大截面变曲率高大跨拱门安装施工技术研究

大截面变曲率高大跨拱门安装施工技术研究

王良,董涛,贺斌,张文斌,贺俊淏,张哲源,马海洋,刘山山

 中建八局新型建造工程有限公司 上海  200000

摘 要 ：在桥梁及市政施工建设过程中，经常遇到大截面变曲率大跨度拱门钢结构，在拱门安装过程中场地受限机械选型是一大难点，施工过程中如何保证结构的稳定性，施工过程中的安全性，同时减少机械技措的使用量是亟需解决的问题。本文从机械选型、施工方法以质量控制多个方面进行设计优化控制，保证最终拱门的安装精度满足设计要求，为以后拱门结构的施工提供了借鉴。

关键词 ：大截面 变曲率 拱门 钢结构安装

Research on installation and construction technology of large cross-sectional variable curvature and large span arch

Wang Liang  Dong tao He Bin  Zhang Wenbin  He Junhao  Zhang Zheyuan  Ma Haiyang 

Liu Shanshan

（China Construction Eighth Bureau New Construction Engineering Co., Ltd）

Abstract: In the process of bridge and municipal construction, often encounter large section curvature long-span arch steel structure, in the arch installation process site limited mechanical selection is a major difficulty, how to ensure the stability of the structure during the construction process, safety during the construction process, while reducing the use of mechanical measures is an urgent problem to be solved. This paper carries out design optimization control from multiple aspects of mechanical selection, construction method and quality control to ensure that the installation accuracy of the final arch meets the design requirements, which provides a reference for the construction of the arch structure in the future.

Key words：Large cross-section；  Variable curvature； Arch；Steel structure installation；

1、研究背景

翔宇旅游观光打卡地项目是临沂市重点项目，项目位于三河口东岸，与电视塔隔河相望，是观城最佳位置，并以此项目为带动，建设配套产业商业街区，形成集文化、旅游、观光、夜间经济、网红经济为一体的城市商旅业新高地、新片区。

本项目钢结构施工主要包含3个部分，分别为拱门、天廊、跨李公街天桥，钢结构主体结构高度107.5m。

图1  钢结构效果图

拱门钢结构平面投影尺寸为21m*52m，由两个跨度56m，高度约98.5m的单拱交叉连结而成，拱间设置交叉斜撑、V形斜撑、横梁，结构形式为交叉钢拱结构。

图2 拱门钢结构模型图

2、施工重难点分析

1.本工程钢拱、天廊安装高度高，构件重，如何合理选择吊装机械、支撑措施、安装方案是一大难点。采用大型履带式起重机对钢拱分段吊装的施工方案；设计格构柱支撑体系，对支撑着力点进行设计布置、承载力验算及施工模拟分析，制定合理的支撑方案；为满足大型履带式起重机行走、吊装作业以及支撑胎架对地面的荷载要求，降低地基回填沉降的影响，地基采用回填级配砂石回填，地面进行混凝土硬化，铺设路基箱的处理方式。

2.钢拱多为不规则钢构件，存在大量高空作业，如何保证在地面的拼装精度和空中安装精度控制是重点。深化设计时应全面考虑现场拼装条件，施工前对拼装和安装进行详细交底；构件在加工厂加工完成后，要在加工厂进行预拼装处理。配备专业的测量人员；钢结构安装过程中采用全站仪实时进行测量校正，确保钢拱、桁架等安装精度。在施工的每个阶段、每个关键工序中对安装线型、平面位置、高程进行测量监测，通过测量的变形值与理论分析值对比，及时采取纠偏措施。

3.本工程现场焊接量大，厚板较多，最大板厚为60mm，主要材质为Q390GJC。制定焊接工艺评定，编制焊接作业指导书。做好焊前施工准备，严格规范焊接环境，保证焊接质量。低温时，构件焊接前应预热，焊后需进行热处理，以改善热影响区的组织与力学性能，消除残余应力，提供构件长期使用的质量稳定性和工作安全性。充分发挥我单位厚板焊接的施工经验以及成熟工法，根据结构特点及板厚情况严格焊接工艺评定，做好焊接施工前的准备工作。雨季施工时，采取防雨篷和防风棚等措施；错开雨季频繁季节进行施工。 

3、 拱门关键施工技术

3.1施工方法

拱门钢结构为交叉钢拱结构，由两个跨度为56m，高度约96.5m高的单拱交叉连接而成，顶部设置一拱顶平台，高度约98.5m，拱间设置交叉斜撑、V形斜撑及横梁。根据拱门的结构特点，钢拱现场采用“分段吊装法”施工，施工时加设格构柱临时支撑。

南侧拱门基础采用500t汽车起重机吊装，北侧拱门基础采用500t汽车起重机和100t汽车起重机吊装。

地上部分拱门选用160t履带式起重机和100t汽车起重机（51米以下）和500t履带式起重机（51米以上）吊装，拱顶平台使用800吨履带式起重机整体吊装。为保证履带式起重机吊装安全和钢拱支撑结构体系稳定性，避免下部地基产生沉降影响，需对下部基坑采用3:7级配砂石进行回填，压实系数不低于0.97，级配砂石上方浇筑200mm厚混凝土，配筋10@200双层双向，以提高场区的整体性，同时与两侧李公街市政道路高度顺平，使履带式起重机站位和格构柱支撑路基荷载满足要求。

钢拱间圆管支撑采用地面拼装成十字撑，再进行整体吊装，根据拱门安装高度，同步安装拱间支撑。

3.2工艺流程

3.3质量控制

1、钢拱吊点的设置需考虑吊装简便，稳定可靠，还要避免钢构件的变形，下部钢拱吊点设置在钢拱的顶部，上部弧度较大钢拱吊点设置在侧面。为了保证吊装平衡，在吊钩下挂设4根钢丝绳进行吊运，为防止钢拱起吊时在地面拖拉造成地面和钢拱损伤，钢拱下方应垫好枕木，钢拱起吊前绑好爬梯，挂好防坠器。

2、钢拱吊装到位后，钢拱的中心线应与下面一段钢拱的中心线吻合，并四面兼顾，双夹板连接板平稳插入下节钢拱对应的安装耳板上，穿好安装螺栓，安装螺栓规格采用M24x100，四面螺栓全部拧紧后方可摘钩。

3、钢拱安装前必须绑牢爬梯并清理污物，利用钢拱的临时连接耳板作为吊点，吊点必须对称，确保钢拱吊装时重心与吊钩位于同一直线上。

4、钢拱校正时，首先通过全站仪将标高点引测至拱身，将钢拱标高调校到规范范围后，再进行钢拱垂直度校正，钢拱校正后，经复核正确无误才能交下道工序施工。钢拱校正时应对轴线、垂直度、标高、焊缝间隙等因素进行综合考虑，全面兼顾，每个分项的偏差值都要符合设计及规范要求。每节钢拱的定位轴线应从地面控制线直接从基准线向上引，不得引用下节钢拱的轴线。钢拱标高可按相对标高进行控制，标高控制需从同一控制网引测，避免累计误差。

5、钢拱之间的连接板待焊接完毕后割掉并打磨，并涂上防锈漆。割除时不得伤及母材。

6、钢拱起吊前应垫放枕木，起吊时不得使钢拱在地面有拖拉现象，吊车回转时，起钩、旋转、移动三个动作交替缓漫进行，就位时缓慢下落，防止损坏螺栓丝扣。

7、吊装前，下节钢拱顶面和本节钢拱底面的渣土和浮锈要清除干净，保证上下节钢拱对接面接触顶紧。

4、结语

   大截面变曲率高大跨拱门安装施工技术解决了因现场条件限制而无法进行安装的问题，选用合适的吊装方法和工艺,钢拱的吊装变形和安装精度可控。该技术降低了施工作业风险,并提高现场施工工效,有效保证施工质量和整个施工过程顺利进行。实践证明,施工效果良好,能满足设计和质量要求,具有一定的推广和应用价值,可为后续类似工程项目提供参考。

参考文献

[1] GB 50205-2020钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2]中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].北京：中国计划出版社，2015