城市鋼橋制造安裝技術(shù)

權(quán) 紅 烈

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司,陜西 寶雞 721006)

鋼橋梁以其高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、對交通影響小、工期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為城市橋梁的發(fā)展方向。但城市立交鋼橋類型多(跨線、匝道、天橋等)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜(彎、斜、異)、施工環(huán)境多變(跨路、跨線、跨居民區(qū))、分塊多、交通及文明施工要求高(噪聲、環(huán)保等)，給制造及安裝施工帶來諸多困難。典型鋼橋示意圖見圖1。

1 技術(shù)準(zhǔn)備

1.1 總體方案制定

結(jié)合城市橋梁線路復(fù)雜、周邊環(huán)境多變等特點(diǎn)，以高效、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)優(yōu)、安全、環(huán)保為目標(biāo)制定合理適用的施工方案。鋼橋總體生產(chǎn)部署一般采用工廠塊體(鋼梁節(jié)段)制造、公路運(yùn)輸至現(xiàn)場工地連接的兩地生產(chǎn)模式。本文著重介紹焊接鋼箱梁。

1.2 合理分塊劃分

根據(jù)制造、運(yùn)輸、現(xiàn)場吊裝方案合理選擇鋼梁分塊劃分。在縱向、橫向塊體劃分時(shí)，充分考慮鋼板采購尺寸、制造難易程度、成品運(yùn)輸路線與尺寸界限、起重吊裝能力、現(xiàn)場架設(shè)順序(臺(tái)階式易于安裝)及環(huán)境等因素。分塊劃分涉及面廣，必須加強(qiáng)與施工各方的溝通、交流(總體進(jìn)度、施工順序、交通導(dǎo)改等)，否則勢必影響后期材料采購、制造及整體節(jié)點(diǎn)工期與質(zhì)量。分塊劃分影響示意圖見圖2。

1.3 放樣及二次深化詳圖設(shè)計(jì)

城市鋼橋梁線路復(fù)雜(平豎曲線、變坡、變截面)，設(shè)計(jì)圖梁段尺寸和材料表一般均未考慮線型、拱度、橫坡的影響。應(yīng)根據(jù)橋梁線路控制點(diǎn)坐標(biāo)、里程、高程、坡度等參數(shù)進(jìn)行整體放樣并核對后再進(jìn)行鋼梁的二次細(xì)化詳圖設(shè)計(jì)；構(gòu)件不具備通用性、分塊多、圖紙量大，若采用傳統(tǒng)CAD整體放樣、拆分繪制板單元、塊體、梁段圖的方法，強(qiáng)度大、效率低；此類橋梁應(yīng)優(yōu)先采用三維軟件來提高整體放樣及施工圖繪制效率與正確率。

2 工廠制造

2.1 總體制造方案

城市立交工程根據(jù)橋梁所處地理位置及自然條件，其鋼箱梁劃分為多個(gè)塊體在工廠制造完成后，公路運(yùn)輸至橋位安裝地點(diǎn)進(jìn)行架設(shè)、接口連接工作。工廠內(nèi)完成：“鋼板輥板→零件下料加工→板單元制作→塊體組焊→預(yù)拼裝→除銹涂裝→裝車發(fā)運(yùn)”等主要工序的施工作業(yè)，總體制造工藝流程見圖3。

2.2 板單元制造

頂板、底板、腹板、隔板等單元是組成鋼箱梁的基本單位。單元制造精度關(guān)系到鋼箱梁整體幾何尺寸精度與質(zhì)量。曲線板單元線形復(fù)雜、幾何精度與變形控制困難，是城市鋼橋區(qū)別于大跨度橋梁制造的關(guān)鍵。

2.2.1曲線U肋板單元制造工藝

鋼箱梁頂?shù)装鍐卧嗖捎肬肋、板肋、T肋加勁，其主要工序?yàn)椋好姘鍞?shù)控下料→修整平面度直線度→劃單元縱橫基準(zhǔn)線及加勁位置線→U肋(板肋、T肋)組焊→探傷、修整→焰切長邊坡口→參與塊體或梁段組裝。

曲線形板單元加勁肋組裝線多為曲線，對于板肋(T肋)加勁組裝時(shí)可沿其組裝線拼裝。U肋側(cè)向剛度大不易彎曲，曲線弦矢高較小時(shí)，可采用由中間向兩端依次點(diǎn)焊定位控制其組裝位置；曲線弦矢高較大時(shí)，兩端需采用熱矯與機(jī)械矯正相結(jié)合的方法或U肋以折代曲法進(jìn)行組焊控制。重點(diǎn)控制U肋與隔板交叉處的組裝位置和間距。曲線U肋板單元制造示意圖見圖4。

2.2.2斜腹板單元制造工藝

鋼箱梁斜腹板在平豎曲線、預(yù)拱度、變坡影響下，展開圖形狀復(fù)雜，傳統(tǒng)的CAD描點(diǎn)展開法工作量大、效率低，且正確率不易保證。采用EXCEL坐標(biāo)計(jì)算結(jié)合CAD二次開發(fā)或采用Catia等三維軟件進(jìn)行復(fù)雜曲面板單元的展開能大大提高詳圖深化效率與質(zhì)量。

斜腹板單元主要工藝流程為：腹板及加勁數(shù)控下料→平面度及直線度修整→劃單元基準(zhǔn)線與加勁組裝線→組焊加勁→探傷→修整焊接變形→焰切腹板周邊坡口→參與塊體或梁段預(yù)總拼。斜腹板單元制造主要控制外輪廓幾何尺寸與隔板處的加勁位置，保證腹板單元在進(jìn)行塊體或梁段制造匹配時(shí)，腹板與頂?shù)装寮案舭逯g的焊縫間隙控制在合理的焊接工藝范圍內(nèi)。

2.2.3板單元工裝設(shè)計(jì)

完善的工藝方案、完備的工裝設(shè)備是保證鋼箱梁制造精度的關(guān)鍵，通過一系列頂?shù)装錟肋組裝胎架、焊接反變形胎架、預(yù)拼裝胎架等工裝的設(shè)計(jì)，保證其組焊精度滿足要求。

2.3 塊體制造

鋼箱梁塊體組成零件多，箱內(nèi)支座部位構(gòu)件密集；梁段整體線形變化大，對于鋼箱梁整體組裝精度要求較高，為實(shí)現(xiàn)整橋接口的良好配合，以此將鋼箱梁塊體制造工序作為制造的關(guān)鍵工序進(jìn)行控制,將塊體分為單元件分別制造后進(jìn)行塊體(梁段)組裝，塊體制造流程及示意圖見圖5，圖6。

2.4 預(yù)拼裝

根據(jù)場地、設(shè)備條件，可選擇塊體制造后預(yù)拼裝或單元件直接在總拼胎架上整體組焊、預(yù)拼塊體的制造方法，既連續(xù)預(yù)拼或連續(xù)匹配預(yù)總拼。重點(diǎn)控制整體平豎曲線線形、幾何尺寸精度、相鄰塊體(梁段)間的接口匹配等項(xiàng)點(diǎn)。塊體整體連續(xù)預(yù)總拼見圖7，塊體制造連續(xù)預(yù)拼匹配見圖8。

3 工地連接

鋼箱梁在廠內(nèi)分段分塊制造后公路運(yùn)輸?shù)綐蛭滑F(xiàn)場。現(xiàn)場搭設(shè)臨時(shí)支架，用汽車吊或履帶吊安裝鋼箱梁塊體單元，待其測量、調(diào)整就位后焊接梁段塊體間焊縫，組焊附屬設(shè)施，最后完成最后一道面漆，拆除臨時(shí)支架(此處以支架法介紹)。

3.1 支架與塊體安裝

城市立交處于市區(qū)交通要道，車流量大，對于橋位安裝提出較高要求。應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)及制造單元?jiǎng)澐?，結(jié)合橋位實(shí)際交通道路情況，測量定位臨時(shí)支架的布設(shè)位置及架設(shè)方案。

1)支架搭設(shè)要求：支架選擇應(yīng)便于橋位安裝、拆卸，盡量選擇占用面積小的組合支架；支架基礎(chǔ)、支架體系應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力驗(yàn)算，滿足承載力、剛性要求情況下才能投入使用，保證施工安全；支架體系應(yīng)便于鋼箱梁塊體的定位與線形調(diào)整。地基承載及支架示意圖見圖9。2)塊體(梁段)安裝要求：塊體發(fā)運(yùn)、安裝順序應(yīng)按照架設(shè)方案確定的順序依次進(jìn)行；塊體吊裝用起重機(jī)，應(yīng)根據(jù)起重量、高度、半徑進(jìn)行合理選型，保證在起重能力范圍內(nèi)進(jìn)行架設(shè)作業(yè)，嚴(yán)禁超載；塊體吊裝過程中，應(yīng)制定安裝防護(hù)措施，保證施工過程安全。鋼梁安裝示意圖見圖10。

3.2 線形調(diào)整與檢測

鋼箱梁吊裝到位后，在水平儀、全站儀配合下，用千斤頂和斜鐵、墊鐵做準(zhǔn)確調(diào)整。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求的鋼箱梁的拱度、坐標(biāo)把各鋼箱梁單元塊調(diào)整到位，并預(yù)留沉降量。調(diào)整完成后記錄各點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)，并用全站儀在相同的觀測點(diǎn)上每3 h觀測一次，連續(xù)觀測3 d，并對數(shù)據(jù)做比對，若每天的沉降量變化大于1 mm，繼續(xù)觀測，直到消除沉降后再做細(xì)微調(diào)整，調(diào)整完成后在相同的觀測點(diǎn)上每8 h觀測一次，記錄好原始數(shù)據(jù)，連續(xù)觀測3 d，并對數(shù)據(jù)做比對，確認(rèn)消除沉降量后并架設(shè)完每幅第一跨后開始焊接。

3.3 接口連接

現(xiàn)場焊接系指各塊體(梁段)運(yùn)達(dá)現(xiàn)場后，在形成鋼箱梁的過程中完成的焊接作業(yè)。主要包括隔板立位對接焊縫、頂?shù)装蹇v橫向?qū)雍缚p、縱肋嵌補(bǔ)段焊縫等。先焊接縱向?qū)雍缚p形成鋼箱梁梁段之后，再焊接各梁段橫向接口處焊縫及嵌補(bǔ)段焊縫。根據(jù)焊評確定的焊接工藝，采用預(yù)留收縮量、焊接彈性馬板、預(yù)置反變形、調(diào)整焊接順序和焊接方向等措施有效地控制焊接變形，確保整體幾何尺寸精度。

4 交通疏導(dǎo)方案實(shí)施

城市橋梁地處交通要道，交通疏導(dǎo)方案的制定應(yīng)以安全、環(huán)保、文明施工、交通影響最小等為原則，緊密結(jié)合現(xiàn)場施工內(nèi)容，疏導(dǎo)方案貫穿臨時(shí)支架搭設(shè)與拆除、鋼梁運(yùn)輸、鋼梁吊裝、焊接涂裝。以上各階段交通導(dǎo)改均需在路政、交通、地方職能部門、業(yè)主及監(jiān)理的統(tǒng)一部署和指導(dǎo)下實(shí)施。交通疏導(dǎo)方案內(nèi)容見圖11。

5 結(jié)語

通過對多種形式、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的城市鋼梁關(guān)鍵技術(shù)的研究，解決了國內(nèi)城市各種形式鋼箱梁的制造及安裝線形控制等難題。對于不同區(qū)域、不同施工環(huán)境下如何合理的組織施工，保證工期、安全、質(zhì)量等積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也為大力推廣城市鋼橋梁建設(shè)提供了有力的技術(shù)支撐。