超大跨度下承式系桿鋼拱橋施工技術(shù)摘要：本文通過(guò)介紹上海市浦星公路橋主橋鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝工藝技術(shù)，較為詳細(xì)地對(duì)項(xiàng)目中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、工藝特點(diǎn)、施工技術(shù)等進(jìn)行闡述，對(duì)類(lèi)似工程工藝技術(shù)選擇、成本控制等具有較高的借鑒價(jià)值。本文主要包括：鋼結(jié)構(gòu)制作3D掃描電腦預(yù)拼裝簡(jiǎn)述；拱肋支撐塔架設(shè)計(jì)安裝；大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁BIM施工技術(shù)運(yùn)用；支撐系統(tǒng)基礎(chǔ)沉降控制。此項(xiàng)目擇優(yōu)選取大跨度下承式拱橋鋼結(jié)構(gòu)施工方案，確保了工程質(zhì)量、施工安全，并因地制宜做到成本最優(yōu)、工期提前，為大跨度重型鋼橋安裝提供了有益的參考。關(guān)鍵詞：國(guó)內(nèi)單跨最長(zhǎng)、最重下承式拱橋；BIM施工工況模擬；sap2000、MidasCivil施工工況驗(yàn)算；3D掃描電腦預(yù)拼裝；多種支撐體系基礎(chǔ)（鋼管樁、高壓水泥漿旋噴樁、老橋墩臺(tái)）；大構(gòu)件空中翻身；超大構(gòu)件吊裝；600噸浮吊。引言下承式拱橋?qū)儆跓o(wú)推力拱梁組合體系，具有受力合理、線條流暢、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、外形宏偉壯觀等特點(diǎn)，且經(jīng)久耐用，是我國(guó)公路廣泛使用的一種橋梁結(jié)構(gòu)型式。上海市大蘆線航道整治二期工程閔行浦江段跨航道橋梁3標(biāo)浦星公路橋主橋鋼結(jié)構(gòu)工程：是大治河通航整治提升項(xiàng)目之一；是大治河上跨度最大、高度最高，下承式提籃鋼拱結(jié)構(gòu)橋；是上海黃浦江進(jìn)入大治河西入口第一橋；東向直通東海，擴(kuò)容了臨港自貿(mào)區(qū)通航能力。此拱橋拱肋矢高達(dá)到57.982米，跨徑長(zhǎng)達(dá)230米，是上海市單跨最長(zhǎng)、高度最高、重量最重下承式拱橋（僅次于中承式拱橋的盧浦大橋）。并且在下承式拱橋中，跨度不僅是國(guó)內(nèi)第一，也是世界第一。本工程被列為2018年上海市交通委BIM技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目，BIM技術(shù)貫穿于整個(gè)實(shí)施過(guò)程，在項(xiàng)目管線搬遷和保護(hù)、航道管理、施工工況模擬、方案預(yù)演以及工程展示方面均提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。對(duì)其它類(lèi)似鋼結(jié)構(gòu)橋梁安裝很有借鑒意義。0工程概況工程簡(jiǎn)況上海市浦星公路行政等級(jí)為主要干線，設(shè)計(jì)等級(jí)為集散型一級(jí)公路，主線設(shè)計(jì)車(chē)速80km/h，輔道設(shè)計(jì)車(chē)道30km/h。主橋?yàn)樘峄@式系桿鋼拱橋，跨徑為230米，引橋采用簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力小箱梁方案，橋梁斷面為雙向6條機(jī)動(dòng)車(chē)道并設(shè)人行道和非機(jī)動(dòng)車(chē)道，主橋面寬43.4米，引橋按雙幅斷面布置，橋面無(wú)人行道，面寬32.5米。全橋鋼結(jié)構(gòu)重量約：8500噸，拱肋最大分段的吊裝重量為268噸。橋面兩側(cè)鋼拱肋設(shè)計(jì)高度46m，均內(nèi)傾12度。每側(cè)鋼拱肋下設(shè)置27根吊桿，吊桿規(guī)格為615-37和615-31。鋼絞線采用填充型環(huán)氧涂層鋼絞線。鋼拱肋截面為3.6*2.5米、系梁截面為：2.656*2.686米、端橫梁截面為：3.756*6200米、風(fēng)撐截面為：1.78*3.5米。1拱橋施工簡(jiǎn)述施工工藝簡(jiǎn)述230m下承式鋼拱橋施工工藝與工期簡(jiǎn)述：拱橋設(shè)計(jì)施工工藝：先梁后拱；拱橋制做、安裝施工工藝：分段制作、3D掃描整體成像預(yù)拼裝，支架法施工，分段吊裝、空中拼接方式；構(gòu)件運(yùn)輸方式：水陸兩路運(yùn)輸；安裝吊裝機(jī)械：主吊600噸級(jí)浮吊，副吊180-500噸汽車(chē)吊；大型構(gòu)件吊裝數(shù)量：大構(gòu)件吊裝數(shù)量96件，其中超100噸構(gòu)件32件，超200噸構(gòu)件10件。鋼結(jié)構(gòu)吊裝工期：2019年7月12日一2019年9月17日（共計(jì)67天，包含臺(tái)風(fēng)利奇馬延誤工期）工程施工重、難點(diǎn)是拱橋安裝支撐體系設(shè)計(jì)、施工和鋼拱肋吊裝施工。根據(jù)該橋工程特點(diǎn)、設(shè)計(jì)工藝要求和地形、地勢(shì)情況，結(jié)合本單位施工技術(shù)水平、機(jī)具設(shè)備等，確定該工程總體施工方案及控制要點(diǎn)為：支撐體系基礎(chǔ)根據(jù)支架位置、現(xiàn)場(chǎng)條件和基礎(chǔ)反力分別采用三種基礎(chǔ)形式：1）鋼管樁、2）高壓水泥漿旋噴樁、3）老橋承臺(tái)基礎(chǔ)，其中樁基依據(jù)反力和地堪報(bào)告確定（其入土深度為36米，采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的ICE免共振打樁）；支撐體系設(shè)計(jì)采用sap2000設(shè)計(jì)、MidasCivil進(jìn)行校核，重點(diǎn)控制支撐體系加工精度和安裝垂直度；內(nèi)傾12度鋼拱肋吊裝采用600t浮吊，難點(diǎn)為平躺運(yùn)輸空中翻身（拱肋帶弧度、帶傾角構(gòu)件翻身吊耳位置確定，需避免單吊耳受力過(guò)大）；230m跨鋼結(jié)構(gòu)拱橋加工制做精度控制是工程一大難點(diǎn)，本工程采用3D掃描電腦預(yù)拼裝技術(shù)；拱橋分段吊裝，線型控制采用BIM技術(shù)中給出分段的各測(cè)量控制點(diǎn)三維坐標(biāo)，吊裝時(shí)按此坐標(biāo)嚴(yán)格控制鋼結(jié)構(gòu)的空間位置。支撐體系設(shè)置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、拱橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)置支撐架和拱橋分段，共設(shè)置12組支架。其中系梁支撐架七組、拱肋支撐架五組，且所有拱肋支撐架均在45度角拉側(cè)向纜風(fēng)繩。支撐體系采用1.8*1.8m格構(gòu)柱塔架拼裝而成，主肢為6273*16鋼管。支撐體系基礎(chǔ)本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件共設(shè)置三種支撐基礎(chǔ)形式，分別是鋼管樁基礎(chǔ)、高壓水泥漿旋噴樁基礎(chǔ)、老橋承臺(tái)基礎(chǔ)。鋼管樁基礎(chǔ)說(shuō)明支架離河流挖方邊緣較近區(qū)域，基礎(chǔ)穩(wěn)定性較差，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地勘報(bào)告和支撐架樁頂反力，經(jīng)驗(yàn)算需設(shè)置入土深度為36m的P700*12的鋼管樁。樁基承載力安全系數(shù)按1.2取值，單樁頂最大反力為889.49KN。驗(yàn)算結(jié)果摘要如下：1'一=1094.5KN高壓水泥漿旋噴樁基礎(chǔ)說(shuō)明高壓旋噴樁施工要求：1、 高壓旋噴樁樁徑均為600mm。入土深度均為12m。2、 水泥采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。水泥漿水灰比1:1。3、 采用單管設(shè)備進(jìn)行高壓旋噴樁的施工，提升速度0.2m/min,噴漿壓力不小于20Mpa,直徑0.6m,長(zhǎng)度12m。老橋承臺(tái)基礎(chǔ)因本工程為改建項(xiàng)目，大治河河中支架利用原有橋臺(tái)基礎(chǔ)（原有橋臺(tái)基礎(chǔ)單樁承載能力均在2500t以上），拱肋河中支架最大反力為642t，遠(yuǎn)小于橋臺(tái)樁基承載能力。拱肋吊耳設(shè)置與空中翻身拱肋由于結(jié)構(gòu)形式和分段尺寸限制，采用平躺放置、甲板船運(yùn)輸；吊裝前需翻身后，再吊裝至設(shè)計(jì)位置。因現(xiàn)場(chǎng)條件影響和工期限制，綜合考慮，采用浮吊空中翻身更安全且經(jīng)濟(jì)。避免了在甲板船上翻身，對(duì)甲板船的不利影響，同時(shí)也避免了現(xiàn)場(chǎng)翻身作業(yè)空間的不足，減少了場(chǎng)地的占用時(shí)間最大限度的縮短了吊裝工期。翻身吊耳設(shè)置采用Tekla讀取重心分別設(shè)置于兩個(gè)翻身平面2BIM施工技術(shù)BIM在施工進(jìn)度管理的應(yīng)用過(guò)程BIM施工進(jìn)度管理其原理與傳統(tǒng)施工進(jìn)度管理是一致的，都是編制進(jìn)度計(jì)劃后根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行進(jìn)度控制。但較傳統(tǒng)施工進(jìn)度管理使工期控制更可控、更合理，使安裝過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的影響因素、影響工況做到提前協(xié)調(diào)、處理并完善。基于BIM的施工進(jìn)度管理流程分為四個(gè)主要步驟：首先，收集進(jìn)度計(jì)劃相關(guān)資料作為分析基礎(chǔ)；第二，結(jié)合時(shí)間進(jìn)度，借助BIM軟件將進(jìn)度與構(gòu)件掛接，編制基于BIM的進(jìn)度計(jì)劃；第三，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，實(shí)施跟蹤檢查；第四，根據(jù)實(shí)際資料鑒別偏差，實(shí)施過(guò)程診斷。此進(jìn)度管理使本工程安裝工期僅兩個(gè)月零七天，其中包括支撐體系施工和8500t拱橋鋼結(jié)構(gòu)安裝；對(duì)類(lèi)似橋梁施工具有一定的借鑒意義。收集相關(guān)資料按照施工部署要求，合理確定各階段安裝工期。分解安裝工期，列出每個(gè)單位工程的分部工程。計(jì)算單位工程和分部工程的工程量。確定單位工程和分部工程的持續(xù)時(shí)間。編制初始施工總進(jìn)度計(jì)劃。進(jìn)行綜合平衡后，編制施工總進(jìn)度計(jì)劃。借助4D施工模擬編制進(jìn)度計(jì)劃將模型導(dǎo)入navisworks模擬軟件。利用編制項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的相關(guān)軟件產(chǎn)生施工進(jìn)度，應(yīng)首先用WBS的分解模式將項(xiàng)目目標(biāo)進(jìn)行分解，判斷并輸入工期的估值，創(chuàng)建時(shí)間列表并按大綱的形式將其組織起來(lái)，給各個(gè)任務(wù)配置資源，決定這些任務(wù)之間的關(guān)系并指定日期，然后檢查項(xiàng)目甘特圖是否符合要求。將BIM模型的構(gòu)件與進(jìn)度表聯(lián)系，形成4D模型以直觀展示施工進(jìn)程。在工程施工中，利用4D模型可以使全體參建人員很快理解進(jìn)度計(jì)劃的重要節(jié)點(diǎn)；同時(shí)進(jìn)度計(jì)劃通過(guò)實(shí)體模型的對(duì)應(yīng)表示，可有利于發(fā)現(xiàn)施工差距，及時(shí)采取措施，進(jìn)行糾偏調(diào)整；即使我們遇到設(shè)計(jì)變更、施工圖更改，也可以很快速的聯(lián)動(dòng)修改進(jìn)度計(jì)劃。4D模型在施工過(guò)程中可以應(yīng)用到進(jìn)度管理和施工現(xiàn)場(chǎng)管理的多個(gè)方面，主要表現(xiàn)為進(jìn)度管理的可視化功能、監(jiān)控功能、記錄功能、進(jìn)度狀態(tài)報(bào)告功能和計(jì)劃的調(diào)整預(yù)測(cè)功能，以及施工現(xiàn)場(chǎng)管理策劃可視化功能、輔助施工總平面管理功能、輔助環(huán)境保護(hù)功能。項(xiàng)目進(jìn)度跟蹤檢查要求施工單位及時(shí)收集項(xiàng)目施工信息資料，實(shí)施進(jìn)度跟蹤檢查。對(duì)項(xiàng)目實(shí)施情況進(jìn)行跟蹤檢查的過(guò)程主要是收集項(xiàng)目進(jìn)展信息資料的過(guò)程。項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況應(yīng)及時(shí)在BIM信息模型上進(jìn)行更新，能對(duì)實(shí)際進(jìn)度信息能夠通過(guò)BIM模型進(jìn)行直接反映。項(xiàng)目進(jìn)度診斷通過(guò)項(xiàng)目月度例會(huì)或進(jìn)度專(zhuān)題會(huì)，以4D進(jìn)度模型為協(xié)調(diào)基礎(chǔ)，開(kāi)展進(jìn)度協(xié)調(diào)工作。通過(guò)實(shí)際進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的對(duì)比，鑒別項(xiàng)目施工偏差，開(kāi)展實(shí)施過(guò)程診斷，充分了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)展情況，發(fā)現(xiàn)和揭示項(xiàng)目施工中的問(wèn)題，進(jìn)行進(jìn)度干預(yù)，做好進(jìn)度管理工作。33D預(yù)拼裝技術(shù)運(yùn)用3D掃描電腦預(yù)拼裝本工程鋼結(jié)構(gòu)加工難度大、質(zhì)量高、工期緊，常規(guī)的加工辦法很難要求；故采用3D掃描電腦預(yù)拼裝技術(shù)。浦星公路橋鋼結(jié)構(gòu)三維掃描虛擬拼裝工作內(nèi)容：（1）完成左右對(duì)稱(chēng)A、B鋼結(jié)構(gòu)的三維掃描，A、B鋼結(jié)構(gòu)各包括連接結(jié)構(gòu)2段、拱形結(jié)構(gòu)8段、直形結(jié)構(gòu)6段，共計(jì)32段鋼構(gòu)件。(2)對(duì)每段鋼構(gòu)件進(jìn)行環(huán)繞三維掃描，形成精準(zhǔn)三維點(diǎn)云模型，將各構(gòu)件點(diǎn)云模型在長(zhǎng)度方向進(jìn)行虛擬拼裝(預(yù)拼接)，檢測(cè)拼接質(zhì)量，形成預(yù)拼接偏差分析報(bào)告，指導(dǎo)加工精度。4支撐體系驗(yàn)算摘要由于本工程屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，支撐體系的安全性是本工程成功與否的關(guān)鍵因素。故支撐體系采用兩種計(jì)算軟件進(jìn)行施工工況驗(yàn)算，分別是：sap2000、MidasCivil。支撐體系采用1.8X1.8m格構(gòu)柱與①600X12mm鋼管組成。材質(zhì)除鋼管樁采用Q235鋼以外，均使用Q345鋼。sap2000計(jì)算取值與驗(yàn)算結(jié)果驗(yàn)算結(jié)果摘要支撐架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算模型(含橋體吊裝豎向力和風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力)MidasCivil計(jì)算取值與驗(yàn)算結(jié)果計(jì)算說(shuō)明恒載：本次驗(yàn)算恒載采用MidasCivil整體建模分析后得出，取施工過(guò)程中支架承受恒載最大工況，掛索前工況支點(diǎn)反力。活載：活荷載為施工荷載，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》4.2.2活荷載包括操作人員、一般工具、零星原料和成品的自重。風(fēng)荷載取值：根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/TD60-01-2004)，本項(xiàng)目地表類(lèi)別為B，靜陣風(fēng)系數(shù) 取1.35,地表粗糙度系數(shù)a取0.16，風(fēng)速重現(xiàn)周期為十年一遇，風(fēng)速重現(xiàn)期系數(shù)n取0.84，阻力系數(shù)考慮阻擋取1.77，縱橋向阻力系數(shù)考慮阻擋取1.82，以支架高度0.65倍處加集中力模擬風(fēng)載。上海地區(qū)十年一遇基本風(fēng)速值取23.9m/s。拱肋與系梁在吊裝時(shí)的風(fēng)載傳遞，考慮到吊裝時(shí)節(jié)段分段連接，橫橋向傳遞風(fēng)載以0.5倍風(fēng)載考慮，以橫橋向集中力加上支架與拱肋接觸點(diǎn)，縱橋向風(fēng)載傳遞因吊裝時(shí)分段連接，拱肋與支架已經(jīng)形成整體剛度，拱肋上的縱橋向風(fēng)載對(duì)支架的影響比較小，可以不予考慮。在風(fēng)作用下桿件單位長(zhǎng)度上的靜陣風(fēng)荷載按下列公式計(jì)算:荷載組合豎向設(shè)計(jì)荷載按下式進(jìn)行組合：系梁支架驗(yàn)算構(gòu)件承載力：1.2X恒載+1.4X活載+1.4X風(fēng)荷載；拱支架驗(yàn)算構(gòu)件承載力：1.2X恒載+1.4X風(fēng)荷載；支架剛度驗(yàn)算時(shí)取荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合，即所有的荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.0;其中風(fēng)荷載分為縱向風(fēng)與橫向風(fēng)兩個(gè)工況。計(jì)算模型因主橋?yàn)樘峄@式拱，在分段吊裝時(shí)，拱節(jié)段內(nèi)傾，重心有所偏離，在受力模擬時(shí)，近似以支架點(diǎn)拱肋形心為重心，分配著力點(diǎn)的力值。在支架與拱肋接觸處參考整體模型模擬拱肋對(duì)支架的水平向約束剛度。4.2支撐架驗(yàn)算小結(jié)通過(guò)驗(yàn)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)在吊裝過(guò)程中，支撐體系下?lián)隙?、水平位移，?yīng)力，均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)安裝精度要求，且在施工中經(jīng)過(guò)了臺(tái)風(fēng)考驗(yàn)。5結(jié)束語(yǔ)隨著我國(guó)城市建設(shè)的不斷發(fā)展、交通壓力的增大，超大型城市道路改造、拓寬顯得尤為重要。本工程屬于跨上海市大治河道路改造工程，一跨過(guò)河，跨徑長(zhǎng)達(dá)230米，目前跨度是“世界第一”的大跨度下承式鋼拱橋。加工、施工中，“大膽創(chuàng)新”采用國(guó)際、國(guó)內(nèi)先進(jìn)工藝：BIM施工工況模擬、3D掃描電腦預(yù)拼裝、鋼管樁樁基施工采用ICE免共振液壓錘、大構(gòu)件空中翻身3DX況模擬、多種支撐體系基礎(chǔ)共同作用等工藝。施工中，以先進(jìn)技術(shù)指導(dǎo)施工，嚴(yán)格控制每道程序，既保證了施工質(zhì)量，也降低了施工成本、提高了施工效率。該橋的施工方案是我司堅(jiān)持以科技為先導(dǎo)，充分發(fā)揮了自身鋼結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)特長(zhǎng)的代表作品；是推廣成熟的施工工藝，開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝的成果。本項(xiàng)目為同類(lèi)工程提供了借鑒，對(duì)往后的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工也有著重要的意義。參考文獻(xiàn)中國(guó)建筑科學(xué)研究院.《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB5009-2012)中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2017)中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2017中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2015)人民交通出版社2015沈陽(yáng)建筑大學(xué).《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ276-2012)中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012中國(guó)建筑股份有限公司.中建鋼構(gòu)有限公司《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》(GB50755-2012)中國(guó)建筑工業(yè)出版社2012上海建工股份有限公司同濟(jì)大學(xué)《重型結(jié)構(gòu)和設(shè)備整體提升技術(shù)規(guī)范》(GB51162-2016)中國(guó)計(jì)劃出版