景观桥“旋线螺”异型钢结构关键安装技术分析

郭建伟，赵江平

（1.广东凯兴达建筑科技有限公司，广东 中山 528400；2.中山火炬职业技术学院，广东 中山 528400）

随着设计理念的发展，城市交通基础设施也得到了空前的快速发展，桥梁于城市已不纯粹是一个独立的个体，在许多城市涌现出多种具有创新美、和谐美与协调美的造型新颖、风格独特的景观桥梁。在满足道路交通功能的前提下，逐渐成为城市重要节点，反映其所在区域的地域文化、展现时代风貌，景观桥作为现代都市的产物，被越来越多的人所关注。基于轻型化、美观及经济性的优点，圆钢管桁架结构越来越多地运用到桥梁结构中。以中山中垦景观桥改造工程为例，介绍“螺旋线”钢结构景观桥预拼装与现场拼装及吊装施工流程，为今后此类桥梁的设计提供借鉴。

1 “螺旋线”钢结构景观桥概况

中山中垦景观桥改造是中山岐江河一河两岸工程中最耀眼、最重要、难度最大项目之一。“螺旋线”钢结构景观桥由旧中垦桥改造而成，旧桥横跨岐江河两岸，整跨度85m，距水面净高度11m，河两岸一边临马路，另一边与商场连接，现场施工地域狭小，在陆上无法操作重型机械，全部设备采用水上作业，同时工程工期进度紧迫，所有作业及施工措施均采用超常规方法，方能确保工程施工安全和工期要求。设计方案采用钢管环绕桥体，形成螺旋型，造型独特、新奇（图1），但由于管径过大，弯弧太小，且为螺旋型，并在水上安装作业，使整个制作及施工难度加大。由于水上作业时周边无辅助设施，当出现安装结构变型及走位时，将无法在施工现场校正，所以为确保整体安装的准确性，确保现场能一步安装到位，所有构件需在工厂进行预拼装之后，校正确保正确之后，分段拆卸，用船运抵施工现场后，水中采用船吊,安排有经验的施工人员进行配合作业。

图1 中山中垦桥改建前后

2 “螺旋线”钢结构拼装技术特点与难点

2.1 主体结构特点

中垦景观桥“螺旋线”钢结构主体（图2）主要包括由椭圆形H钢梁、连系杆、矩形主钢梁、螺旋线钢管构件、连接杆等，其中：17榀椭圆形H钢梁分别安装在天桥的中间，主刚架跨度长达86m，螺旋线钢管构件环绕天桥外围，施工难度极大，因此本项目施工应以螺旋线钢管构件的吊装为主导，在吊装时采用在构件上焊接吊装耳板后用卡环的吊装方法。在构件空间定位时，鉴于本工程现场操作在水面上，为了便于操作采用固定专用板临时定位，调整后再满焊接。

图2 ”螺旋线”钢结构主体

2.2 安装难点

①现场条件无法搭设吊装设备，所有施工设施均在水中和高空作业。天桥两岸一边为人行道，一边是商场，无法在陆地搭设吊装设备进行施工；天桥离水面高达10m，晚上会有大量的过往船只，所有施工设施全部在水中和高空作业，而且工期紧迫，施工难度极大，安全防护措施也更复杂，使得施工成本急剧增加。

②“螺旋线”异型钢结构空间构造复杂，对接难度大。本项目的钢构件都是异型构件，每个构件空间构造复杂，对接难度大，且构架需现场焊接连接，缺乏必要的辅助措施，构件安装时，势必造成较大的焊接变形和走位，这是施工必须克服的困难。

③“螺旋线”异型钢结构跨度大，安装精度控制要求高，需要严格控制构件变形及消除残余应力。本项目主要构件均是弯曲构件，构件本身呈螺旋式变化多端，跨度大，空间大，重量轻，运输时，均需超宽运输且运输时，构件与构件之间不能叠加，造成运输次数多，效率低，加之项目处于商业中心的闹市区，大型运输车辆无法进入，只能通过船运。

④工期紧，现场拼装和堆放场地狭小。工程船运却须在凌晨2：00桥的吊桥上升起吊后方能通过，要确保在要求的工期内顺利完成本工程，解决现场拼装和堆放场地狭小的问题，同时要考虑安全、经济地完成该工程的吊装。

3 拼装工艺流程

根据总体施工思路和构件特征，本项目的螺旋钢管，根据施工方案先在工厂进行预拼装，对所有构件进行预拼装校核,然后再分成一段一段运抵施工现场吊装安装。因此，拼装的质量直接影响到本工程的安装质量和精度，施工过程中必须采取有效措施保证拼装质量（图3）。

图3 拼装工艺流程

3.1 钢结构工厂胎拼装架

在工厂预备一个长100m、宽30m的拼装场地，根据螺旋线的直径制作一个拼装模型胎架,将所有螺旋钢管线在拼装模型胎架（图3）进行拼装，拼装吊机选用3台50t的汽车吊吊机和一台10m长的平板车进行构件吊运。在胎架安装时,先采用全站仪放线，设置主梁控制点，根据控制点设置胎架，用水准仪抄平,根据图纸调整胎架的标高。为确保构件拼装时的外形尺寸，拼装胎架必须严格按照设计尺寸进行设置。胎架放置在路基箱上，表面通过钢垫板找平。在胎架中心定位完毕后，胎架与钢垫板焊接固定。根据构件长度及场地情况，每3m布置一榀胎架支架。刚架现场拼装对接口在胎架上校核无误后，利用临时连接耳板固定，最后进行焊接。

图4 拼装模型胎架

3.2 螺旋钢管线与铸钢件的分段、对接

根据吊机工况、运输长度、施工场地状况的吊装方法,螺旋钢管线，将分为16段进行吊装。由于螺旋管与铸钢件的对接是在空间的位置，且每一个对接口的坐标都要控制也由于该工程螺旋管要随桥体起拱，因此对拼装要求很高。我们采用对接耳板先把构件定位，然后用全站仪找到具体的坐标点位，再用千斤顶进行微调，以确保拼装的精度。

3.3 铸钢节点的组装及焊接收缩量补偿

因铸钢件的角度直接影响到刚架的定位，无论是在厂内组装还是在现场拼装焊接，均需控制好胎架的方位尺寸，以便现场拼装精度能符合设计要求。厂内组装焊接铸钢节点与刚架时，可只搭设简单的胎架，如采用型钢支托铸钢节点，并调节端口的水平度，然后将铸钢节点与箱形梁焊接，焊接时须控制铸钢节点的方向。为了准确的固定铸钢件的位置，需制作拼装杆件固定架把铸钢件固定在胎架上。

由于焊口较多，焊缝金属填充量较大，因此，拼装过程中的焊接收缩量很大，必须在焊接之前加以补偿。在工厂进行无余量预组装，即杆件的下料长度不考虑焊缝根部间隙，此时的控制尺寸为设计尺寸；在吊装现场进行有余量拼装，即留有焊缝根部间隙。建模后，可以计算不同点处的挠度变形值，在整体拼装胎架搭设的过程，将挠度补偿值加以考虑。

3.4 拼装关键技术

拼装前,应对胎架的布置进行检查，相临两构件之间的距离不宜过大，胎架上部与刚架连接的连接板定位尺寸应正确。刚架拼装时，先按照事先放好的定位线安装。刚架在保证了总长后，利用水平仪检查平台上的水平度（平面度）。此项测量的允许误差最大不超过3.0mm，在接口截面不超过2.0mm。平面度观测后对不合格的位置要做好标记，用千斤顶和垫板组合进行调整，但须保证千斤顶在整个组装焊接过程中不发生沉降现象。刚架拼装调整后，须记录各项数据并备案。如没及时进行焊接，需对该现场做好保护工作。即不允许大型机械设备、车辆在平台附近通行作业，不允许任何对构件的撞击。为减少焊接的变形，构件在组装好后，焊接时应对称施焊。

3.5 构件拼装步骤

由于该构件造形特别，制作与安装工期紧，现场在水上高空作业，所以预拼装环节是整个项目能否顺利实施的关键环节。如图5，工厂拼装按以下步骤进行：①安装胎模架，及在胎架的两边各搭设一排操作脚手架；②安装在胎模架顶部顶位主钢梁位置，调吊装主钢梁；③按照螺旋钢管线的分段构件，吊装左边上部构件段；④按照螺旋钢管线的分件，吊装右边上部构件段；⑤按照螺旋钢管线的分件，吊装左边侧面构件段；⑥按照螺旋钢管线的分件，吊装右边侧面构件段；⑦按照螺旋钢管线的分件,吊装左边侧面下部构件段；⑧按照螺旋钢管线的分件，吊装右边侧面下部构件段；⑨利用两台汽车吊，对安装好的螺旋钢管线进行全面的调校；⑩对调校好的螺旋钢管线，除了预留现场的拼接接头，其他所有接口进行全面的加焊，并打模喷漆。在安装螺旋管时，为确定构件能安全的固定在组装的胎模架上，需制作固定的卡架将螺旋管，临时固定在胎模架上。

图5 工厂构件拼装

4 钢结构现场吊装

为确保本工程工期及质量目标，经多方案技术经济对比及优选，天桥钢结构的调装采用水上吊装作业的方式进行,如图5采用2艘80t船吊布置在天桥的左右两侧同时吊装安装,使椭圆形H钢梁在施工过程中能确保两边平衡加载,防止出现均衡加载导致椭圆形。预备一艘30t船吊在跨外进行部分构件补档，按照工程的施工先后顺序，先行安装17榀椭圆形H钢梁，再安装连系于椭圆形H钢梁的连系杆，并将17榀椭圆形H钢梁与连系杆焊接固定，再安装中间主钢梁，在安装好主钢梁后在由上到下，从两边同时分段吊装螺旋线钢管构件。

钢结构安装施工的步骤：①吊装天桥两侧的矩形钢梁安装焊接，矩形钢梁安装铰支座，在天桥上安装椭圆形H钢梁端部的铰支座。止水带是主要的受力部位，支座的力通过止水带传给桥体，因此为了保证止水带的受力，在止水带对接口位置采用了套筒连接，这样既能保证焊缝质量又能起到加强的作用；②吊装椭圆形H钢梁的安装支架，确保椭圆形H钢梁在安装时能定位准确并支撑好椭圆形H钢梁，防止施工变形；③从桥的一端开始吊装椭圆形矩型钢梁和椭圆形H钢梁；④在安装固定椭圆形矩型钢梁和椭圆形H钢梁后，在椭圆形矩型钢梁和椭圆形H钢梁中间焊接临时支架，开始吊装安装中间主钢梁。为保证对接口的受力要求，采用套管对接方式；⑤从天桥的两侧面同时吊装两侧上部螺旋线钢管件，并将其固定在连接杆和铰支座上；⑥从天桥的两侧面同时吊装螺旋线两侧中部钢管件，并将其固定在连接杆和铰支座上；⑦吊装施工用的水平吊车装置；⑧利用特制的临时吊车从船上垂直吊起螺旋管底部的构件。

图6 水上吊装作业方式

5 结束语

中山中垦景观桥是中山岐江河一河两岸改造工程中最耀眼的项目之一，该项目由旧桥改造而成，通过运用全新的思维和创新的方法，解决了景观桥“螺旋线”异形钢结构的安装难题，高质量、高标准的改建了中山中垦“螺旋线”型景观桥，为类似桥梁的钢结构设计、安装提供一定的参考。改造后的中山中垦景观桥景观效果明显，进一步提升了桥梁所在区域的整体景观效果，采用大直径的钢管盘绕成螺旋体，使桥呈现出流体的弧线美感，蜿蜒而流畅，动感表现得淋漓尽致。从侧面看去整个建筑恰似一条动感盘动的巨龙，横跨在江上，将成为中山市新的标志性建筑。