談拱承式預(yù)應(yīng)力鋼箱梁天橋施工方法

何 義 海

(山西四建集團(tuán)有限公司,山西 太原 030024)

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談拱承式預(yù)應(yīng)力鋼箱梁天橋施工方法

何 義 海

(山西四建集團(tuán)有限公司,山西 太原 030024)

分析了拱承式預(yù)應(yīng)力鋼箱梁天橋的特點(diǎn)，根據(jù)該橋梁的施工原理，從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、胎架制作、預(yù)拼裝、構(gòu)件吊裝等方面，闡述了其施工工藝流程及操作要點(diǎn)，為同類型橋梁施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

天橋，鋼箱梁，胎架，預(yù)拼裝，合龍段

1 概述

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，城市快速化交通日益增多，同時(shí)相應(yīng)配套的人行天橋的跨度逐漸增大，這就給施工帶來了一定的難度。拱承式預(yù)應(yīng)力鋼箱梁天橋因跨度大，拱梁整體外形為弧形，安裝精度要求高，焊接量大，故而加工精度控制難度大、焊接變形控制難度大、運(yùn)輸成本高、現(xiàn)場(chǎng)吊裝就位難。如何有效的通過現(xiàn)有工程施工總結(jié)，為今后的施工提供技術(shù)保障，是目前需要解決的重要問題。

2 施工原理

拱承式預(yù)應(yīng)力鋼箱梁天橋由鋼箱梁、鋼管拱、吊桿、拉桿、梯段構(gòu)成。鋼箱梁通過三維深化設(shè)計(jì)進(jìn)行預(yù)拱度的設(shè)置，采用倒裝法在胎架上完成鋼箱梁的制作，通過構(gòu)件單元預(yù)拼裝與整體預(yù)拼裝以確保拱、梁的加工精度。

在天橋的跨中部位根據(jù)設(shè)計(jì)載荷設(shè)置臨時(shí)支撐，箱梁分段進(jìn)行吊裝，鋼管拱從兩邊向中間進(jìn)行安裝，預(yù)留合龍段，以確保拱梁的順利安裝。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

施工工藝流程：圖紙深化設(shè)計(jì)→胎架制作、復(fù)核→數(shù)控下料→分段構(gòu)件組裝、焊接、校正→預(yù)拼裝→現(xiàn)場(chǎng)支撐的設(shè)置→構(gòu)件吊裝→現(xiàn)場(chǎng)焊接→斜拉索安裝與支撐整體卸載。

3.1 圖紙深化設(shè)計(jì)

應(yīng)用Tekla軟件進(jìn)行三維深化設(shè)計(jì)，考慮到主梁、拱跨度大，構(gòu)件加工變形大難矯正、運(yùn)輸成本等問題，深化設(shè)計(jì)過程中將主橋、拱進(jìn)行分段設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)變形量進(jìn)行預(yù)起拱的放樣，并根據(jù)圖紙鋼梁起拱要求把預(yù)起拱變形量反映到零件圖中，繪制各分段零件理論詳圖，然后根據(jù)工藝要求預(yù)留制作和安裝焊接收縮補(bǔ)償量、加工余量及線形調(diào)整量，得到的零件尺寸作為繪制下料套料圖及數(shù)控編程的依據(jù)(見圖1)。

下料尺寸=理論尺寸+焊接收縮量+加工余量+線形調(diào)整量。

3.2 胎架制作、復(fù)核

梁段組裝在專用胎架上進(jìn)行，按出廠節(jié)段長(zhǎng)度進(jìn)行連續(xù)匹配制造。

1)胎架制作方法及形式。根據(jù)深化設(shè)計(jì)詳圖確定天橋箱梁段的重量、結(jié)構(gòu)輪廓、橋身預(yù)拱度、橋身整體線型、橋身連接位置以及橋的分段運(yùn)輸方案等特殊要求，根據(jù)上述各種要求進(jìn)行胎架的設(shè)計(jì)和制作，胎架結(jié)構(gòu)材料的選用根據(jù)PKPM軟件進(jìn)行模擬計(jì)算確定，胎架的選材必須保證足夠的剛度、成本低、裝拆簡(jiǎn)捷。胎架計(jì)算過程中還應(yīng)對(duì)胎架所在的地面進(jìn)行地面承載力計(jì)算，設(shè)計(jì)一定的胎架支撐基礎(chǔ)以保證胎架在地面上的整體穩(wěn)定性。胎架的橫梁根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放樣確定，橫梁間距1.5 m，橫梁上部預(yù)留0.15 m高度用于焊接馬板對(duì)橋身進(jìn)行精確定位。橫梁根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)高固定后，在橫梁上焊接定位馬板，根據(jù)胎架每一點(diǎn)的具體標(biāo)高進(jìn)行精確定位，以滿足每段橋身的縱坡及橫坡值、拱度變化等要求。在橋身的板邊及橋箱體部位板邊焊接定位鋼板，以便在橋身及箱體部位的各段進(jìn)行精確定位。

2)胎架定位點(diǎn)設(shè)置。胎架設(shè)置區(qū)域定位點(diǎn)用經(jīng)緯儀配合，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诘孛嫔暇_的測(cè)設(shè)出橋面各單元件的縱橫向定位線以及橋端箱體內(nèi)各板件的定位線，在胎架鋼柱上設(shè)置高度基準(zhǔn)線，橋身及附件在組裝過程中根據(jù)基準(zhǔn)線嚴(yán)格控制各構(gòu)件的相對(duì)空間位置，以保證橋身的整體精確度。

3.3 數(shù)控下料

根據(jù)三維深化圖將弧形板件即橋身及箱體部分弧形定位板件按1∶1比例將構(gòu)件尺寸轉(zhuǎn)換成TXT格式，輸入數(shù)控下料機(jī)直接下弧形板件,拼裝后自然形成弧形。

所有對(duì)接焊接的板件必須按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢驗(yàn)。材料切割后，對(duì)板面的平整度、弧度、切割面尺寸偏差、切口截面及坡口角度、鈍邊等進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，所有切割后板件必須清除毛刺，修磨光潔。材料切割完成后必須經(jīng)過材料的預(yù)處理矯正方可進(jìn)入下道工序。

3.4 分段構(gòu)件組裝、焊接、校正

鋼箱梁分段構(gòu)件的組裝在胎架上進(jìn)行，鋼箱梁制作方法采用倒裝法，制作全程在胎架上進(jìn)行。首先在胎架上進(jìn)行頂板的定位，以頂板面作為施工基準(zhǔn)面，進(jìn)行隔板與腹板的定位與安裝，最后進(jìn)行底板單元件的安裝。

鋼管拱分段的構(gòu)件的制作，首先在找平的地面上利用全站儀進(jìn)行弧形定位后劃控制線，嚴(yán)格按照控制線進(jìn)行弧段的拼接，焊接完成后檢查構(gòu)件的弧度、弧長(zhǎng)，在構(gòu)件上打上編號(hào)標(biāo)記。以此類推直至完成各分段構(gòu)件的組焊。

不同工藝的焊縫施焊前應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，并編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書，應(yīng)明確焊接電流、焊接電壓、焊接速度、預(yù)熱溫度、層間溫度、焊接設(shè)備及使用極性、焊層、焊道的分布及焊接順序等參數(shù)。為了減少鋼箱梁的焊接變形，施焊時(shí)應(yīng)采用跳焊的方法，分散焊接應(yīng)力，減少焊接變形。焊接完成后，若構(gòu)件焊接變形，應(yīng)采用火焰進(jìn)行矯正，加熱溫度應(yīng)控制在600 ℃～900 ℃以內(nèi)，加熱區(qū)應(yīng)在空氣中進(jìn)行自然冷卻，禁止用澆水等方法冷卻。

對(duì)組焊完成的構(gòu)件尺寸、焊接質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，構(gòu)件外形尺寸及焊接質(zhì)量必須滿足Q/CR 9211—2015鐵路鋼橋制造規(guī)范及GB 50205—2001鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定。驗(yàn)收合格后對(duì)箱梁、拱端部進(jìn)行銑平處理，減小分段構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接拼裝時(shí)的誤差。

3.5 預(yù)拼裝

鋼箱梁分段構(gòu)件制作過程中進(jìn)行單元的預(yù)拼裝，分段構(gòu)件制作完成后進(jìn)行整體預(yù)拼裝。預(yù)拼裝時(shí)，梁、拱斷點(diǎn)處用吊耳板連接定位，若發(fā)現(xiàn)橋身、橋身預(yù)拱段尺寸有誤或預(yù)拱度與設(shè)計(jì)要求不符時(shí)，必須在預(yù)拼裝胎架上進(jìn)行尺寸修正。避免高空調(diào)整，最大程度的減少高空作業(yè)難度并加快吊裝速度，確保天橋的一次性順利安裝。預(yù)拼裝檢驗(yàn)合格后，各構(gòu)件在拆開之前應(yīng)在構(gòu)件上標(biāo)注上下定位中心線、標(biāo)高基準(zhǔn)線、交線中心點(diǎn)等。

3.6 現(xiàn)場(chǎng)支撐的設(shè)置

主橋吊裝前，在主橋下方設(shè)臨時(shí)支撐，支撐的設(shè)置根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行。鋼箱梁除落在主墩外，其余兩端為懸臂端，因此在吊裝前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的分段位置設(shè)置臨時(shí)支撐，以確保鋼箱梁吊裝就位后的整體穩(wěn)定性，并保證臨時(shí)吊裝就位后的整體穩(wěn)定性。安裝臨時(shí)支撐后，在上端放置兩根H350×175×7×11鋼梁,用于架設(shè)千斤頂及可調(diào)支架(見圖2～圖4)。

3.7 構(gòu)件吊裝

構(gòu)件的吊裝必須待墩柱混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行。通過對(duì)吊裝最不利工況進(jìn)行分析，確定構(gòu)件的最不利起吊半徑及起吊高度，根據(jù)起吊半徑及起吊高度合理的選擇吊裝機(jī)械并制定合理的吊裝方案，吊裝方案中應(yīng)明確吊裝時(shí)間及交通疏導(dǎo)問題。吊裝計(jì)算中還應(yīng)根據(jù)構(gòu)件起吊重力進(jìn)行鋼絲繩的選擇，安全系數(shù)K選擇6～7。

箱梁、拱構(gòu)件進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后，鋼箱梁分段進(jìn)行吊裝，拱、吊桿在加工廠分段拼裝好，預(yù)留一個(gè)合龍段，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，從兩端向中間安裝，在跨中部位進(jìn)行合龍，合龍時(shí)間選擇平均氣溫時(shí)段，以減小合龍后的溫度變形。鋼管拱在構(gòu)件各節(jié)點(diǎn)上做好標(biāo)記點(diǎn)，利用三維模型計(jì)算出空間坐標(biāo)，利用全站儀進(jìn)行空間定位。箱梁整體吊裝完成后根據(jù)圖紙確定現(xiàn)場(chǎng)天橋各斷開點(diǎn)處的空間坐標(biāo)位置并檢查實(shí)際安裝情況，用千斤頂配合進(jìn)行鋼箱梁微調(diào)就位(見圖5～圖9)。

3.8 現(xiàn)場(chǎng)焊接

分段鋼箱梁構(gòu)件調(diào)節(jié)就位后，對(duì)構(gòu)件的尺寸、弧度、標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，合格后進(jìn)行焊接。根據(jù)不同材質(zhì)及焊接位置、焊接方法做試焊件，進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，試件經(jīng)拉伸及超聲波探傷檢測(cè)合格后，編制焊接工藝指導(dǎo)書，指導(dǎo)書中應(yīng)明確焊接順序、焊接電流、電壓、焊接速度，并嚴(yán)格按照工藝指導(dǎo)書嚴(yán)格進(jìn)行施焊。

焊接前，焊接件的焊縫端面及兩側(cè)、焊接坡口切割面、焊接鋼材表面50 mm范圍內(nèi)妨礙焊接的雜質(zhì)應(yīng)清除干凈，氣保焊時(shí)橋面要做好防風(fēng)措施。引、熄弧時(shí)，一律在焊接坡口內(nèi)或角焊縫的焊腳內(nèi)進(jìn)行，不允許在母材上引?。皇止ず笗r(shí)引熄弧的焊縫長(zhǎng)度應(yīng)在20 mm～30 mm之間。多道焊時(shí)，焊道間注意清渣。雙面焊時(shí)反面用碳刨清根。焊接時(shí)應(yīng)采用跳焊法，以避免構(gòu)件局部受熱集中，產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響拱梁施工精度。焊接完成24 h后進(jìn)行焊縫外觀及內(nèi)部缺陷的探傷檢驗(yàn)。

3.9 斜拉索安裝與支撐整體卸載

鋼管拱及鋼橋焊縫探傷驗(yàn)收合格后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力拉桿的施工，施擰至設(shè)計(jì)預(yù)拉力值經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行支架的整體卸載，卸載時(shí)要均勻卸載，支架對(duì)角線對(duì)稱焊接，單次卸載高度均為5 mm，使用氣割進(jìn)行。卸載過程中要做好橋跨中心的變形監(jiān)測(cè)。

通過對(duì)拱承式預(yù)應(yīng)力鋼箱梁天橋施工方法的總結(jié)，可以很大程度上為今后的工程起到很好的指導(dǎo)作用。

[1] Q/CR 9211—2015，鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].

[2] GB 50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

Discussion on the construction method of arch type pre-stressed steel box girder overpass

He Yihai

(Shanxi Fourth Construction Group Limited Company, Taiyuan 030024, China)

This paper analyzed the characteristics of arch type pre-stressed steel box girder overpass, according to the construction principle of the bridge, from the drawing design, jig frame production, pre-assembly, component hoisting and other aspects, elaborated its construction technological process and operation key points, provided experiences for similar bridge construction.

overpass, steel box girder, jig frame, pre-assembly, closure segment

1009-6825(2016)12-0146-03

2016-02-19

何義海(1977- )，男，工程師

U445

A