浦东大道9号桥竖转提升关键施工技术

 孙九春，叶小鹏

（腾达建设集团股份有限公司，上海200122）

[摘要]浦东大道9号桥设计为跨径115m的下承式系杆拱桥，采用先梁后拱法施工。受地形条件限制，拱肋采用竖转提升工艺安装，即把传统竖转法的塔架前移置于拱肋中部，拱肋在桥面上分两段卧拼，利用液压同步提升技术，分别把两个节段提升到位，最后空中合龙形成拱肋。在该工程施工过程中创新了转铰同心度的控制方法，提出了拱肋体系转换与合龙控制的无应力状态法以及实现措施。

[关键词]桥梁工程；系杆拱桥；竖转提升；合龙转铰；施工技术

[中图分类号] U448. 22+5  [文章编号]1002-8498(2016)11-0036-03

0  引言

 新建浦东大道9号桥在东沟船闸外侧跨越赵家沟，主桥设计为下承式钢管混凝土系杆拱桥，计算矢高23m，拱肋采用哑铃形钢管截面，充填C50微膨胀混凝土，拱肋间设置4道K形风撑、3道一字形风撑。主桥原施工方案采用“先梁后拱”法，桥面梁体在支架上现浇，拱肋采用浮吊和吊车分5段安装。

 但受周边环境条件限制，常规的少支架分段安装拱肋的工艺无法实施，综合考虑各种方法的优缺点后，决定采用竖转提升法施工。即拱肋在现场桥面上分2个节段拼装，在拱肋底部设置转动铰，在拱肋中部桥面上设置提升塔架，利用超大型液压同步提升技术，先利用提升塔架将一个节段竖转提升到位，再用提升塔架将另一个节段同步竖转提升到位，然后两个节段空中合龙形成拱肋。此安装方法可降低安装施工难度，对质量、安全和工期等均有利。

 该方法与传统竖转法在力学原理上有所不同。在传统竖转法中，塔架置于拱肋转铰附近，拱肋因扣索水平分力对转铰产生的力矩大于竖向分力对转铰产生的力矩而转动，竖转塔架需要可靠的后锚装置来平衡水平分力；但在竖转提升法中，塔架设置于拱肋中部，拱肋在扣索水平分力和竖向分力对转铰所产生力矩的共同作用下而转动，且竖向分力力矩占主导地位，拱肋实际上是在竖向提升力的作用下做转体运动，因而塔架可以不必设置后锚。佛山的东平大桥、武广客运专线的东湖大桥、石家庄的滹沱河大桥在竖转提升施工方面进行了一些探索，本工程在上述基础上对竖转提升施工中的关键技术进行了优化、创新，特别是在竖转铰定位、拱肋合龙与体系转换方面提出了全新的方法，进一步发展完善了竖转提升工艺。

1  竖转提升施工总流程

 根据运输车辆、运输路况、现场吊装场地、现场吊装机械各方面因素综合考虑，拱肋在车间制造分成24小段，最短的为拱脚分段2. 9m，中间最长的分段长度为5. 7m。整个拱桥在工地拼装成2个大分段，每段先在桥面拼接（用风撑将左、右两片拱肋连起来）好再提升至安装位置。由于拱肋只能从南侧拱脚处运至桥面上，因此拱肋的拼装与塔架、风撑等密切相关。因此，总体施工顺序为：自北向南拼装北侧拱肋→安装北侧拱肋塔架、提升器等→自北向南拼装北侧拱肋风撑→北侧拱肋提升→自南向北拼装南侧拱肋→安装南侧拱肋塔架、提升器等→自北向南拼装北侧拱肋风撑→南侧拱肋提升。施工流程如图1所示。

 1)步骤1桥面上拼装拱肋、塔架，安装提升系统，然后提升北侧拱肋。

 2)步骤2  提升南侧拱肋，与北侧拱肋拱顶销轴连接，提升器卸载，形成三铰拱。

 3)步骤3  安装拱顶、拱脚合龙段形成无铰拱。

2关键施工技术

2.1钢管拱现场拼装

 根据拱肋节段自重、安装高度等因素，采用70t汽车式起重机在桥面上拼装拱肋。拱肋吊至胎架上、调整位置后，再在连接板上接上部分螺栓，再用码板码住。最后校对拼接好后的大分段整体弦长、拼缝处矢高及风撑位置是否和车间一致，焊接大分段。拱肋的吊装焊接为常规施工工艺，难度不大，本工程的难点在于特殊节段的安装定位，如预埋管段与竖转铰，这两部分是后续节段的拼装基础，其位置的准确与否直接决定整个拱肋的线形。

2.1.1  预埋管节安装定位技术

 预埋管节的安装精确与否对整个拱的安装至关重要，拱肋为空间实体，但安装定位的控制点位于拱轴线上，不在拱肋实体上，因此需在拱肋截面的中心位置处设置一块临时连接板用以标记拱轴线控制点，然后根据拱轴线公式，得到拱肋两个端面中心点的坐标，只要临时连接板上标记点的坐标与理论坐标相一致即可确定拱肋节段的平面位置，如图2中A，B两点所示，再利用水平尺即可确定拱肋节段的空间位置。为此在钢管两端的缀板中心设置临时连接板，通过钢管预留的管壁等分点找出钢管圆心点的位置，然后连接两个圆心点，再在临

时连接板上弹出墨线，从而可找出中心点的位置，并做好标记，如图3所示。

2.1.2转铰下底座的三维空间定位技术

 由于两根拱肋连同风撑同步竖向转体施工，这就要求横桥向的两个转铰必须同心，传统的转铰同心控制方法是穿钢棒法，但是该方法对钢棒自身的垂直度要求极高，对于间距较大的两个转铰由于自重影响同心控制难度大，为此研制了转铰同心度控制的十字丝定位法。

 在转铰下底座的两个耳板上分别设置通过销孔圆心的两个十字丝，十字丝的交点即为销轴的圆心，然后在两个转铰的外侧分别设置1个定位点，两点之间的连线即为两个转轴的轴线。两点之间设置1根钢丝线，在安装底部转铰时，钢丝母线穿过两个转铰预先设置的十字定位孔，只要两组转铰的十字丝交点与钢丝母线同时靠在一起即可，这样既确定了转铰的中心位置又可确保它们的同心度，如图4所示。

2.2  竖转提升加载工艺

 一切准备工作做完，且经过系统、全面的检查确认无误后，可进行拱肋的液压整体提升。先进行分级加载试提升。通过试提升过程中对钢拱肋结构、提升设施、提升设备系统的观察和监测，确认符合模拟工况计算和设计条件，保证提升过程的安全。以主体结构理论荷载为依据，各提升吊点处的提升设备进行分级加载，依次为20%，40%，60%，80%，在分级加载过程中，需保证塔顶位移始终在设计控制范围内。确认各部分无异常的情况下，可继续加载到90%，100%，直至钢拱结构全部离地（胎架）。分级加载完毕，钢拱提升离开拼装胎架约20cm后暂停，停留4~24h，全面检查各设备运行及构件的正常情况。试提升阶段一切正常情况下开始正式提升。

 拱肋提升竖转高度约24m，拱肋同步提升竖转至设计位置后暂停，各吊点微调下降，使钢拱精确到达设计位置，提升设备暂停、锁定，保持钢拱空中姿态稳定不变。

2.3拱肋合龙与体系转换

 传统竖转法可通过扣索索力的调整来实现对拱肋轴力的调整，但是对于竖转提升工艺而言，扣索的调整主要带来拱肋的刚体转动，而对拱肋的力学状态几乎没有影响。佛山东平大桥采用两铰拱。无铰拱的体系转换方法，即在拱顶直接焊接合龙段形成两铰拱再封拱脚称为无铰拱。为了消除竖转提升才施工时的附加应力，拱顶合龙前在拱肋1/8处设置临时支架，通过利用临时支架提供的竖向反力来调整拱肋线形，显然这是非常麻烦的，也是不经济的。为此，本桥拱肋合龙与体系转换采用简支斜梁。三铰拱一无铰拱转换法，即拱肋提升到位后，通过调整提升器扣索的长度，使得拱顶的合龙装置满足合龙要求，在既定位置插入销轴后及时楔紧楔块，完成拱顶的临时合龙。然后缓慢放松两侧的扣索，使得拱肋由简支斜梁施工状态转换到三铰拱状态，然后再安装合龙段形成无铰拱。

 本工程拱肋的应力与线形控制采用无应力状态法。由于本工程跨度较小，计算分析表明，只控制拱肋的无应力长度即可，无须进行无应力曲率的调整，从而大大方便了施工。为便于调整合龙段的长度，对传统的铰合龙装置进行改造，阳头耳板上仍设置圆孔安装销轴，而把阴头耳板上的圆孔改为长圆形，销轴通过不同厚度的垫块与长圆孔相连实现轴力与剪力的传递。

 根据总体施工方案，先提升北侧拱肋，再提升南侧拱肋，北侧拱肋端部需比预定位置提升0. 5m可满足南侧拱肋后期提升时要求。南、北两侧提升到位经测量无误后，进入拱顶合龙阶段。先逐步下放北侧拱肋，待其与南侧拱肋基本到达同一位置后，微调南、北两侧拱肋，直到合龙轴插入、楔块顶紧。然后逐步放松提升器，由此实现拱肋节段到三铰拱的第1次体系转换。经测量满足要求后，开始焊接合龙端口，拱顶焊接完毕后再焊接拱脚转铰处外包钢管，拱肋完成由三铰拱到无铰拱的体系转换。

3竖转提升期间的安全控制

3.1  拱肋竖向同步性偏差控制

 尽管拱肋的竖转提升设备同步性精度很高，但是系统性误差不可避免，为确保结构的安全和提升系统的同步性，需要建立拱肋两侧偏差的容许值。为此建立了有限元模型，分析了拱肋在不同竖转角度下两侧拱肋竖向偏差20，30，50cm时的应力情况，结果表明结构应力在82~178MPa，对Q345钢材而言是安全的。结合竖转提升设备的控制精度，拱肋同步性偏差的最大容许值设定为20cm。当超出该值时应当暂停提升，通过分别控制提升器的油缸来调整单根拱肋的竖向位移，直至满足要求为止。

3.2塔架的纵向位移控制

 由于拱肋提升期间不允许有大风，因此竖转提升期间不考虑风荷载引起的横桥向位移，控制的重点是塔架的纵桥向位移。分析表明，在竖转提升期间塔架的纵桥向位移为0. 012m，考虑到塔架的实际刚度及其承载能力，其纵桥向位移的控制值设定为0. 02m，一旦超过该值就应该停止提升并采取措施确保塔架安全。

4结语

 浦东大道9号桥主桥拱肋采用竖转提升工艺施工，2010年3月开始拼装拱肋和塔架，2010年5月顺利完成拱肋安装。实践表明，上述工艺与技术可行，针对工程特点所设定的总体流程适应了场地狭小、施工空间不足的特点，拱肋节段的定位技术特别是竖转铰的同心度控制方法克服了传统钢棒法的不足，具有施工简单、安装定位方便等优点，拱肋的合龙与体系转换方法完全满足工程施工精度，拱肋的应力与线形达到了设计要求，施工安全控制较

好。该工艺减少了高空作业、降低了费用。