大型市政鋼橋的制造、安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

裴彥軍

中鐵建工集團(tuán)有限公司 北京 100160

我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市化程度不斷提高，城市道路需求也越來越高，其發(fā)揮主要作用的是城市快速路或由主干道構(gòu)成的高架道路。目前來說，市政及公路橋梁以混凝土結(jié)構(gòu)為主，鋼橋大部分應(yīng)用于立交橋和跨線、跨路橋。但是，隨著我國鋼材產(chǎn)量的提高，伴隨著鋼橋設(shè)計(jì)水平及鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的提高，為消耗過剩產(chǎn)能，鋼橋的建造數(shù)量在不斷地增加。特別在市政道路的高架橋中，鋼橋因其抗扭性能好、截面輕盈、施工速度快、可減少對(duì)交通的影響等優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的橋梁工程師的青睞和關(guān)注[1-3]。本文以呼和浩特市海拉爾東街—海拉爾西街—金海路改造提升工程為依托，對(duì)大型市政鋼橋制造、安裝關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，為同類工程提供施工經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

海拉爾東街—海拉爾西街—金海路改造提升工程位于呼和浩特市北部，起點(diǎn)為海拉爾街/科爾沁路交叉口，終點(diǎn)為金海路/西三環(huán)（黃金道）交叉口，全長約26.0 km。全線采用高架主路＋地面輔道形式。上部結(jié)構(gòu)采用鋼-混組合梁，直線段結(jié)構(gòu)形式為主梁等高、橋面等寬，主梁為單箱多室開口鋼箱梁，支點(diǎn)處橫梁為封閉鋼箱梁，主梁與鋼橫梁連接，橋面板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，與鋼箱梁之間通過設(shè)置在鋼箱梁翼緣板頂面的剪力釘連接在一起。標(biāo)準(zhǔn)橋面寬25.5 m，橋梁豎曲線最大半徑25 000 m，平曲線最大半徑65 000 m，橋面設(shè)雙向1.5%的對(duì)稱橫坡或單向橫坡（圖1）。橫梁與主梁、主梁縱橫向之間全部采用焊接連接。高架橋鋼-混組合梁布設(shè)根據(jù)不同的路段、十字路口和河道情況，分別由單孔簡支梁、多孔連續(xù)梁組成。鋼-混組合梁橋面板厚度（頂板＋鋪裝混凝土厚度）為250～350 mm，鋼梁上翼緣為24～50 mm，底板厚度12～50 mm。

圖1 鋼橋橫斷面效果圖

2 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 鋼橋分段方案

由于焊接存在缺陷，在應(yīng)力較大處容易被破壞，故縱向劃分應(yīng)避開跨中、支墩和受力較大處。劃分時(shí)應(yīng)盡量減少節(jié)段數(shù)量，從而減少現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)支架的數(shù)量，降低施工成本，且有利于結(jié)構(gòu)安全。環(huán)口選在兩橫隔板中央處，避免環(huán)口焊縫與隔板焊縫集中。綜上考慮，本工程采用縱向、橫向梁段相結(jié)合的分段方案。

鋼橋分段細(xì)部處理：

1）橫向環(huán)縫頂板、底板與腹板錯(cuò)開間距不得小于200 mm，為方便吊裝，前后梁段對(duì)接縫類似“Z”形，腹板離隔板的最小距離不得小于300 mm，如圖2所示。

圖2 鋼橋縱向分段接口示意

2）主縱梁橫向分段宜保證縱向各段沿橋長方向在架梁時(shí)有相同的撓度，即自重/抗彎剛度相同，且縱向?qū)涌p形式類似凹凸形，如圖3所示。

圖3 鋼橋橫向分段接口示意

3）橫向環(huán)縫處，頂板、底板、腹板的縱肋設(shè)一段長度不小于400 mm的嵌補(bǔ)段，如圖4所示。

圖4 嵌補(bǔ)段縱肋與主板相對(duì)位置示意

2.2 拼裝胎架線形控制

鋼橋加工制造是在工廠胎架上完成的，胎架線形設(shè)置和控制是整個(gè)鋼橋制造線形控制的關(guān)鍵。胎架線形，是指為達(dá)到鋼橋制造線形，充分考慮加工工藝等影響因素，在制造線形的基礎(chǔ)上增設(shè)預(yù)反變形量后的線形。胎架豎向曲線＝鋼橋設(shè)計(jì)曲線＋設(shè)計(jì)圖紙中設(shè)計(jì)預(yù)拱＋施工預(yù)拱。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，本工程施工預(yù)拱確定為10～20 mm。

2.3 臨時(shí)支撐設(shè)計(jì)

臨時(shí)支撐采用格構(gòu)式支撐設(shè)計(jì)，考慮臨時(shí)支撐制作、運(yùn)輸、安裝成本，本工程采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)＋非標(biāo)節(jié)的支撐設(shè)計(jì)。在工廠加工制作的臨時(shí)支撐標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，以每2 m或6 m為一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，采用單片組合，外形基本組合尺寸為2 m×4 m。由a、b、c三個(gè)組件構(gòu)成，可在施工中根據(jù)需要隨意組合、任意擴(kuò)展，臨時(shí)支撐標(biāo)準(zhǔn)節(jié)如圖5所示。

圖5 臨時(shí)支撐標(biāo)準(zhǔn)節(jié)

臨時(shí)支撐標(biāo)準(zhǔn)節(jié)立桿采用法蘭系統(tǒng)對(duì)接，組件b與組件a、c之間采用螺栓連接。這樣的設(shè)計(jì)可方便臨時(shí)支撐的安裝、拆除，縮短施工周期，同時(shí)也方便臨時(shí)支撐的運(yùn)輸及堆放。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定臨時(shí)支撐非標(biāo)節(jié)高度。臨時(shí)支撐計(jì)算采用Midas Civil軟件，按吊裝工況的不同進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果滿足規(guī)范要求。

2.4 梁段橋位吊裝順序

為確保鋼橋成橋軸線偏位在JTG TF50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》允許的偏差范圍內(nèi)，本工程梁段橋位按照邊橫梁、主縱梁、中間橫梁順序吊裝，吊裝順序如圖6～圖9所示。

圖6 邊橫梁吊裝

圖7 第一跨縱梁吊裝（由縱梁中段往兩側(cè)順序吊裝）

2.5 梁段調(diào)整方法

梁段橋位施工接口匹配原則：按接口剛性強(qiáng)的位置到剛性弱的位置這一順序依次完成匹配。梁段接口匹配控制程序?yàn)椋浩鸬趿憾闻c前一段平齊→對(duì)齊主腹板（橫梁）、主隔板（縱梁）→安裝頂板對(duì)拉螺栓、臨時(shí)連接件→測(cè)量梁段高程及軸線→調(diào)整梁段前端高程及軸線→安裝底板對(duì)拉螺栓、臨時(shí)連接件→測(cè)量主梁前端高程及軸線→調(diào)整梁段前端高程及軸線。

圖8 中橫梁吊裝（先吊裝中段，后吊裝兩側(cè)梁段）

圖9 依次吊裝剩余梁段，至全橋完成

梁段安裝至既定位置后，若與設(shè)計(jì)位置存在偏差，則需對(duì)梁段進(jìn)行精確調(diào)整，調(diào)整按照先平面位置后高程的順序進(jìn)行。以縱梁調(diào)整為例，具體操作方法如下：

1）平面位置精確調(diào)整方法。在安裝完畢的梁段與待進(jìn)行調(diào)整的梁段的頂板及底部腹板上各焊接反力塊，然后在2個(gè)反力塊間安裝千斤頂，通過千斤頂?shù)捻斖屏硗瓿闪憾螜M橋向及順橋向位置的調(diào)整，第一件縱梁安裝時(shí)，通過在臨時(shí)支撐分配梁上設(shè)置反力架進(jìn)行橫橋向的調(diào)整，具體如圖10、圖11所示。

圖10 梁段橫向調(diào)整俯視

圖11 縱梁橫向調(diào)整立面

2）垂直方向精確調(diào)整方法。在梁段分段經(jīng)過平面位置的調(diào)整以后，再進(jìn)行垂直方向的調(diào)整。梁段垂直方向通過千斤頂進(jìn)行調(diào)整，千斤頂要放在支撐體系鋼梁上方。由于單點(diǎn)受力較大，千斤頂不能直接頂在梁段底板，要在液壓桿上放置一塊鋼板，調(diào)整時(shí)要精確測(cè)量，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在臨時(shí)支撐頂部型鋼上加入薄鋼板頂緊下底板，具體如圖12、圖13所示。

2.6 橋位焊接

為保證鋼橋焊接質(zhì)量，盡量減小焊接殘余應(yīng)力對(duì)橋梁受力的影響，吊裝調(diào)整線形尺寸及塊體間定位檢查合格后，用碼板連接牢固，按如下順序進(jìn)行焊接：支點(diǎn)橫梁塊體間橫隔板的對(duì)接→節(jié)段塊體間普通橫隔板的對(duì)接→橫梁底板的縱向?qū)雍缚p→支點(diǎn)位置橫梁頂板的縱向?qū)印c(diǎn)橫梁合龍口腹板（橫隔板）與頂、底板T形接頭緩焊段→節(jié)段塊體間底板的縱向?qū)印?jié)段間底板的橫向?qū)印拱鍖?duì)接焊縫→節(jié)段間頂板的橫向?qū)印拱迮c頂、底板T形緩焊段→節(jié)段拼口位置縱肋嵌補(bǔ)段。

圖12 梁段垂直調(diào)整橫向立面

圖13 梁段垂直調(diào)整縱向立面

單條焊縫均從中間向兩側(cè)對(duì)稱施焊，焊接方法采取分段退焊法。

2.7 鋼橋卸載施工

鋼橋卸載原則：橫向由中間向兩側(cè)對(duì)稱卸載，縱向從跨中向支墩處卸載。

鋼橋卸載具體思路：在臨時(shí)支撐調(diào)節(jié)短管附近采用千斤頂將鋼梁頂起，然后火焰切割臨時(shí)支撐調(diào)節(jié)短管，切割量控制在10 mm，再松掉千斤頂。

觀察調(diào)節(jié)短管與鋼橋脫離情況，繼續(xù)上述步驟，直到調(diào)節(jié)短管與鋼橋完全脫離。千斤頂與調(diào)節(jié)短管布置如圖14所示。

圖14 千斤頂與調(diào)節(jié)短管布置示意

3 結(jié)語

呼和浩特市海拉爾東街—海拉爾西街—金海路改造提升工程自開工以來，通過對(duì)鋼橋市政、安裝一系列關(guān)鍵技術(shù)措施進(jìn)行超前謀劃，確保了施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，取得了良好的社會(huì)效益和顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。本文對(duì)此進(jìn)行了闡述與總結(jié)，希望能為同類型工程施工提供借鑒。