180 m自錨式桁吊組合全焊鋼結(jié)構(gòu)橋現(xiàn)場(chǎng)安裝施工技術(shù)

代敬輝

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司,天津 300451)

1 工程概況

天津市進(jìn)步橋工程西起南開區(qū)東馬路,沿規(guī)劃通南路線分別跨越張自忠路,海河以及海河?xùn)|路,終止于河北區(qū)進(jìn)步道與平安街交口處。橋梁跨徑布置為26 m+128 m+26 m,為一座自錨式桁吊組合鋼結(jié)構(gòu)橋,其設(shè)計(jì)中線橋與海河河道斜交角度為8°,橋梁總長(zhǎng)度180 m,橋梁面積4 985.2 m2。橋梁支座以上梁體和桁架結(jié)構(gòu)全部為鋼結(jié)構(gòu),全橋鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量4 654.298 t,材質(zhì)為Q345qD。如圖1所示。

圖1 進(jìn)步橋縱斷面(單位：cm)

橋梁上部結(jié)構(gòu)主要由主桁、吊桿、主梁構(gòu)成。主梁采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式,正常段梁高為1.5 m,梁寬為20.3 m,箱梁頂板厚度為14 mm,底板厚度12 mm。主桁由上弦桿、豎桿、斜桿以及橫撐、V撐構(gòu)成,全部為鋼結(jié)構(gòu)。主上弦桿共2根,為單箱單室鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式,標(biāo)準(zhǔn)段寬100 cm,高140 cm,鋼板厚40 mm,每隔4.0 m設(shè)置1道橫隔板；次上弦桿2根，為φ60 cm的圓鋼管,壁厚16 mm。豎桿是異形組合構(gòu)件,沿縱橋向每16 m設(shè)置1道,共8榀。橫撐均為箱形斷面,鋼板厚度20 mm。吊桿采用直徑為10 cm的鋼拉桿,分別錨固在主梁及主桁上。進(jìn)步橋橫斷面見圖2。

圖2 進(jìn)步橋橫斷面(單位:mm)

2 總體施工方案

鋼箱梁段及上部桁架等鋼構(gòu)件均在工廠按節(jié)段制造,用大型平板車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng),在平臺(tái)上現(xiàn)場(chǎng)拼裝；施工平臺(tái)采用在河中打設(shè)鋼管樁,上面架設(shè)型鋼的形式,在拼裝鋼箱前,對(duì)施工平臺(tái)支架進(jìn)行超載預(yù)壓；通過(guò)在箱梁底安裝滾輪采用拖移法拖拉鋼箱梁就位,分段進(jìn)行鋼箱梁的拼裝焊接；在安裝就位完畢的鋼箱梁頂面搭設(shè)支架,利用汽車吊分步吊裝上部桁架桿件,同時(shí)用全站儀和水準(zhǔn)儀從平面和空間兩個(gè)方面進(jìn)行精確定位。在鋼箱梁開始安裝到所有鋼結(jié)構(gòu)安裝完畢采用大型結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYAS,將整橋分為3部分建立分部模型,利用應(yīng)變片和應(yīng)變計(jì)電腦中控對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力和變形監(jiān)控,隨時(shí)掌握構(gòu)件變形和受力變化情況。

3 施工平臺(tái)的搭設(shè)

跨海河設(shè)2座長(zhǎng)180 m、寬2.6 m的棧橋,棧橋采用φ600×10 mm長(zhǎng)22 m的鋼管樁,每4根樁為1組,采用剪力撐連接。鋼管樁的施工采用20 t浮吊和DZ60振動(dòng)打拔樁機(jī)進(jìn)行,每根鋼管樁入土至少12 m。棧橋鋼管樁打樁完成后,安裝棧橋上部結(jié)構(gòu),棧橋鋼管樁頂上橫向鋪雙拼I36B型鋼,在工字鋼上縱向放置一道500 mm×400 mm×16 mm×16 mm H型鋼,作為運(yùn)梁快速滾輪行走軌道。在軌道上放快速滾輪托架,托架用角鋼焊成,以保證鋼梁行走過(guò)程中4個(gè)點(diǎn)同步。在H型鋼的另一側(cè)鋪設(shè)1道雙拼I22型鋼,將全橋橫向雙拼I36b型鋼連接起來(lái),用于增加全橋的縱向穩(wěn)定性。鋼管上的縱橫梁搭設(shè)完畢后,在全橋橫向兩鋼管間的雙拼型鋼外露的1.3 m位置鋪上3 mm厚的鋼板,作為上部箱梁安裝時(shí)的施工平臺(tái)和施工通道?，F(xiàn)場(chǎng)棧橋搭設(shè)見圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)棧橋搭設(shè)

4 鋼箱梁的安裝

鋼箱梁運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后,應(yīng)對(duì)鋼箱梁的外形幾何尺寸進(jìn)行復(fù)測(cè)校核,確認(rèn)鋼梁外形幾何尺寸準(zhǔn)確后,方可進(jìn)行鋼箱梁的安裝工作。根據(jù)鋼梁段的質(zhì)量,采用4臺(tái)65 t吊車將鋼箱梁從運(yùn)梁車上吊至臨時(shí)棧橋運(yùn)梁軌道上,然后安裝快速滾輪。鋼梁行走動(dòng)力采用2臺(tái)5 t手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引。鋼梁節(jié)段拖拉到設(shè)計(jì)位置后,在快速滾輪軌道上放置千斤頂,在軌道側(cè)面安裝水平千斤頂,用于精確調(diào)節(jié)鋼梁的橫縱位置及高程。首先采用4個(gè)千斤頂支撐起鋼梁,精確調(diào)整鋼梁高程到位后,再用4個(gè)φ300 mm×10 mm鋼管支架代替千斤頂,鋼管支架上端鋪設(shè)四氟板,再用千斤頂精確調(diào)整鋼梁橫縱向位置,將鋼梁精確調(diào)整就位后,焊接鋼箱梁外側(cè)支架,然后進(jìn)行鋼梁?jiǎn)卧蔚膶?duì)接焊接。

預(yù)先在箱梁底部支座處的墊板上刻出縱橫軸線,安裝時(shí),墊板上的縱橫軸線應(yīng)該與墩柱上支座的縱橫軸線對(duì)準(zhǔn)。先將支座位置箱梁進(jìn)行精確定位,調(diào)整相鄰箱梁的間隙,再進(jìn)行鋼梁段的焊接作業(yè)。在焊接過(guò)程中,保證箱梁底座位置的準(zhǔn)確,不可變動(dòng)。帶拱腳段的第一段鋼箱梁安裝前,應(yīng)先根據(jù)橋梁的中心線在河岸兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)定位點(diǎn),并對(duì)所要安裝的第一段鋼梁的外形尺寸及拱腳段下節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行復(fù)測(cè),在箱梁縱向中心線上設(shè)置兩個(gè)點(diǎn),箱梁安裝時(shí),保證橋梁中心線和箱梁縱向中心線在一條直線上。安裝其他段箱梁時(shí),確定桁架下節(jié)點(diǎn)位置的箱梁位置的精確,調(diào)整節(jié)點(diǎn)之間箱梁的間隙,精確就位后記錄安裝位置的坐標(biāo)值,然后進(jìn)行焊接,焊接完成后復(fù)測(cè)坐標(biāo)值,計(jì)算出每道焊縫的焊接收縮量,確保節(jié)點(diǎn)位置處箱梁位置的精確。避免安裝累積誤差出現(xiàn)。

5 上部桁架結(jié)構(gòu)的安裝

5.1 桁架安裝的工藝流程

搭設(shè)上部桁架安裝支架→安裝主豎桿→安裝上節(jié)點(diǎn)→安裝主橫撐→安裝主上弦桿→安裝V撐→安裝斜桿→安裝次豎桿、次橫撐、次上弦桿→安裝吊拉桿。

5.2 安裝支架的搭設(shè)

(1)上部桁架結(jié)構(gòu)復(fù)雜,各桿件的連接均存在不同的角度,在桁架構(gòu)件安裝過(guò)程中搭設(shè)鋼管支架,并在鋼管支架上設(shè)置限位裝置,以保證桿件安裝的角度。支架安裝包括：安裝主豎桿支架,安裝拱腳處支架,安裝次豎桿和次橫撐支架。

(2)支架豎向主鋼管采用φ600 mm×10 mm(4根)鋼管,橫撐及斜撐采用φ300 mm×8 mm鋼管,與主鋼管橫橋向中心距離3.5 m,縱橋向中心距離5 m。支架主鋼管底部安裝法蘭,用壓板將法蘭與箱梁頂板焊接。在縱橋向橫撐鋼管與主管之間用法蘭連接,以便于支架的拆卸安裝。主鋼管頂部放置雙拼I22b型鋼,工字鋼與鋼管之間采用法蘭連接,在工字鋼上根據(jù)主上弦桿的位置及傾斜角度設(shè)置限位板(限位板應(yīng)根據(jù)上弦桿的角度加工而成),用于上節(jié)點(diǎn)安裝角度的精確限位。如圖4～圖6所示。

圖4 安裝主豎桿支架

圖5 安裝拱腳處支架

圖6 安裝次豎桿和次橫撐支架(單位：mm)

5.3 上部桁架結(jié)構(gòu)精確安裝

(1)安裝主豎桿前,在臨時(shí)支架上的雙拼工字鋼中間劃出豎向中心線,并與鋼梁的縱向中心線一致。根據(jù)設(shè)計(jì)圖兩個(gè)主豎桿分叉處的角度,制作一塊限位板,用作主豎桿安裝時(shí)的限位,并在下節(jié)點(diǎn)與主豎桿的接口處外側(cè)和兩個(gè)側(cè)面焊接限位板。在主豎桿的四周刻出箱體的豎向中心線,安裝時(shí)采用2臺(tái)50 t吊車將其吊裝就位,用U形卡環(huán)將主豎桿固定(U形卡采用精軋螺紋鋼筋制作)。

(2)主豎桿調(diào)節(jié)就位后,安裝上節(jié)點(diǎn),之前支架上雙拼I22型鋼的上節(jié)點(diǎn)位置限位板已經(jīng)固定點(diǎn)焊,上節(jié)點(diǎn)吊裝就位后,通過(guò)兩個(gè)限位板移動(dòng)進(jìn)行微調(diào),保證上節(jié)點(diǎn)中心線與橋梁中心線平行,且上節(jié)點(diǎn)到橋面距離符合設(shè)計(jì)要求。

(3)一對(duì)上節(jié)點(diǎn)安裝完成后再安裝主橫撐,先在橫撐桿件和主上弦桿上刻出箱體中心線,并根據(jù)主橫撐與主上弦桿的位置,在主上弦桿上設(shè)置限位板,吊裝橫撐直接落在限位板上。

(4)兩個(gè)相鄰的上節(jié)點(diǎn)安裝就位后,進(jìn)行其間的主上弦桿的安裝。先在上節(jié)點(diǎn)與主上弦桿的接口處,三面焊接限位板。在主上弦桿上設(shè)置吊籃作為主上弦桿與上節(jié)點(diǎn)的焊接平臺(tái)。

(5)橫撐和主上弦桿安裝完成后,拆除鋼管支架,安裝V撐和斜桿。安裝斜桿時(shí)可以在主上弦桿上安裝倒鏈,采用倒鏈調(diào)整斜桿的具體位置。

(6)斜桿安裝完成后,安裝次橫撐和次豎桿,先在主豎桿上分別安裝次豎桿和次橫撐的限位板,然后將次豎桿和次橫撐作為一個(gè)整體在臨時(shí)支架上進(jìn)行安裝。

(7)次上弦桿φ600 mm×16 mm無(wú)縫鋼管的安裝,應(yīng)在全橋豎狀桁架其他部分全部拼裝完成后進(jìn)行。次上弦桿安裝前,應(yīng)先根據(jù)吊車的起重能力,對(duì)鋼管在長(zhǎng)度方向上最大限度的進(jìn)行拼裝。

(8)最后安裝吊桿,箱梁上面吊點(diǎn)的安裝位置應(yīng)根據(jù)吊桿的角度進(jìn)行微調(diào)。

5.4 桁架安裝控制要點(diǎn)

上部桁架各桿件安裝空間位置和角度的準(zhǔn)確與否直接決定了桁架結(jié)構(gòu)受力狀況。為保證上部桁架桿件安裝的精確性,場(chǎng)內(nèi)加工制作桁架桿件時(shí),應(yīng)在大部分桿件的拼接口處均預(yù)留20 mm的修口量,在箱體桿件的接口500 mm的范圍內(nèi)采用點(diǎn)焊固定,以利于現(xiàn)場(chǎng)接口的調(diào)整,待桿件接口調(diào)整好后再將其焊接,這些都增加了現(xiàn)場(chǎng)施工的難度。桁架的安裝采用2臺(tái)50 t汽車吊在鋼箱梁上面吊裝就位,通過(guò)限位板進(jìn)行限位,用千斤頂進(jìn)行精確調(diào)整。

(1)拱腳安裝的施工控制：拱腳加工時(shí)分為4段,第一段安裝在箱梁內(nèi)部,現(xiàn)場(chǎng)安裝第二段至第四段,安裝時(shí)測(cè)量每個(gè)接口位置測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)值,按照坐標(biāo)值進(jìn)行修磨接口,保證線形順滑、安裝位置準(zhǔn)確(圖7)。

圖7 拱腳安裝順序

(2)豎桿安裝的施工控制：為保證上部桁架安裝位置和角度的準(zhǔn)確,在安裝過(guò)程中需要實(shí)時(shí)對(duì)桿件上的控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,尤其是主豎桿和上節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確安裝是整個(gè)橋梁桁架精確就位的關(guān)鍵?，F(xiàn)場(chǎng)采用三維坐標(biāo)來(lái)控制安裝尺寸,保證安裝精度；每個(gè)桁架用多個(gè)三維坐標(biāo)點(diǎn)保證桿件位置準(zhǔn)確。

(3)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控：運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的桁架每個(gè)桿件在安裝前,必須復(fù)測(cè)其線型及外形尺寸,只有其外形尺寸符合設(shè)計(jì)圖紙要求時(shí)方可進(jìn)行安裝。鋼箱梁加工完成后,出胎以前,應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙尺寸在箱梁上畫出箱梁縱向中心線、主上弦桿中心線在箱梁上的投影位置及次上弦桿中心線在箱梁上的投影位置,并以此作為現(xiàn)場(chǎng)安裝主上弦桿和次上弦桿的基準(zhǔn)。支架搭設(shè)完成后,根據(jù)桁架結(jié)構(gòu)和空間位置對(duì)其限位裝置進(jìn)行測(cè)量,必要時(shí)對(duì)其限位板進(jìn)行機(jī)加工處理,限位板的斜度、垂直度都應(yīng)該準(zhǔn)確無(wú)誤后方可進(jìn)行桿件的安裝,尤其是主豎桿安裝的精度直接影響著全橋桁架的安裝精度。安裝樹狀結(jié)構(gòu)支架時(shí)必須精確就位,支架上部雙拼工字鋼中間應(yīng)預(yù)先標(biāo)記出豎向中線,每次移動(dòng)支架到一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置時(shí),必須使其前后工字鋼梁的豎向中線延長(zhǎng)線都與鋼梁的縱向中心線相交,以保證支架安裝位置的準(zhǔn)確,支架上的所有限位裝置位置準(zhǔn)確。對(duì)桁架桿件箱體進(jìn)行施焊時(shí),應(yīng)采用對(duì)稱焊,避免由于焊接變形對(duì)桿件空間位置產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)外橋梁向大跨方向發(fā)展,在技術(shù)水平提高的前提下,鋼橋必將得到長(zhǎng)足的發(fā)展,由于施工方便、施工速度快,全焊鋼橋?qū)⒊蔀榻窈箐摌虻闹匾獦蛐?。天津進(jìn)步橋“飛魚式”外形的自錨桁吊組合全焊鋼橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特,與海河環(huán)境相協(xié)調(diào),工程施工難度大,科技含量高,在施工中形成的成套技術(shù)不但填補(bǔ)了我國(guó)自錨式桁吊組合全焊鋼結(jié)構(gòu)橋施工經(jīng)驗(yàn)的空白,并為以后類似全鋼橋梁的設(shè)計(jì)施工提供了有力借簽。橋梁通車1年多來(lái),受到了社會(huì)廣泛好評(píng)。

[1]TB10212—2009,鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].

[2]GB50205—2001,鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]郜振宇,孫曉軍.鋼箱梁施工中的吊裝及測(cè)控技術(shù)[J].公路交通技術(shù),2008(1).

[4]梁麗斌.鋼箱梁施工要點(diǎn)分析[J].科學(xué)之友,2009(1).