大矢跨比钢箱拱肋拼装施工关键技术研究

赵民介 贺振坤 谢超 林旭嘉

摘  要：钢拱桥造型奇特形式优美，深受各位工程师的青睐，也是各位学者的热点研究对象。该文以石家庄市复兴大街市政化改造泊水湾公园特大桥项目为例，对钢拱肋的拼装施工关键技术进行研究，主要包括钢拱肋拼装施工的临时支架措施、钢拱肋拼装施工的起重设备选择和钢拱肋拼装施工的吊装。在整个拼装过程中，要保证构件对接口的精度问题，尽量避免在后面的提升施工中出现无法与拱脚进行顺利对接的情况，为相关工程的施工提供可靠建议。

关键词：钢拱肋；施工；拼装；临时支架；钢拱桥

中图分类号：U445.4      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）06-0152-04

Abstract： Steel arch bridge has a unique shape and beautiful form， which is favored by all engineers， and it is also a hot research object of scholars. Taking the urbanization reconstruction of Boshui Park Bridge in Fuxing Street of Shijiazhuang City as an example， this paper studies the key technologies for the assembly and construction of steel arch ribs， which mainly include the following points， temporary support measures for the assembly construction of steel arch ribs， the selection of lifting equipment for the assembly construction of steel arch ribs for the hoisting of steel arch rib assembly construction. In the whole assembly process， it is necessary to ensure the accuracy of the interface of the components， and try to avoid the smooth docking with the arch foot in the later lifting construction， which provides reliable suggestions for the construction of related projects.

Keywords： steel arch rib; construction; assembly; temporary support; steel arch bridge

随着城市发展进程的加快，城市面貌更趋近于美观化、人文化、现代化建设与更新。其中景观桥梁的建设便是一个很好的例子，尤其以景观拱桥为盛。钢拱桥由于钢结构的可塑性为桥梁样式的多元性提供了可能，国内诸多学者也对钢拱桥的建设作了许多研究，其中，余浩淼[1]对大跨度拱桥钢拱肋的吊装施工技术进行了研究，并结合春申塘桥主桥下承式简支系杆拱组合桥梁中钢拱肋吊装施工环节，就钢拱桥整体吊装方案进行了理论分析，为施工进一步提供实施依据。杨楠[2]对下承式网状系杆拱桥钢拱肋安装施工进行了研究，通过搭设支栈桥及水上施工平台，拼装、顶推钢拱肋，采用三段法安装中跨420 m钢拱肋，提升安装中段拱肋，实现了下承式网状系杆拱桥钢拱肋的安装施工。于建[3]以信阳高新区海营生态智慧城云智大道桥为研究对象，对飞燕式钢混组合拱桥超大质量拱肋钢结构吊装方案进行了研究，详细介绍了拱肋钢结构吊装高度测算，阐述起重机的选用与计算方法，对吊装作业地基及支架地基承载力进行计算，提出19段超大质量拱肋钢结构的吊装工艺，对超大质量构件吊装及起重机选用与计算提供了可靠的参考。周建军等[4]对中承式钢箱提篮拱桥拱肋安装施工技术进行了研究，通过介绍该桥拱肋节段悬臂拼装施工技术，如拱肋首节段采用定位支架精确定位，拱肋标准节段采用缆索吊机配合斜拉扣挂系统进行精确安装，合龙段通过持续观测、吊装姿态模拟及精确配切等技术实现了拱肋的顺利合龙，可为类似工程提供参考。董伟宁等[5]以合肥市广德路南淝河桥为工程背景，采用有限元法分析三拱肋钢箱拱桥通过桥面上履带吊车进行吊装的施工过程，得到拱肋拼装过程中桥梁结构的内力及变形结果，确定了拱肋拼装阶段各工况下结构的最不利状态，并针对最不利状态下的施工提出了一些可靠性建议，为类似工程提供参考。

通过以上分析可知，众学者对钢拱桥的施工作出了详尽的研究，但少有人对钢拱肋地下拼装施工進行分析，下面将以石家庄市复兴大街市政化改造泊水湾公园特大桥项目工程为例，对钢拱肋的拼装施工关键技术作出分析。

1  工程介绍

1.1  项目简介

石家庄市复兴大街市政化改造泊水湾公园特大桥项目矗立在石家庄南三环环城水系之上，是该地区规划的景观桥梁之一，效果图如图1所示。其中，泊水湾公园特大桥钢拱肋由是2片分离的拱肋及横撑组成的组合式拱圈，拱肋跨度117 m，拱肋平面内矢高为50 m，拱肋轴线均采用二次抛物线和直线组合线型，其拱轴线平面与竖直平面的夹角为14.0°，拱肋平面内矢跨比为1/2.34。拱肋采用六边形钢箱断面，截面宽2.5 m，高度2.5～4.5 m，拱肋截面顶板、底板厚度为24～36 mm，腹板厚度为20～32 mm，纵向加劲肋采用扁钢加劲，板厚20 mm，高度240 mm。每隔1.5～2.0 m左右设一道横向隔板或加劲，板厚16 mm，垂直拱轴线设置。吊点横隔板与吊杆设置在同一竖直面内，隔板板厚24 mm。吊点耳板通过伸入拱肋，与吊点隔板正交，与横隔板采用熔透焊接。泊水湾公园特大桥施工分为3个阶段，即拱肋的拼装、拱肋的提升及拱肋中下方钢箱梁的滑移施工，本文仅对拱肋的拼装工艺的关键技术进行研究。

1.2  项目施工关键技术分析

根据泊水湾公园附近环境特点及拱肋特殊形式，考虑到其施工主要有以下重难点。

1）施工前期准备工作繁冗复杂，因为该钢拱桥跨越当地环城水系，所以在施工前后需对水系做填充及恢复工作，保证施工的顺利进行和施工后地形地貌的恢复工作。

2）施工方法的选择，对于拱肋的施工共有2种施工方案，一种是拱肋直接从两端逐节对称拼装一次性到位，另一种是拱肋先拼装成整体，然后整体提升。从经济性、安全性、快速性3方面分析选定第二种方案进行施工。

3）在现场整体拼装时，要保持拼装精度在相关规范要求的范围内，以免影响后期提升施工合龙对位的精度，避免二次加工甚至返工。

2  拼装施工关键技术分析

2.1  臨时支架布设

在钢箱梁及钢拱肋施工过程中，临时结构尤其是临时支架的施工极为重要。一方面临时支架是钢箱梁或者钢拱肋施工中必不可少的支撑转换体系，另一方面临时支架的选型、布设也确保了项目的顺利实施。

本项目钢拱肋拼装支架合计22组，其中16组支架采用截面为1.5 m×1.5 m的四管格构柱支架，均匀地分布在施工区域的两侧，其中2组支架为一个支撑点，该16组支架为非主要受力临时结构。中间部分一共布设6组支架，也是高度最高的几组支架，6组支架采用截面3 m×3 m的四管格构柱支架，每个支撑点设置1组支架。22组支架为了保持横纵向稳定性通过钢索及横向等截面与变截面支架节进行相连，支架顶部根据钢梁结构形式设置垫梁对拱肋分段进行支撑，垫梁采用HW294×302 mm的H型钢，拼装支架的立面与平面布置图如图2、3所示。

2.2  起重设备的选择

钢拱肋的拼装采用现场吊装的方式进行拼装，经技术处理将单个主拱肋划分为17个大阶段加横撑部分，考虑到主肋分段和横撑的结构特点及现场的施工条件，拟采用以下2个吊装工况来进行钢拱肋的拼装施工，见表1。由表1可知，在塔式工况中，履带吊的额定起重量为51.8 t，最大横撑重量为28.5 t，满足吊装要求，吊装工况图如图4所示。在主臂工况中，履带吊的额定起重量为76.8 t，最大主拱分段重量为63.1 t，也满足吊装要求。

2.3拱肋拼装施工详情

工地吊装拼装施工按4个作业点从南、北拱脚向拱顶的顺序进行施工，首先做好吊装前的各项准备工作，如临时连接件、附件配套准备等，在吊装前做好焊接工作区搭跳工作和焊接设备平台，节段接头区的工作平台和设备平台一定要牢固、可靠。保证施工人员和设备安全。在吊装中及时完成接头焊接工作，按计划完成每个节点工作。具体吊装详情如下。

1）根据拼装支架的定位坐标，先进行拼装支架的安装施工，支架施工完毕并验收合格之后开始进行第一节主拱分段的拼装施工，吊装由南北向中间4个角点同时起吊，如图5所示。

2）在4个方向继续进行拱肋的逐段吊装，在进行拱肋分段拼装的同时，同步进行相应横撑的吊装施工，如图6所示。

3）继续吊装到拱肋顶部，并进行主拱的合龙施工，如图7所示。

4）安装剩余的横撑结构，并将顶棚装置安装完毕，拼装施工完成，如图8所示。

3  结束语

石家庄市复兴大街市政化改造泊水湾公园特大桥项目是石家庄的重点民生工程，其中钢拱肋的拼装施工又是整个桥梁安装施工过程中的重要一环，本文以钢拱肋的拼装为主题，介绍了钢拱肋拼装施工的关键工艺技术，主要有以下几条。

1）钢拱肋拼装施工的临时支架措施，钢拱肋拼装支架合计22组，其中包含16组非主要受力临时支架，采用截面为1.5 m×1.5 m的四管格构柱支架，均匀地分布在施工区域的两侧。其余6组支架布设在施工区域中部，采用截面3 m×3 m的四管格构柱支架。

2）钢拱肋拼装施工的起重设备选择，考虑到主肋分段和横撑的结构特点及现场的施工条件，拟采用以下塔式吊装工况和主臂吊装工况2个工况来进行钢拱肋的拼装施工，其中，在塔式工况中，履带吊的额定起重量为51.8 t，最大横撑重量为28.5 t，满足吊装要求，在主臂工况中，履带吊的额定起重量为76.8 t，最大主拱分段重量为63.1 t，也满足吊装要求。

3）钢拱肋拼装施工的吊装，拼装施工采用由南北两侧同时向中间逐步吊装的施工顺序进行吊装，并且在主拱分段吊装的同时进行横撑结构的吊装，最后是钢拱肋顶棚结构的安装。在整个拼装过程中，要保证构件对接口的精度问题，尽量避免在后面的提升施工中无法与拱脚进行顺利对接。

参考文献：

[1] 余浩淼.大跨度拱桥钢拱肋吊装施工技术[J].绿色建筑，2021，13（5）：66-67，71.

[2] 杨楠.下承式网状系杆拱桥钢拱肋安装施工[J].工程与建设，2021，35（4）：774-775.

[3] 于建.拱桥超大质量拱肋钢结构吊装方案研究[J].工程机械与维修，2023（4）：274-277.

[4] 周建军，张杰，王锦超.中承式钢箱提篮拱桥拱肋安装施工技术[J].城市道桥与防洪，2023（5）：130-132，136，19.

[5] 董伟宁，曹晗，胡宗军，等.钢拱桥拱肋施工最不利荷载处理与力学分析[J].工程与建设，2023，37（1）：180-184.