復(fù)雜環(huán)境下人行天橋鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)研究

與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有自重小、剛度大、承載能力強、整體穩(wěn)定性好、計算精度高、可以工廠化批量預(yù)制、施工速度快、材料可回收利用等優(yōu)點，在橋梁工程中應(yīng)用廣泛。在人行天橋工程中，常采用連續(xù)鋼箱梁或者鋼桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速施工，以滿足城市主干道的立體交通疏解功能[1]-[3]。但由于城市的快速發(fā)展，人行天橋的位置往往處于周邊環(huán)境復(fù)雜、人流和車流量大的環(huán)境中，需要采取合理的交通施工組織設(shè)計和構(gòu)件吊裝方案，同時地下管線復(fù)雜、場地空間狹小，必將影響橋梁基礎(chǔ)的設(shè)置、橋跨以及設(shè)備的吊裝[4]-[5]。本文以某曲線形連續(xù)鋼桁架及連續(xù)鋼連續(xù)梁人行天橋為例，在分析場地周邊環(huán)境的基礎(chǔ)上，對比和選擇合理的制作和吊裝方案，并研究鋼連續(xù)梁和鋼桁架分段制作的具體施工工藝，以期豐富工程實踐經(jīng)驗，為類似工程提供參考與借鑒。

1.工程概況

某人行天橋（圖1）地處城市主干道交叉口，跨路口設(shè)置，平面上呈“8”字曲線形，分主次兩通道。主次通道由兩個相切圓弧連接組成，主通道（A通道）沿主干道東西向布置，連接路口第二象限和第四象限。通道長度為62m，通道線形圓弧半徑為80m，路面寬度從7.2m逐漸增加至10.0m。通道最窄處位于線路中點，最寬處位于地面踏步處，采用下承式鋼桁架結(jié)構(gòu)。次通道（B通道）沿主干道南北向布置，連接路口第一象限和第三象限。通道長度為78m，通道線形圓弧半徑為35m，路面寬度從4.0m逐漸增加至7.5m。通道最窄處位于線路中點，最寬處位于地面踏步處，采用連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)。A通道和B通道在中點處相交。

2.施工環(huán)境分析

圖1 某跨交叉路口曲線人行天橋效果圖

天橋地處區(qū)域交通干道節(jié)點，地表人流量和車流量巨大，施工不可避免地對交通造成影響，形成交通和人流疏散壓力。橋墩位于中間隔離帶和周邊綠化帶，綠化樹木高大，在不進(jìn)行樹木移植和恢復(fù)的情況下，施工時需要選取合理的吊裝和運輸方案，以達(dá)到保護(hù)樹木的目的。道路交叉口兩側(cè)地下管網(wǎng)復(fù)雜，在第二三象限沿人行道南北向跨路口分布有1根直徑φ600的天然氣管道，埋深約1.5m，在第一二象限沿人行道東西向跨路口分布有1根220kv高壓線，埋深約2m。人行天橋自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對構(gòu)件的加工精度要求較高，施工時構(gòu)件焊接和搭設(shè)困難，同時由于構(gòu)件尺寸超限，對運輸造成影響，對場地要求也較高。

3.制作和吊裝方案的對比與選擇

針對橋梁基本條件和施工條件，制定兩種施工方案進(jìn)行比選，如表1所示。

由于施工環(huán)境復(fù)雜且人行天橋異形，對制作難度和一次性吊裝難度大，結(jié)合以往人行天橋加工制作和現(xiàn)場施工經(jīng)驗[6]-[8]，為減少吊裝難度、保證施工質(zhì)量，經(jīng)綜合比較，人行天橋鋼結(jié)構(gòu)采用分段制作、分段吊裝的施工方案。

4.構(gòu)件的制作

4.1 鋼箱梁的分段制作

由于鋼箱梁是由頂板、腹板、橫隔板和底板等構(gòu)件組成，在施工時可以對鋼箱梁進(jìn)行單元劃分、分段制作，完成后在胎架上進(jìn)行分段拼裝。首先將B通道劃分為4個吊裝分段，由于通道為對稱相切圓弧，取一半進(jìn)行分析，具體如圖2所示。每個吊裝分段又劃分為幾個小制作分段，如制作分段1-1 ～制作分段1-6、制作分段2-1 ～制作分段2-4，制作分段完成后在胎架上拼裝成鋼箱梁，按順序拼接成吊裝分段，現(xiàn)場按吊裝分段依次吊裝和安裝。

表1 制作和吊裝方案的對比

圖2 鋼箱梁分段制作、分段吊裝劃分

圖3 鋼箱梁胎架制作

圖4 鋼箱梁頂板的拼裝

圖5 鋼箱橫隔板的安裝

圖6 鋼箱梁腹板的安裝

圖7 鋼箱底板的安裝

圖8 鋼箱梁懸挑部位的安裝

具體的制作分段加工流程為：

一是備料及鋼箱梁板單元的制作：由于B通道為曲線線形，圓弧半徑為35m，制作精度和成形質(zhì)量控制要求高，在備料和制作鋼箱梁的腹板和加勁肋時，應(yīng)考慮冷彎處理，同時也應(yīng)綜合分析橋梁平、豎曲線和縱橫坡度對構(gòu)件尺寸的影響，并預(yù)留一定的預(yù)拱度，以避免材料的溫度和塑性變形。分段制作與整體制作的區(qū)別主要為現(xiàn)場拼裝時應(yīng)考慮焊接收縮量和對接余量的影響。因此，在通道寬度方向的制作分段，預(yù)留5mm的焊接收縮余量，而在長度方向則預(yù)留5mm ～10mm的焊接收縮余量，在拼裝時對焊接余量進(jìn)行精確切割。

二是鋼箱梁胎架的搭設(shè)：根據(jù)劃分的吊裝分段，按照整段進(jìn)行胎架的搭設(shè)。搭設(shè)時，應(yīng)在堅固平整的場地上進(jìn)行，胎架預(yù)先考慮橋型平面曲率、縱橫向坡度和橋跨中預(yù)拱度，如圖3所示。將預(yù)先備料、制作和驗收合格的頂?shù)装鍐卧?、腹板單元和加勁肋等，可以運輸至胎架上進(jìn)行后續(xù)工序。

三是鋼箱梁頂板單元的焊接拼裝：在胎架上放出橋梁中線，精度滿足±1mm，并將頂板單元放置在胎架上，U性肋朝上并用門架裝置精確校正其位置，完成后定位點焊，具體為在頂板端部20cm處先初步定位，隨后一次間隔70cm定位焊，依次類推完成其余頂板的焊接，如圖4所示。

四是橫隔板和腹板的焊接拼裝：將橫隔板和腹板固定在預(yù)定的位置，采用CO2保護(hù)焊或者人工焊接進(jìn)行施焊，焊接橫隔板時從單元兩側(cè)向中間對稱施焊，如圖5、圖6所示。

五是鋼箱梁底板單元的焊接拼裝：先安裝底板U肋和加勁板，再鋪底板。焊接時，U肋和加勁板在拼接接口位置預(yù)留一段長度不焊，以便于拼接時調(diào)整，如圖7所示。

六是制作單元懸挑部位的安裝：底板鋪裝完畢后，即可進(jìn)行邊緣加勁板、封板的組裝，如圖8所示。

4.2 鋼桁架梁的分段制作

A通道鋼桁架的制作精度較高，構(gòu)件的線性彎曲復(fù)雜，定位較為困難，因此在制作前，利用Tekla三維模擬軟件制作了鋼桁的模型，以提高構(gòu)件的安裝精度和調(diào)節(jié)節(jié)點的定位，同時用其進(jìn)行模擬拼裝過程，選擇橫梁和縱梁的節(jié)點作為控制點，現(xiàn)場完成拼裝后用高精度三維激光經(jīng)緯儀核驗控制點坐標(biāo)，如圖9所示。

圖9 A通道鋼桁架三維模型圖

圖10 A通道鋼桁架分段網(wǎng)片圖

圖11 拼裝場地布置示意圖

圖12 吊裝分段示意圖

從圖9中可以看出，鋼桁架整體呈彎曲弧形，整體制作時尺寸過大，可以沿其通道橫向分為A、B、C鋼桁架網(wǎng)片，按1-1 ～5-5劃分為4段進(jìn)行分段制作，如圖10所示，分段長度小于16.0m，每片鋼桁架網(wǎng)片高度約5.1m，分段鋼桁架網(wǎng)片的上弦桿、下弦桿和腹桿采取現(xiàn)場或者工廠車間拼裝，而橫梁采用散裝，現(xiàn)場搭設(shè)胎架總體拼裝后吊裝安裝。

5.現(xiàn)場吊裝和拼接

如圖11所示，為了保障主干道交通的正常運行，在交叉路口第一象限布置了現(xiàn)場拼裝場地，桿件堆場面積為40m×30m，拼裝場地面積為70m×30m，場地平整后壓實，鋪設(shè)20cm碎石層，并澆筑C20混凝土硬化場地，厚度為20cm，以滿足分段鋼箱梁和鋼桁架的拼裝和吊裝設(shè)備的運行，同時，現(xiàn)場配置了1臺40t履帶吊，滿足連續(xù)鋼箱梁節(jié)段和重型構(gòu)件的吊裝，另外還配置了3臺25t汽車吊用于拼裝場地的構(gòu)件運輸和1臺25t汽車吊用于桿件堆場的構(gòu)件運輸。

由于公路交通限制，僅可在封路的有限時間內(nèi)完成主跨鋼桁架的吊裝。為了減少對公路交通的影響，主跨鋼桁架采用分段抬吊吊裝，邊跨鋼桁架及鋼箱梁均單跨吊裝，中間不設(shè)支點，如圖12所示。采用2臺350t履帶吊抬吊主跨鋼桁架后，單臺350t履帶吊進(jìn)行其余分段的吊裝。由于梁段安裝過程中公路仍在通行，安裝過程中采取設(shè)置警戒線、硬質(zhì)圍擋、設(shè)立交通減速、警示標(biāo)志等多種措施保障安全。

6.結(jié)論

由于復(fù)雜環(huán)境下的人行天橋鋼結(jié)構(gòu)的安裝對交通流的影響較大，人行天橋鋼結(jié)構(gòu)線性復(fù)雜，施工控制質(zhì)量要求高、安裝精度嚴(yán)格，需要制定和選擇合理的焊接和吊裝方案，以達(dá)到快速施工的目的。

鋼箱梁和鋼桁架的分段安裝和整體吊裝是施工的關(guān)鍵工序，結(jié)合兩種鋼結(jié)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)形式，分別采用胎架分段焊接和建立三維模型控制鋼桁架網(wǎng)片的施工工藝，將施工的難度降低至最小。

現(xiàn)場布置桿件拼裝場地，配置了2臺350t履帶吊抬吊主跨鋼桁架和鋼箱梁吊裝分段，經(jīng)過各個環(huán)節(jié)的不斷努力，人行天橋順利完工，在空間扭曲鋼結(jié)構(gòu)大的制作和安裝方面，積累了一定的施工經(jīng)驗，可為類似工程的施工和相關(guān)研究提供參考和基礎(chǔ)資料。