大跨徑鋼管桁架管線橋建造技術(shù)

孫曉方

(丹陽市交通運輸局，江蘇 丹陽 212300)

0 引 言

管線橋[1]是為特定管線荷載跨越障礙物而修建的特殊專用橋梁，在市政工程及能源工程中應(yīng)用廣泛。相比一般的公路橋梁或鐵路橋梁，管線橋所承受的外部荷載較小，且以靜荷載為主。管線橋?qū)蛎婵臻g的需求較小，一般都屬于窄橋。

鋼管桁架[2]結(jié)構(gòu)自重輕、剛度大，具有卓越的跨越能力，近年來已越來越多的應(yīng)用于橋梁工程中。本文結(jié)合工程實踐，介紹了一座大跨徑鋼管桁架管線橋的關(guān)鍵建造技術(shù)。

1 概 述

常見的管線橋形式有：梁式直跨、輕型托架式、桁架式、拱式、懸索式等，其中，梁式直跨和輕型托架式的管線橋由于結(jié)構(gòu)自身的限制，只適用于跨越較小的河道；桁架式和拱式管線橋的整體穩(wěn)定性較好的，可以滿足跨越中等口寬河道的需求；懸索式一般用于跨越較大口寬的河道。

本文介紹的管線橋上部結(jié)構(gòu)采用跨徑為110 m的簡支鋼管桁架梁，一孔跨越京杭運河及濱水步道，下部結(jié)構(gòu)采用圓形墩柱接鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋墩位于岸上。管線橋的主要設(shè)計載荷為一道D600自來水管道、一道D325蒸汽管道及若干電力和通訊管線。

圖1 管線橋

管線橋的上部結(jié)構(gòu)為三角形空間桁架，該結(jié)構(gòu)是在常規(guī)下承式鋼桁架的基礎(chǔ)上，取消上平縱聯(lián)，將兩根上弦桿合并為一根上弦桿，增強(qiáng)了桁架橫向剛度，顯著降低了整個結(jié)構(gòu)的用鋼量。該結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定的空間三角形構(gòu)造，造型簡約，力學(xué)概念清晰[3]。

2 鋼管桁架主要構(gòu)造

本橋是為特定管線荷載設(shè)計的專用管線橋，主橋鋼管桁架由：上弦桿(φ1016)、下弦桿(φ610)、腹桿(φ273)、橫梁(φ273)、拉桿(φ114)等構(gòu)件組成，桁架計算高度為6.0 m，橫向計算寬度為4.0 m，縱向節(jié)點間距5.5 m，主橋計算跨徑為110 m，上部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 桁架結(jié)構(gòu)總圖

根據(jù)計算結(jié)果，施工狀態(tài)及成橋狀態(tài)下各構(gòu)件的總體承載能力、局部承載能力及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范[4]要求。

圖3 結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果

3 鋼管桁架施工

京杭運河屬于繁忙航道，橋梁建設(shè)無法采用支架施工，故上部結(jié)構(gòu)采用在岸上焊接拼裝，整體浮吊安裝的施工方案。

主要施工流程為：主桁結(jié)構(gòu)在工廠制造、預(yù)拼，構(gòu)件拆解運至現(xiàn)場拼裝焊接成整體，同時完成下部結(jié)構(gòu)施工→將主橋整體吊裝就位，固定于支座上→施工橋面鋼格柵、欄桿、管道支撐等附屬設(shè)施→架設(shè)管道→運營。

3.1 廠內(nèi)加工制造

鋼結(jié)構(gòu)的制作要滿足圖紙和技術(shù)規(guī)范[5]的要求，主要工序包括材料的采購和復(fù)驗，焊接工藝評定，分段劃分，鋼材預(yù)處理，放樣、下料、加工，分段制造，內(nèi)場分段吊運、翻身，二次除銹、涂裝、工廠預(yù)組裝等主要過程。

3.1.1 鋼管的相貫線切割及焊接

本橋構(gòu)件多采用鋼管結(jié)構(gòu)，涉及鋼管相貫線焊接的構(gòu)件采用全自動鋼管切割機(jī)下料，相貫線及坡口一次自動成型。主桁結(jié)構(gòu)出廠前在廠內(nèi)進(jìn)行全桁架整體預(yù)拼，并依據(jù)圖紙要求對結(jié)構(gòu)預(yù)拱度進(jìn)行檢驗。

圖4 鋼管相貫線切割

3.1.2 鋼結(jié)構(gòu)涂裝

鋼結(jié)構(gòu)防腐按照《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》執(zhí)行，采用設(shè)計防腐年限為20年的長效防腐涂裝體系。鋼結(jié)構(gòu)在制造廠內(nèi)應(yīng)完成全部底漆、中間漆及第一道面漆，鋼構(gòu)件運至現(xiàn)場并拼裝完成后在現(xiàn)場噴涂外表面第二道面漆。

3.1.3 分段預(yù)拼裝

構(gòu)件加工完成后，必須在工廠內(nèi)進(jìn)行分段預(yù)拼裝，預(yù)拼時應(yīng)對分段余量進(jìn)行切除，確?，F(xiàn)場安裝順利進(jìn)行。對預(yù)拼裝過程中發(fā)現(xiàn)的問題應(yīng)及時處理，確保精度滿足設(shè)計要求。

3.2 分段運輸

本橋鋼桁架的上、下弦桿屬于超長構(gòu)件，需分段運輸。結(jié)構(gòu)分段應(yīng)充分考慮規(guī)劃運輸路線上的各種限制條件，如沿線橋梁的承載能力、道路限高、限寬及轉(zhuǎn)彎半徑等。大件運輸應(yīng)并遵照路政管理部門關(guān)于大件運輸?shù)南嚓P(guān)規(guī)定進(jìn)行。運輸過程中還要采取相應(yīng)的各種安全措施，如構(gòu)件固定、懸掛大件運輸警示標(biāo)記、配備保障車輛等。

3.3 現(xiàn)場拼接

橋位附近的河岸上提前設(shè)置一個120 m×5.0 m的鋼結(jié)構(gòu)拼裝平臺，待橋梁上部結(jié)構(gòu)分段運至現(xiàn)場后，在拼裝平臺上進(jìn)行組拼。

圖5 現(xiàn)場布置圖

拼裝時先對照圖紙的構(gòu)件進(jìn)行編號，并按圖紙要求的順序?qū)撹旒軜?gòu)件吊裝就位。上、下弦桿的的對接頭為全熔透焊接，是桁架結(jié)構(gòu)最重要的焊縫，拼裝時先點焊固定弦桿的相對位置，然后打底焊一道，再按要求蓋面焊接，確保預(yù)防焊接出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，同時確保焊接滿足相應(yīng)工藝要求。

圖6 現(xiàn)場拼裝

3.4 整體吊裝

吊裝總重量約246.6 t，根據(jù)現(xiàn)場施工條件、最大吊裝重量及浮吊性能，選用一臺500 t和一臺150 t浮吊船進(jìn)行整體吊裝工作。

500 t浮吊起吊鋼絲繩采用落纜形式，每個吊點上用2根鋼絲繩一雙，4根出索，設(shè)4個吊點，150T浮吊設(shè)2個吊點，吊點位置加焊鋼管限位，防止鋼絲繩吊裝過程中產(chǎn)生滑移。

圖7 吊點示意

500 t浮吊船有16根鋼絲繩起吊，根據(jù)計算結(jié)果，單根索力約17.1 t.鋼絲繩型號采用￠56 mm 6×37+1鋼絲繩，實際破斷力為200 t，安全系數(shù)N為:

滿足《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》要求。

吊裝時需對施工作業(yè)區(qū)500 m范圍內(nèi)進(jìn)行斷航，斷航時間4 h，浮吊船就位。緩慢吊起鋼管架，并觀察浮吊船吃水及縱橫向穩(wěn)性，浮吊船后退，旋轉(zhuǎn)，浮吊船朝目標(biāo)方向位移。

圖8 吊裝施工

浮吊船將橋梁吊裝橋位上方后，觀察位置到位情況，微調(diào)后到位。浮吊船撤離，停到停泊區(qū)。

圖9 浮吊整體吊裝

4 結(jié)束語

本文介紹了一座結(jié)構(gòu)新穎的大跨徑空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)管線橋的結(jié)構(gòu)特點與建造關(guān)鍵技術(shù)。該橋型結(jié)構(gòu)具有建筑高度低、單位用鋼指標(biāo)較小等優(yōu)點，體現(xiàn)了橋梁設(shè)計“安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀”的原則。施工中嚴(yán)格過程控制，抓好重點施工部位、克服難點分部工程，細(xì)化施工工序過程，以樹優(yōu)質(zhì)品牌，創(chuàng)建精品工程、確保施工工期、實現(xiàn)安全文明施工的原則進(jìn)行管線橋的施工組織，確保管線橋工程的圓滿完成，對同類管線橋梁的建造有一定的借鑒意義。