复杂山地环境下人行步道钢结构施工关键技术

国内外一些城市在打造山地人行步道项目上进行了探索和尝试，如广州的“云道”，福州的“福道”，厦门的“绿道”，新加坡的南部山脊步道等。关于山地人行步道建设所面临的最大争议在于施工过程中对原始山体和自然资源的破坏，违背了人与自然和谐相处的基本理念。

因此在建设施工过程中，必须严格保护现有山地的地形地貌，施工过程中需要最大限度地降低对生态环境的影响，这意味着在施工线路上无法进行大面积开挖修路，亦无法采用现代化的机械设备进山施工，蜿蜒曲折的步道全线需要在接近原始山林的环境下作业，其施工难度不亚于各种横跨大江峡谷的大桥。且国内外对于山地步道建筑在建造技术、施工机具等方面缺乏系统性的梳理和研究，没有具体的施工技术指导方法。

工程概况

珠海凤凰山山地步道项目位于凤凰山森林公园东南部，串联沿线城市公园及景观兴奋点，巧妙利用凤凰山地形修筑了一条揽山瞰海的慢行生态健康廊桥，全长约 8.6 公里，总用钢量约0.6万t。主体结构形式为独柱墩钢板梁结构体系，整体走势沿山势而行。

钢结构系统可分为竖向独立钢柱、箱体梁及悬挑T型挑梁结构。独立钢柱采用圆型钢，最大型号为D800×32，最大高度为15m；箱体梁和悬挑T型加固挑梁结构桥面标准净宽度3.6m，最大跨距16m；基础部分根据地质情况不同，分别采用人工挖孔桩基础、岩石锚杆基础和微型钢管桩基础。桥墩与承台采用M48地脚螺栓连接，主梁为箱形，宽0.64m，高0.7m，主梁两侧设置T型加固悬挑次梁。全步道采用10.9S级M28高强螺栓栓接，间隔不超过64m设置伸缩缝，桥墩与主梁分别采用焊接连接或橡胶支座连接。

图1 珠海凤凰山山地步道

施工关键技术

针对步道栈桥结构特点及现场施工条件，调研分析了公路、铁路系统施工过程中常采用的架桥机安装方案，其施工作业面至少需达到两个标准段的长度，且需借助已安装完成的柱墩作为支撑点。在地形复杂的山势环境下，无法满足使用要求，且步道极小的曲率半径亦无法满足其行驶条件。综合考虑结构形式及施工条件的局限性，研发了一种适用于山地栈桥工程项目的桥面吊装设备，大大提升了施工进度，提高了施工质量和施工安全。

图2 桥面轨道式起重机施工

目前，对于桥梁合龙施工技术，一般采用顶推法、配切法及配切-顶推结合法。由于山地地形条件差，施工环境受限，且综合考虑经济效益和施工便利性，采用桥面吊分段吊装的施工技术。

本项目进行了多次桥面吊装工况分析和行驶工况模拟，确定了设备自重、设备尺寸、起重性能、最小转弯半径、行驶坡度、运载能力等关键因素，同时需考虑设备的安装拆卸和符合人机工程学的各种要求，融合了工程、机械、力学、遥感等多专业问题，联合设备厂家进行了设备设计、研发。项目最终定型适用于山地钢结构人行步道安装的桥面轨道式起重机和遥控轨道式运梁小车（后称桥面吊和运梁小车）。桥面吊设备自重为14t，16m作业半径起重量3.5t。

其主要特点为：桥面吊采用轨道平车和吊装系统组成，可在用热轧H型钢铺设的轨道上行驶，吊装作业时，桥面吊锚固于已安装完成的柱顶，通过吊装系统依次吊装下一跨的柱、梁及次构件，然后铺设轨道向前行驶至下一跨柱顶，继续重复吊装；运梁小车采用遥控操作，利用桥面吊轨道行驶，在线路上往返运输材料。

图3 桥面吊装施工模拟图

（1）山地步道全长约8.6km，桥形线路复杂，桥面钢梁采用高强螺栓连接，施工测量精度要求极高。由于现场山高林密，信号较差，若使用GPS放点，则误差较大；若使用全站仪测量，需进行多次转点，亦会产生较大的累计误差，对于测量作业的影响极大。因此，精准测量定位是施工的重点和难点。

（2）本项目山地步道设计标准段跨度为16m，因山地地形环境限制，大型机械吊装机械无法进场，且步道栈桥连续小曲率半径的弯道较多，需对桥面箱体梁进行分段划分。钢梁在进行吊装节段划分时，综合考虑到构件运输、吊装半径、节点连接要求、桥面吊站位尺寸等因素是施工的重点。

（3）现场安装采取分段吊装拼接，为了避免已安装的桥面构件由于悬挑过大，致使构件挠度过大，导致构件安装不便或连接节点失效。必须在施工不利的山地条件下采取支撑架系统，用以支撑悬挑节段构件结构安全。合理设计适应施工环境的支撑系统，保证施工阶段支撑体系和桥体结构整体稳定性和安全是施工的重点。

（1）综合考虑到现场桥面吊的作业工况要求、复杂的施工环境、对接节点操作便捷性等等因素，本项目将步道钢结构的安装作业流程拟定如下：锚栓预埋→起步段安装（含桥面轨道）→桥面吊及运梁小车安装→钢柱吊装→跨中段钢梁吊装→柱顶段钢梁吊装→次构件吊装→轨道及加固措施吊装→桥面吊向前推进→重复下一跨柱梁吊装作业。

（2）针对桥梁测量定位的要求高，而全桥位于线路复杂的山地环境，对于施工测量的影响大的特点，本项目在施工前首先使用静态测量技术，在沿线通视位置建立测量控制点，确保控制点之间直线距离不超过300米，施工过程中再根据现场实际情况，使用2″级全站仪进行测量定位或对控制点进行加密后引测，在钢梁安装过程中，对柱顶段钢梁的对接点进行准确测量定位后，再固定梁柱节点。

（3）为了解决箱体梁节段合理划分的难题，通过对施工过程进行模拟分析，将每一跨标准段16m钢梁划分为7m+9m组合，跨中段吊装半径小，按9m一节在工厂制作，柱顶段吊装半径大，按7m一节在工厂制作。由于分联段的钢梁在伸缩缝断开，在工厂加工时使用临时码板连接成7m整体，安装完成后再将临时码板割除；通过运输模拟分析，长度9m钢梁在桥面运输时，可有效避开桥梁两侧障碍物，长度7m的钢梁能够满足桥面吊的站位要求，所有分段重量均能满足吊装要求。钢梁拼接位置全部采用“高强螺栓+双夹板”连接，可大量减少动火作业面。

（4）通过对各工况条件下施工过程计算分析得出悬挑段挠度，如图4所示，若不采取支撑措施，其最大挠度将达到31.3mm，悬挑端前端挠度过大将会影响后续钢梁对接，因此需对此状态下的钢梁进行临时支撑措施。

图4 未设置支撑体系悬挑段挠度图

因此，综合考虑现场情况，支撑体系设计为类似于斜拉桥的“索塔+拉索”形式，减少悬挑段的挠度（图5）。索塔采用高度为1.5m的热轧H型钢(HW294×302×12×12)，拉索采用3t的手拉葫芦。悬挑段安装完成后，吊车暂不松钩，使用手拉葫芦连接索塔和悬挑段、固结段钢梁上的吊耳，然后收紧手拉葫芦，对悬挑梁进行反向提升，再将索塔拉锚至已安装完成的钢梁吊耳上，使钢梁、索塔、拉索、互相支撑形成空间结构，加强钢梁平面内的刚度，使其形成一个稳固的支撑体系。如图5所示为有限元挠度分析结果，结果表明：设置“索塔+拉索”支撑体系，手拉葫芦的拉力施加至1.0t时，悬挑段最大挠度为3.07mm以内，满足后续钢梁的对接安装要求。

图5 设置支撑体系悬挑段挠度图

（5）为确保桥面吊在施工作业过程中的整体安全性，在每次吊装作业时，还增加了吊车与钢柱之间的锚固措施，采用手拉葫芦将桥面吊锚固于柱底，锚固方式为：采用四套5t的手拉葫芦，一端连接于桥面吊机身设置的拉环上，另一端反向斜拉锚固至柱脚加劲肋预留孔上，每次作业前，收紧手拉葫芦，将桥面吊彻底固定于柱顶后方可进行吊装。

图6 桥面吊柱脚加强锚固措施

结语

珠海凤凰山步道项目自立项之初，就明确了对原始森林公园“低干扰，轻介入”的建设理念，要求建设施工过程中要将对原始生态的影响降到最低。针对复杂山地环境条件和结构特点，本文对步道工程施工中的关键技术措施进行了详细的阐述，这些措施有效地确保了工程的顺利推进，保证了施工安全和质量，取得了良好的社会经济效益，可为类似项目作参考。

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