱拱桥，主跨462m，矢跨比1∶4.5，钢拱轴线面与水平面夹角80°，拱轴线间距由53.5m内收至16.7m，内收36.8m，呈哑铃形。跨航道钢拱采用桥址低位组装吊装方案，施工方法主要指数有：钢拱重达5885t，跨度262m，吊装高度67.76m。该桥以莲花隧道穿越三门江森林公园，横跨珠江支流—柳江;森林公园植被丰富多为矮小灌木，山体为溶蚀灰岩，上覆黄粘土，地下水丰富。柳江常水位+77.4m，每天涨幅0.5m左右。

1  钢拱就位重点与难点

（1）跨航道的钢拱净矢高30.82m，净跨262m，重量5885t;节段超重、重心高且稳定性差，持续吊装高度高;大吨位钢箱钢拱节段的吊装施工是本工程难点及重点。

（2）中拱段大节段轴线面与铅垂线夹角为10°，向桥梁中线偏斜，轴线由28.28m内缩为16.7m，内收11.58m，呈哑铃形;结构造型特点增加了钢肋安装难度较大、精度控制难度高;尤其是逐节段安装更是难上加难。

（3）吊装支架、吊装门式架高度高，属柔性结构，稳定安全储备不足，施工风险高。

（4）影响因素多且复杂，无经验和规律可循。柳江每年4～8月为洪水期，周期长;洪峰时间长且流量大、水位落差，流速达2.5m/s;钢拱桥位矮支架组装和拼装跨越1个洪水期。

（5）节段在桥位组装和吊装期间，桥下Ⅲ级航道需正常通行。

2  钢拱就位方案概述

目前国内外钢拱桥安装方法有：支架法、缆索吊装法、转体法、悬臂拼装法、拱上吊机拼装法、钢拱中拱段吊装法等。支架法适用于桥下地形、地基等条件较好的钢拱架设，占地少;缆索吊装法适用于山区深谷的地形，水平和垂直移动灵活，占地多等。官塘大桥横跨柳江，上跨Ⅲ级航道，穿越喀斯特地质的森林公园，因此钢拱安装因地制宜制定了拱脚段低位拼装+中拱段超长大节段钢拱吊装的安装方案。中钢拱超长大节段吊装法具体描述如下：

（1）中拱段超长大节段跨径距离262m，与低位拼装好的钢拱间设置4.6m长的合龙段;中拱段钢拱、内撑及辅助吊装设备总重量约5885t。在桥位下少支架组装成，安装调整水平约束索后，采用门式吊装支架吊装67.76m至设计桥位处。

（2）在合拢段两侧已就位节段上设置导向槽钢等措施，确保合拢段快速入位;吊装合龙段吊入导向措施，节段在导向槽钢导向作用下滑移就位，实现合龙。

（3）柔性超高吊装门架高99.78m，其中水下部分采用钻孔桩基础，基础具体如下：8根φ1.52m钢管混凝土桩+钢筋混凝土承台;水上部分采用φ1.52m钢管作为主受力杆件，平联和剪刀撑采用φ1.2m钢管桁架;支墩钢管顶纵向设置工字钢分配梁，横桥向设置特制钢箱梁将上下游4个门架支墩连接成一体，在特制横梁吊装孔中心的铅垂线上设置吊装系统。

（4）吊装系统采用往复式液压远程操控系统，单个支墩顶的设备配置主要有8台550t往复式液压顶升千斤顶及其液压系统、数据采集系统、吊装连接钢绞线及其锚固系统等。

超高门架吊装系统各结构布置见图1所示。

3  超长大节段钢拱吊装

3.1 吊装流程图

吊装工艺流程图见图2。

3.2 吊装步骤与作业要点

（1）施工准备。

①与设计、监理及专家组共同研讨“超长大节段钢拱就位方法”中钢拱节段的重新划分、板单元细化、吊装部位加强等。

②自行设计一套完整的钢拱安装临时支架系统，并结合施工因素编制实施性施工组织设计及钢拱就位专项施工方案;用midas Civil和 ANSYS软件模拟各工况，对就位工况进行缜密分析验算，审查钢拱、支架以及各构件的应力、强度、刚度和稳定性能等，形成检算审查成果资料经审批后作为过程监控依据。

③按施工步骤和工序编制详细的施工甘特图，下达支架水下部分和门架塔设及钢拱低位组装、吊装等施工阶段节点。

④按超长大节段钢拱造型用同质材料制作1∶10比例缩小模型进行吊装应力与应变试验，使用频率法进行应力测试，反算得相应的应变，分析大节段吊装点复杂应力程序和分布状况及规律，验证超长大节段吊装的合理性，为施工提供理论参考依据。

⑤准备工作主要有：提前到航道局和海事等部门办理水上作业施工和短暂封航许可证，收集近几年洪水情况及周边流域的水文情况，并绘制和分析预判施工期间洪水概率与标准。全面核查实浮吊进场路线和水坝电站等能否浮吊通过;在东岸边设置构件制作和预拼场。

⑥在橋位上游78m处设置钢拱翻身和装船转运的龙门吊提升装置。

（2）柔性超高门架及矮位支架搭设。

在钢拱桥位处上下游对应位置搭设超长大节段异型定位支撑钢管支架系统，其结构形式根据通航要求和行洪条件定型设计;支架搭设采用预制、装配工艺，即在岸边构件加工场按杆件下料，预拼装焊接后再按倒序法拆为大构件，浮吊将大构件吊装至支墩处安装对位。

（3）柔性超高门式吊装支架系统。

柔性超高门式吊装支架分别设置在大节段的拱脚附近，高度为99.78m，宽5.9m，由五个部分组成。第一部分为深水钢管混凝土桩基承台;第二部分为超高吊装门架支架系统，采用预制+装配工艺施工;第三部分支架立柱顶部吊装钢箱梁，按照吊装能力分段设计，在工厂分段制作，现场组拼;第四部分为吊装系统，包含吊装胎座、LSD千斤顶群和控制系统，胎座根据钢拱底部形状特殊设置，LSD吊装控制系统通过物联网技术接入指挥中心，指挥中心通过计算机发送指令控制液压泵站，实现指令集中和统一;第五部分为支架缆风系统，缆风系统由风缆和地锚组成，连接支架顶部和东西地锚，对称交叉张拉。

（4）吊装底座设计与施工。

吊装底座根据钢拱底面构造设计，位于吊装点的钢拱下方，共4个。吊装底座由底板、横板、纵板、隔板及锚固端箱梁组成;底板安装时确保吊装装置底板标高一致，与钢拱接触处焊缝满焊;顺桥向水平约束索张拉孔单侧9个，单个竖向吊装孔4个，4个吊装孔中心点与门架顶特制横梁吊装孔中心点处于同一竖向Z轴上;吊装底座在厂内加工后现场浮吊安装。

（5）超长大节段组装与内力控制。

中拱段净跨为262m，由26个小节段和6道横撑组成，采用两台浮吊分节段抬吊组焊而成;形成超长大节段后安装水平约束索和竖向吊装索。通过分级、同步张拉工序，使水平约束索和竖向束应力匹配，实现超长大节段自重转换至竖向吊装索，利用超高门式支架+LSD连续同步吊装+集成指挥系统将中拱段吊装就位;吊装就位中采用自主研发的“主拱吊装检测指挥系统”实时分析和反馈、吊装参数修正，通过远程控制实现指令操作。

（6）吊装体系转换。

中钢拱超长大节段吊装体系转换包括水平约束索和竖向吊装索安装与预紧。主要步骤如下：

第一步：水平约束索和竖向吊装索安装与预紧。

①竖向吊装索安装：在支架顶部操作平台上人工配合穿束机下料，通过千斤顶下穿至吊装装置的索孔内，安装和固定承重锚板;顶部采用千斤顶K型夹片固定，防止滑脱伤人;竖向吊装索共4×2×2束，东西岸各8束。

②水平约束索安装：封闭中拱段下航道，用驳船、货船等拼接成穿索平台，人工配合穿梭机将钢绞线按照编号逐一进行安装;边安装边预紧。

③水平约束索张拉千斤顶按照东西岸隔孔交错布置，按东岸奇数、西岸偶数对称布置。

④按先水平束再竖向索预紧进行自重转换，先张拉4×2×2束水平约束索，每束35t;后张拉2×4×2束竖向吊装索，每束索力值55t，总索力880t。

⑤实时监测支架、钢拱应力与位移，重点监测吊装支架顶X、Y偏移和承台沉降情况。

第二步：超长大节段钢拱支撑受力体系转换。

水平索和竖向索钢绞线张拉预紧后，即进入钢拱支撑边界条件转换，即由焊接固定刚性支撑转换竖向单向支撑;在拱脚悬空后拆除内侧以外的所有限位构件，使钢拱处于悬浮状态。

第三步：横竖匹配，分级、同步、对称施加索力。

超长大节段受力体系转换按8步进行（见表1），转换过程中钢拱与支撑间由拱脚向跨中逐步脱空;原则上进行至第8步前，钢拱与支架基本脱空。待完全脱空后，静停1h监测支架状态。

第四步：超长大节段悬浮静停期间，运用物联网技术远程收集门架支墩和吊装系统各构件的应力与应变及线形;人工核实数据的准确性。为确保钢拱安全，要求整个吊装中钢拱下缘须有压应力;当不能满足此要求时，利用水平索对中拱段线形调整，使其满足设定条件。

各项数据采集后，指挥人员应用工程软件分析其安全性，确定安全无误，线形满足计算值时由吊装指挥长下达后续指令。

（7）超长大节段吊装。

为确保安全，减少安全风险，应用LSDKC（C）-16控制系统对超长大节段钢拱吊装进行辅助，实现远程操控;同时运用物联网技术实现数据采集无人无线化，按设定频率自动与中心计算机交换;吊装中中心计算机自动对顶力、行程值偏差、多点匹配度、应力与应变及位移等进行自动采集、修正、补偿，分析并判定其偏差规律，并绘制合理偏差包络图;同时按设定的条件自动推送预设定的继续吊装、数据查验、停止吊装等指令，经指挥长审核后下达操作指令并实时远程控制。吊装中指挥长及时根据数据进行对比修正，确保四点吊装同步。

（8）合拢作业。

中拱超长大节段与低位组装好的钢拱共有4个合龙段，合龙段预留0.1m配切量，在超长大节段吊装至设计桥位时，连续观测收集桥位三天温度数值，并绘制温度变化曲线;按设计要求在最低温度时进行合拢。为尽早消除钢拱悬吊的不安全因素，合拢按尽快使分段的钢拱形成完整拱肋受力体系为原则，即先用两台浮吊同时先合拢下游侧钢拱，再合拢上游侧钢拱;合拢定位后，立即组织三班作业人员24h对称焊接和质量检测，使各节段尽早成拱。

（9）成拱体系转换。

超长大节段与边拱的合龙段质量检合格后即进行成拱体系转换，采用迈达斯软件以杆单元模拟水平和竖向索、边拱段支架不同顺序拆除的4种组合，掌握不同拆除顺序下钢拱线形、结构内力、变形、支架应力的变化与趋势，减少钢拱应力变化峰值，确定了最佳的拆除顺序，即：第一步逐级解除水平约束索、第二步分步放松竖向吊索、第三步对称拆除边拱矮位支架。

4  工艺效果验证

262m长、5885t的超长超重钢拱吊装68.86m高并实现合拢，是桥梁建设者不断创新和攻关的成果，是全体参建人员的汗水结晶;创造了多项世界纪录。按照《城市桥梁工程施工与质量验收规范》对钢拱合拢后参数[2]进行检验，主要检测项目和结果见表2、表3。

5  工程实例

柳州市官塘大桥工程由柳州市中心区，穿越柳州之肺——三门江森林公园，上跨柳江，直达到柳东新区，行程缩短了1/3。主桥为有推力提篮式拱桥，长度462m，有效宽度39.5m;荷载为城—A级，双向六车道;主桥孔跨布置见图3。主拱计算跨径为457m，净跨径为450m，净矢高为100m，矢跨比为1∶4.5，拱内斜角为10°;拱轴线间距由53.5m内收至16.7m，内收36.8m，呈哑铃形。工程造价约8.78亿元。

柳州官塘大桥中钢拱超長大节段于2018年2月13日开始低位拼装，2018年5月17日钢拱顺利合龙;经对比较缆索吊装方案缩短工期6个月，减少缆索吊措施工程占地约30亩，减少钢材约810t，节省成本约2320万元，解决了缆索方法塔架和侧向锚碇用地等问题，最大限度保护了柳州之肺，具借鉴应用价值。官塘大桥建成后与三门江森林公园再次形成百里柳江的一新景点——柳江新月[3]。

6  结语

拱桥是中国最古老的桥梁，他凝聚了中华民族的智慧，是见证战胜自然困难的写照;从跨度37.02m的赵州桥到2019年跨度575m的浔江大桥，桥跨每次增加都伴随着科学技术的进步和材料性能的飞越。官塘大桥超长大节段钢拱吊装施工方法结合现场实际创造性地为桥梁建设者提供了一种钢拱就位方法;此就位方法减少了因缆索系统弹性变形产生的次生应力，减少了节段安装过程中线形调整工序，并且各工序可同步平行作业，值得学习借鉴与运用。

官塘大桥主桥钢拱安装中也反映出超长大节段钢拱就位方法仍然存在一些不足，一是施工条件受限，不适用航运繁忙的大江大河;二是存在构件焊接作业量大，质量隐患多;三是钢拱线形调整方法有限。

参考文献

[1] 四川省交通厅公路规划勘察设计研究院.柳州市双拥大桥两阶段施工图设计文件[R].2009.

[2] CJJ2—2008，《城市桥梁工程施工与质量验收规范》[S].

[3] 何奇钦，刘明友.桥梁创新在柳州[M].北京：人民交通出版社，2019.