大体积空间异形钢拱脚精准安装施工技术

大体积空间异形钢拱脚精准安装施工技术

来克冬

中国水利水电第十一工程局有限公司   河南郑州   450001

摘要：南阳市淯阳桥主桥为中承式七跨五拱拱梁协作体系，中间拱脚拱梁分离，为大体积异形钢结构拱脚；拱脚采用分节段加工制作，现场安装采用一种用于预埋螺栓精确安装的锚固架定位预埋螺栓，在桥位分节段吊装拱脚，利用承压板作为拼装胎架，拼装焊接拱脚各节段后，整体下落至设计位置，提高了施工效率，降低了安全风险。

1.立项背景及目的

在桥梁工程领域，钢结构桥梁因施工质量可靠、加工速度快、易于修复更换、可回收利用及使用寿命长等优点，是现代桥梁中发展迅速的一种桥梁结构形式。而在钢结构桥梁工程领域，钢结构拱桥因自重轻、水平推力较小及结构形式多样等优点，是现代大跨度桥梁具有竞争力的桥型之一。拱桥力系传递合理，造型美观，属于传统经典桥式结构，钢管混凝土拱、钢桁架拱、钢箱拱等大跨度拱桥结构建造技术在近些年来得到很大发展和提高。随着大跨度拱桥的发展，钢箱拱—钢箱梁组合式桥梁越来越多的出现在桥梁建设中，而拱肋线性也从平面结构发展到空间结构，异形拱桥逐渐走进人们的视野中。拱脚施工作为钢拱桥施工的重要部分，拱脚安装精度和安装质量直接影响拱桥的成桥质量和拱肋线形。

2.研究内容

南阳市淯阳桥重建工程项目位于南阳市白河风景区，项目北起人民路与七一路交叉口，南至华山路与长江路交叉口，工程总长度约1759.755米。其中桥梁全长约700米，主桥长578米，桥宽40.5米，南、北引桥桥长均为61m，桥宽44.75m。主桥为中承式七跨拱梁协作体系，主梁为钢结构箱型双主梁，拱肋为异形多边形钢箱断面。中间拱脚（P5～P8）处拱墩固结，拱梁分离，梁底设置支座；边拱脚(P4、P9)处拱梁固结，梁底设置活动支座。淯阳桥主桥中间拱脚共8个，单个拱脚预埋52根精轧螺栓，螺栓的预埋精度要求在±3mm。单个拱脚核心筒体积326.97m³，重量220.5t。主桥P5-P8拱脚通过在承台施工中预埋精轧螺栓，将拱脚核心筒通过预埋螺栓与承台锚入基础中。拱脚核心筒承压板52个螺栓孔需与52根精轧螺栓精确对位，整体吊装螺栓孔群对位困难，吊装安全风险大。

3.创新点

3.0.1发明了一种拱脚预埋锚栓精确定位装置，实现了52根预埋螺栓的精确安装。

3.0.2拱脚加工采用分节段加工整体组拼的施工工艺，将单个拱脚核心筒分为五个加工制造节段，然后在整体进行厂内预拼装。既满足运输要求，又可保证拱脚现场精确拼装。

3.0.3采用分节段吊装大体积拱脚，先穿入重量较轻的单块承压板，再分段定位吊装拱脚核心筒2个节段，焊接锚板加劲和锚板，检测完成后整体下落至设计位置，有效解决了大吨位整体吊装螺栓孔对位安装困难的问题，也消除了吊机长时间负载作业的安全风险。

3.0.4在低于预埋螺栓顶50mm处，利用拱脚预埋锚栓和核心筒承压板在作为现场拼装胎架，施工现场无需另外搭设拼装胎架，节省大量人工及材料费用；预留出锚板安装及焊接操作空间，保证焊接质量。

4.工艺原理

拱脚核心筒通过承压板和拱脚预埋螺栓将拱脚锚入拱座中，然后绑扎钢筋浇筑拱座混凝土。根据承压板孔群的位置，采用型钢加工锚固架，将52根通过锚固架的精确定位来保证预埋螺栓的安装精确，浇筑承台混凝土以固定螺栓。将大体积拱脚划分为5个节段进行加工，分节段运输至现场后，先通过承压板孔群与预埋螺栓对位，安装质量较轻的承压板，然后以预埋螺栓和承压板作为拼装胎架，分别吊装拱脚核心筒节段，然后焊接加劲板和锚板。焊接完成后，整体进行吊装下落。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

图5.1-1施工工艺流程图

5.2 施工操作要点

5.2.1 锚固架制作与安装

单个拱脚预埋52根精轧螺栓，螺栓的预埋精度要求在±3mm。拱脚通过拱脚核心筒承压板和预埋螺栓锚入承台中，项目制作一种可以精确安装的锚固架用来保证螺栓的预埋精度。锚固架采用槽钢加工，锚固架弧度区域加工精度直接影响上部拱脚定位精度，采用数控型钢弯曲机加工弧线部分。锚固架底部距离承台底1m，在锚固架下端四角及中间部位焊接6根工字钢作为锚固架支撑。根据锚固架工字钢的位置，在垫层里预埋6块300×300×10mm厚钢板，锚固架精确定位安装后，将工字钢与预埋钢板焊接，保证锚固架在混凝土浇筑过程中不会移位和上浮。锚固架全部安装完成后，依次测出每根精轧螺栓的坐标，并做出书面记录。

在工厂加工锚固架时，先将预埋螺栓的锚垫板与锚固架精确定位焊接，到施工现场后，根据锚垫板的位置，直接穿入预埋螺栓，调节其垂直度，然后拧紧螺母，保证螺栓紧固，不会在混凝土浇筑过程中产生位移。锚固架加工出厂前，对锚固架结构尺寸和对角线及螺栓孔位进行测量校核，并与设计承压板孔位进行比对，对有偏差的进行调整，验收合格后方可运输至施工现场。

5.2.2 承压板安装

将在承压板下面的部分预埋螺栓的螺母和锚垫板调整至同一高度，以垫片顶面低于螺栓顶面50mm为准，在承台混凝土上搭设六个三角圆筒支撑架，支撑架顶面与锚垫板顶面齐平，吊装承压板，使承压板孔群与预埋螺栓对位穿入，落在支撑架和垫板上；将承压板精确调平，利用承压板面和预埋螺栓、三角筒支撑作为拱脚核心筒拼装平台。

承压板安装过程中应确定好承压板的吊点位置，防止因为起吊引桥的承压板变形，承压板打孔前，应参考施工现场预埋螺栓的位置，防止到现场后出现孔位偏差，无法安装的问题。

5.2.3 拱脚核心筒吊装

通过螺母将承压板精确调平，然后在承压板面上放样划出核心筒的位置边线，在相邻两个方向焊接限位板。采用1台260吨履带吊和1台130吨汽车吊配合吊装拱脚1#核心筒节段，精确对位并进行码缝固定，然后吊装2#核心筒节段 。测量复核位置满足设计要求后，将2#核心筒节段与承压板和1#核心筒节段码缝焊接。定位焊接至设计焊缝端部的距离不宜小于30mm，定位焊的焊缝长以50mm～100mm为宜，间距400mm～600mm，定位焊缝的焊脚尺寸不宜小于3mm，且不应大于设计焊脚尺寸的1/2。

拱脚核心筒吊装完成后，要对核心筒整体进行测量，保证后续延伸段可以准确对接安装。

5.2.4 焊接锚板加劲及锚板

拱脚1#核心筒节段和2#核心筒节段拼装完成后，将核心筒节段与承压板进行焊接，使其成为整体，然后焊接加劲板、锚板。除内部隔板及隔板加劲焊接为角焊缝以外，其余焊缝均为全熔透焊接，且不同位置所用焊接材料不同。承压板与锚板焊接多为水平焊缝，需使用实芯焊丝进行二氧化碳气体保护焊接；锚板加劲多为立向焊缝，需使用药芯焊丝进行二氧化碳气体保护焊接。焊丝表面应无油污、锈蚀。二氧化碳气体纯度应大于99.5%。焊接前要报监理报验，经验收合格后进行焊接作业。拱脚整体焊接完成之后，进行焊缝检测。

5.2.5 拱脚下落至设计标高

拱脚全部焊缝焊接完成后，经检测合格后，拆除临时支撑架，并将螺母及垫板旋至设计位置，采用两台260吨履带吊将拱脚吊落至设计位置，然后安装锚垫板及双层螺母。下落至设计高程后，及时对拱脚节段对口处进行复测，以进行后续节段拱肋线形的调整。

5.2.6 立模浇筑承台顶部30cm厚后浇混凝土

在安装模板之前，要将承台后浇部位预埋钢筋上的浮浆清理掉，并打磨除锈。后浇部位底部的焊渣、陶瓷衬垫等杂物也一并清理干净，最后使用高压水枪，对整个后浇部位基面进行彻底冲洗，确保仓内无任何杂物。使用竹胶板制作的模板进行搭设，保证四边的线形，并由测量放样出浇筑高程。使用C40微膨胀混凝土浇筑，坍落度控制在±180mm，浇筑过程中振捣均匀。

6.质量控制

6.0.1安排专人全程监督和抽查施工质量，发现没有按照交底和图纸施工的现象，立即责令停止施工，整改合格后方能继续。

6.0.2对焊接材料进行严格审查，其中包括焊丝、气保焊气体、陶瓷衬垫等，已经后浇部位的混凝土等。

6.0.3 拱脚焊接为质量把控的重点内容，应有持证的有经验的焊工进行焊接，且焊接作业期间，严格按照焊接工艺评定内的各项要求来进行操作。

6.0.4后浇部位混凝土浇筑时，整个过程中应振捣均匀。尤其是承压板下部，要使混凝土填充满整个承压板下部空间，避免出现空隙。

6.0.5做好隐蔽工程及分部分项单元工程的验收。验收时，质检人员和有关人员必须到场，实行签证制度，做好验收记录。

7.安全措施

7.0.1建立健全安全监督机制，配专职安全员；加强对职工安全意识、安全知识的教育。使职工有较强安全防护知识和自我保护意识，不能只顾工作不顾安全，做到安全教育制度化、经常化；通过对职工进行安全技术培训，使参加施工的工人，熟知本工种的安全技术操作规程，操作中坚守工作岗位，严禁酒后作业；特殊工种必须经过专门训练，考试合格发给上岗证，定人定岗，持证上岗。

7.0.2坚持按有关安全操作规程施工，发现问题及时处理，做到防患于未然。

7.0.3定期组织对施工现场的安全检查工作。主管安全工作的领导和各作业队的主要负责人均参加检查，重点对施工用电、施工设备及防火状况等进行仔细检查，对不安全因素制订具体的纠正和预防措施，限期改善与纠正。施工必须执行三相五线，三极配电两极保护，“一机，一闸，一漏，一箱”的规定，并做好施工用电安全警示标识。

7.0.4在作业过程中，严格遵守劳动纪律，操作时信号明确，危险区域要有安全警示标志，禁止在操作时玩手机打电话等。

7.0.5工地电工必须持证上岗，值班电工每天应对所有电器设备及线路检查一次；发现老化、破旧、缺损的元器件应及时更换。非电工不许触动、拆装、修理电气设备。

7.0.6严禁乱拉电线和接电器设备。非专业电工不得从事电作业。各项机械设备必须做接地保护。

7.0.7进入基坑区域施工的作业人员必须穿戴好劳保用品。

7.0.8拱脚拼缝处焊接的作业人员，必须系安全绳，安全绳另一段绑临时焊接的护栏上，基坑上部必须有安全员观察。基坑必须设置防护栏杆，防护栏杆上配置警示牌和危大工程验收牌。

7.0.9在吊装期间，设置吊装区域，除作业人员之外其余人不准靠近吊装区域，对吊装设备、钢丝绳、吊耳等进行吊装前的专项检查，各责任人签写吊装作业票。

8.环保措施

8.0.1认真贯彻落实国家有关环境保护法律、法规，做好施工区域的环境保护工作。工程开工前编制环境保护措施计划，在施工中严格执行。

8.0.2做好施工机械与运输车辆的保养，使其保持良好的运行状态；运输车辆在穿行居民区时，应减速行驶，禁止高音鸣笛，以避免噪声对居民的干扰。

8.0.3混凝土运输车辆出场时设专人清洗轮胎和车厢挡板，防止污染城市道路和市区环境。

8.0.4在临时施工营地，设置生活垃圾堆放处，集中收集垃圾，对收集的垃圾，交由地方环卫部门处理。

8.0.5定期对施工人员进行体检，随时掌握施工人员健康状况，采取预防性措施。

8.0.6施工过程杜绝将建筑垃圾、生活垃圾随意丢弃。

9.主要技术经济指标

9.0.1采用52根直径50mm精轧螺纹钢将锚固架与拱脚固结，将220.5t拱脚拆分成5节段，先吊装6t承压板，然后再吊装37t大桩号侧拱脚，最后吊装35t小桩号侧拱脚，最后拱座浇筑完成后吊装剩余两个拱脚延伸段。

9.0.2设置精轧螺栓和锚固架来传递拱肋受力，减小钢筋混凝土结构拱座的受力影响，降低其裂缝损坏程度，延长使用寿命，可有效降低后期维护费用，带来较好的社会效益。

9.0.3 全桥8个拱脚核心筒，单个拱脚核心筒体积326.97m³，重量220.5t，拱脚安装精度要求±3mm。

10.应用实例

大体积空间异形拱脚精确安装技术，采用预埋螺栓和承压板为拼装胎架，采用桥位法分节段吊装大体积拱脚，解决了大吨位整体吊装螺栓孔对位安装困难的问题，也消除了吊机长时间负载作业的安全风险。拱脚安装施工自2021年10月份开始至2022年3月份施工完成，施工期间未发生任何安全、质量事故，施工进度满足计划要求，受到监理、业主专班、指挥部等单位一致好评。

11.结论

本课题立足于南阳市淯阳桥重建工程项目，以新建淯阳桥拱脚核心筒安装施工为依托，研究大体积空间异形拱脚精确安装技术，拱脚核心筒通过预埋在承台中的精轧螺栓进行固结。项目采用大体积空间异形拱脚精确安装施工工法，根据承压板螺栓孔群的位置，加工螺栓锚固架，通过锚固架的精确预埋保证预埋螺栓的位置。采用大体积分节段加工、安装，降低了安装难度，提高了安装效率。

该研究成果已成功应用于淯阳桥的拱脚安装中，工程质量、进度、安全均满足合同要求，效果良好，具有推广价值和应用前景。

12.主要参考文献

（1）南阳市淯阳桥重建工程招标文件，答疑文件；

（2）南阳市淯阳桥重建工程桥梁施工图（第二册第1分册）；

（3）南阳市淯阳桥重建工程施工组织设计；

（4）《公路桥涵施工技术规范》JGJ/T 3650-2020；

（5）宋生志,林南昌,张月楼,程笑.超大异形插入式拱脚的分片安装施工关键技术[J].建筑施工,2021,43(01).

（6）张芳.南浦溪特大桥拱脚预埋段施工关键技术[J].科学技术创新,2021(15):

141-143.

（7）杨亮,何成元,蒋国明.大跨度巨型斜拱拱脚安装技术[J].建筑结构,2022,

52(S1).

（8）田波.特大跨钢桁拱拱脚段定位与安装技术[J].施工技术,2017,46(17):52-56.

（9）李继有.大跨度钢桁-混凝土结合拱桥拱脚精定位安装施工技术[J].交通科技,2016(02):24-27.