叠合梁钢箱提篮拱格构式桥面大构件运输技术及应用研究

叠合梁钢箱提篮拱格构式桥面大构件运输技术及应用研究

袁小宁 黄遒 涂裕洪

中交路桥华南工程有限公司  广东中山

摘要：近年来，随着基础设施建设的不断发展，交通运输业也在顺应时代的需要，以便捷、高速、环保低碳等目标发展。钢拱桥凭自身的优点而广泛应用于公路工程项目中，钢箱提篮系杆拱桥具有造型美观、结构形式多样化、承载力高、水平推力小等特点，目前已成为大多数高速公路桥梁及市政桥梁跨江、跨河结构形式的首选。钢格构式桥面具有强度高、刚度大、自重小、节省钢材、耐久等多个优点，但构件分段较多，对于跨江、跨河及山区施工环境，构件运输至桥位处难度较大，成为制约钢结构安装施工效率的重要因素。本文从格构式桥面特点入手，对叠合梁钢箱提篮拱钢构件场内运输施工技术及应用进行论述。

关键词：钢箱提篮系杆拱桥  钢格构式桥面  构件运输

1 引言

随着我国桥梁施工技术的快速发展，钢结构及钢混组合结构被广泛用于工程建设中，尤其是跨越江河、山谷等大跨度范围时，钢结构以其轻质高强、耐久性强的特点，成为桥梁施工中必不可少的组成部分。钢结构桥梁主要通过工厂化分节段加工制作，运输至现场匹配安装成整体来实现结构受力。桥址作业环境较好时，钢构件安装相对顺利，若施工环境差，钢构件无法通过陆运或水运直接到达吊装设备所吊装范围内时，钢构件的场内运输将成为钢结构桥梁施工的难点，很大程度上影响到钢结构安装的效率。本文通过实际工程案例，对叠合梁钢箱提篮拱格构式桥面大构件运输施工技术及应用进行分析论述。

2 工程概况

2.1 主桥设计简介

湄池大桥主桥上部结构采用下承式钢箱拱肋系杆拱桥，为刚性拱和刚性系梁，单跨简支体系。主桥跨径为188m，主拱的计算跨径(支座中心线距离)为184m，内倾10°，拱圈平面内矢高为37.368m，竖向投影高度为36.8m，拱轴线采用二次抛物线，抛物线方程为y-=4fx([L-x)/L2。下部结构8号、9号墩采用分离式实体墩，桥面为25cm厚钢筋混凝土预制板结构，在吊杆第一次张拉完成后安装。

主桥结构部位主要包括：主拱肋、风撑、吊杆及钢格构梁等，其主要结构部位设计情况如下表所示：

表1 主桥各结构设计情况表

图1 主桥立面图

图2 主桥平面图

图3 主桥横断面图

图4 主桥结构效果图

2.2 钢结构节段划分

主拱肋和主纵梁节段划分最长为28m，其中主拱肋单侧划分为13个节段，主纵梁单侧划分为9个节段，端横梁和中横梁均整根分段，长度21.1m。主拱及主纵梁分段示意如下：

图5 主拱肋、主纵梁节段划分图

湄池大桥主桥钢结构共计234个节段，单个节段最重为63.4t，钢结构总重2938.6t，钢构件分段统计如下表：

表2 湄池大桥主桥钢结构节段划分重量清单（材质：Q345qD）

3 钢结构场内运输方案分析

本项目主桥桥位周边环境复杂，主桥上部结构需采用分段安装，桥面为叠合梁格构式结构，在钢结构安装阶段，运输车无法到达桥面，构件场内运输成为施工重难点，严重制约钢结构安装进度、施工安全及成本。项目通过对主桥上部结构特点和钢结构安装方案剖析，提出以下场内运输方案：

方案一：通过附近码头由驳船运输至桥位

本项目主桥钢结构加工厂位于杭州市临安区，距离码头较远，若采用水路运输，需要先将构件采用汽车运输至附近码头，再由驳船运输至桥位，采用浮吊吊装至桥位。采用此种方式，构件吊装周转次数较多，且若在汛期或枯水期，航道禁航，可能造成构件无法按照计划运输至场内，存在较大的工期风险，且周转次数多导致运输成本过高。

方案二：公路运输至桥位处堤岸内，由浮吊转运至桥位安装

主桥9#墩为原有码头，堤岸内场地条件较好，但进入该场地需要通过湄池大桥老桥，湄池大桥老桥为危桥，限高、限重且转弯半径较小，长大构件无法运输至主墩处。8#墩处为浅滩，若对堤岸内道路修筑处理，车辆可进入主墩附近，但浦阳江水位变化较大，在汛期，随时会将内堤淹没，在旱季，水位较低，靠近堤岸约20m会出现河床外露，浮吊吃水深度大于1.2m，无法满足从堤岸处吊装构件的条件。另外，浮吊移动、定位较慢，主桥构件较多，工效低下，大型吊装设备使用时间长，增加了施工成本。

方案三：通过桥面进行运输

在引桥7#墩范围设置起始支架平台，利用汽车将钢构件运输至平台处吊车可吊装范围内，由吊车吊装至起始平台的遥控电动运梁台车上，在完成相应段落格构式梁安装后，在梁顶设置运输轨道，通过运梁台车将构件运输至浮吊吊装范围内，完成构件安装。

通过以上三种运输方案对比分析，采用在桥面进行运输的方式，能够很好的利用主体结构作为载体，构件运输不受航道、水利方面的影响，周转次数少，运输安全，运输成本低，在施工进度、安全方面更具备保障性。

4 格构式桥面构件运输方案设计

4.1 运输平台设计

主桥钢结构安装用临时支架加工及钢结构节段卸车、存放均在引桥4～7#墩（预制梁未架设）内完成。从7#墩处开始设置起始运输平台，并借助于7#墩盖梁及主墩横梁作为承重结构。起始平台支架采用φ820×10mm钢管桩作为支墩，横向间距为4.5m，顺桥向最大跨径10m，在7#墩盖梁顶、大堤顶及主墩横梁顶相应位置设置支墩，其中堤内支架采用入土钢管桩支架方式，堤外支架采用混凝土扩大基础形式。电动运梁台车轨道承重梁采用3拼I45a型钢，分配梁采用I14型钢，顺桥向50cm间距一道均匀布置。轨道梁设置在桥梁中心位置，部分支架充分利用引桥盖梁及主墩横梁作为承重结构，在盖梁及横梁上设置固定或限位措施，确保支架稳定。在桥面上将轨道承重梁直接铺设在中横梁顶板位置，并与中横梁做好焊接固定连接。

图6 起始运输平台设计

4.2 运输台车设计

电动运输台车由2组（前后各两台）电磁制动三相异步电动机作为动力，单台电机功率为2.2KW，额定电压380V，采用自带发电机作为电源供电，最大载重100t，运输速度为0.5km/h，适应坡度2.5%，由手持遥控器控制。运输台车轴距12m，轮距4.5m，利用型钢连接成整体，并在顶部横向设置2I45a型钢承重梁作为构件支撑点，轮距、轴距均可根据实际工程情况进行调整。运输轨道设置于桥梁中心，轨道中心距离为4.5m，采用P43重轨，随中横梁安装施工而向前接长延伸，运梁台车轨道梁在桥面上采用规格为3拼I45a型钢作为承重梁，承重梁顶部采用I14型钢作为分配梁，轨道与分配梁采用钢板作为压板进行固定，固定方式采用两边交叉固定，压板间距50cm，与分配梁焊接连接。在轨道开始及结束位置设置限位装置，并配置红外线感应制动装置。

5 构件运输技术及应用

5.1 运输台车轨道技术

主纵梁为箱形截面，中横梁为工字型截面梁，为满足运梁台车能够进行桥面运输，将中横梁作为运梁台车纵向轨道承重梁，中横梁间距为4m，运梁台车轮距为12m，运梁台车自重为10t，运输最大构件重量为63.4t。考虑拱肋支架搭设后与运梁台车轨道位置不产生冲突，将运梁台车轨道设置于跨中位置，中横梁与桥梁横坡一致，中间高、两边低，轨道设置于桥梁中心线两侧，从中横梁受力角度来看，更加均衡，基本不会产生偏载现象，利于主桥安装线形的控制。

运输台车轨道梁连同轨道在后场加工制作成12m节段，在相应跨内中横梁、小纵梁安装并焊接完成，具备安装条件时，整体吊装至安装点与前一节轨道梁拼接，轨道梁间采用焊接连接固定，轨道采用标准鱼尾板配高强螺栓连接，安装方便，连接速度快。中横梁存在2%横坡，为保证运梁台车轨道梁轴心受力，在轨道梁与中横梁顶板接触位置根据实际高差关系采用钢板进行垫高处理。通过实际运输效果来看，运梁台车运输构件过程中对横梁产生影响较小。

5.2 构件运输应用

主桥钢结构所有节段、拱肋支架及辅助性材料均通过桥面运输台车完成。本项目最大运载重量为63.4t，运输构件最长为24m，匀速行驶，行驶速度0.5km/h，运输台车前、后轮可同步控制前进与倒退，并有红外线感应制动装置，前方有障碍物时，会立即停止运行。整个运输过程操作方便，由1人操作手持遥控器可完成构件运输。整个主桥施工过程中，顺利完成钢结构节段及整体式支架共计320余次运输。

6 综合应用分析

6.1 运输效率

钢结构场内运输不同方式运输效率分析见下表：

表3 构件场内运输效率分析表

经对比分析，采用桥面运输的方式，更有利于提高运输效率，加快施工进度。

6.2 运输安全性

（1）通过附近码头由驳船运输至桥位的方式，中途周转次数多，需要经过多次装卸吊装，钢结构均采用临时吊耳作为吊点，多次吊装转运存在较大的安全风险。

（2）公路运输至桥位处堤岸内，由浮吊转运至桥位安装的方式，需要利用浮吊进行移运，浮吊主要靠锚揽进行移位，移动定位缓慢，吊装大构件进行移位，安全风险较高。

（3）采用运梁台车进行运输，台车轨道以主体结构作为载体，运输线路固定，操作便捷，不受外部环境的影响，只需要做好运输台车的安全操作，运输风险相对较低。

6.3施工组织

钢结构通过桥面运输的方式，避免了航道通航、汛期及枯水期驳船无法转运对钢结构安装的影响，构件运输影响因素小，转运时机灵活，构件进场后可根据安装进度随时进行构件运输，在施工组织方面具有较强的优越性。

6.4 经济效益

主桥钢结构运梁台车为一次性投入使用，综合摊销费、进出场费、燃油动力费、维修费、轨道材料费等，经过成本分析计算，本项目采用运梁台车在桥面进行构件运输的总成本约为15万元，低于驳船运输费用，且节约了施工工期，经济效益显著。

6.5 对比分析

钢结构场内运输不同方式在施工工期、成本上对比分析见下表：

表4 构件场内运输方式对比分析表

通过对比，采用桥面运输的方式，在临时材料、运输设备投入成本上较驳船运输降低约39%，并有效提高了钢结构安装效率以及施工机械等资源的利用率，节约了施工工期，增强了经济适用性。

7 结束语

诸暨店口湄池大桥主桥为下承式钢箱提篮系杆拱，主体结构为钢结构，各构件间连接方式焊接连接，桥面采用格构式梁。在施工条件受限，构件运输难度大的环境下，项目通过对结构特点进一步分析，以格构式梁伟载体，在桥梁中心铺设运输轨道，由一台遥控电动台车顺利完成了桥梁所有构件及支撑架的场内运输，顺利完成了主桥钢结构安装。经工程实例检验，该桥面运输技术对于施工质量、安全、进度、施工组织及经济效益方面具有足够的优势，可供类似桥梁施工参考借鉴。

参考文献

[1]《公路桥梁施工技术规范》(JTG/T 3650-2020).

[2]《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015).

[3]赵国强、李朝阳、李立彪.复杂条件下超大型构件运输施工技术,《建筑技术》 2019年09期.

[4]赵军平、丁岩、吕升明.《大型格构式钢梁制作安装研究》,《建筑技艺》 2020年S1期.