重慶某鋼桁梁橋正交異性行車道板架設(shè)施工關(guān)鍵技術(shù)

馮淑珍， 崔海

(1.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 南京 210000；2.中鐵大橋(南京)橋隧診治有限公司)

1 引言

鋼桁梁由于較大的剛度、強度和跨越能力等優(yōu)點在鐵路及公路橋梁中廣泛應(yīng)用。目前中國數(shù)十座鋼桁梁橋運營時間都達到甚至超過50年，并且主梁運營狀態(tài)良好。據(jù)相關(guān)調(diào)查資料，該類橋梁在運營中橋面系及附屬設(shè)施均需要經(jīng)常性地維修或改造，其中行車道板是最典型、相對復(fù)雜、改造施工影響巨大的構(gòu)件。中國已經(jīng)有多座公路橋、公鐵共用鋼桁梁橋進行了行車道板改造。

早期的行車道板多采用陶粒或低標(biāo)號混凝土，與鋼桁梁之間通常為搭接連接。即行車道板僅承擔(dān)并傳遞橋面荷載至鋼桁梁，并不參與主桁共同受力?，F(xiàn)在由于材料科學(xué)、設(shè)計理念的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計及施工需求、運營橋梁工期制約等，改造后鋼桁梁通常采用正交異性鋼結(jié)構(gòu)行車道板。為了保證改造前后，鋼桁梁主體結(jié)構(gòu)受力體系不發(fā)生改變，行車道板與鋼桁梁間設(shè)置支座傳遞荷載，兩者之間并不協(xié)調(diào)變形。

行車道板是一個以既有鋼桁梁橋為支撐的獨立的受力體系。行車道板架設(shè)施工涉及橋面線形、初應(yīng)力狀態(tài)、支座運營狀態(tài)等，因此其架設(shè)方案、精度控制、誤差調(diào)整、支座及道板安裝精度等是施工重點、難點和關(guān)鍵點。

2 項目概況

重慶某鋼桁梁橋于1964年建成通車，主橋跨徑為(68+80+88+80+68) m的五跨鉚接鋼桁梁橋。大橋橫橋向設(shè)置4片主桁，主桁中心距4.3 m，桁高6.2 m，橋梁節(jié)間長度4 m。橋梁橫橋向總寬22 m，其中，人行道寬度4 m，機動車道寬度14 m。橋面行車道范圍內(nèi)設(shè)置6道縱梁，橫橋向布置間距為2.15 m。縱梁端部與橫梁加勁鉚接，頂面與橫梁頂面齊平?；炷列熊嚨腊逯С杏诳v橫梁頂面，設(shè)置雙向1.5%橫坡，線路中線處路面與縱橫梁頂面高差約367 mm；相應(yīng)地，路緣側(cè)高差約248 mm。

改造后采用正交異性鋼橋面板，頂板厚度20 mm，縱橫向加勁肋均為T形結(jié)構(gòu)。行車道板縱向加勁肋橫橋向布置間距為340 mm，翼緣板寬度為60 mm，厚度為20 mm；腹板厚度為10 mm,高度為230～332 mm。行車道板橫梁順橋向布置間距為4 m，布置位置與鋼桁梁橫梁相對應(yīng)。橫梁腹板厚度為12 mm;翼緣板厚度為20 mm,標(biāo)準(zhǔn)寬度為200 mm。行車道板在橫橋向每個斷面劃分為4塊，縱橋向每8 m設(shè)置1塊，全橋合計為200塊。板塊最大平面尺寸為8 m×3.875 m，最大吊裝重量約為8.3 t?？傮w上采用半幅封閉施工，兩幅之間橋梁中心線附近設(shè)置縱向接縫。

由于原路面至鋼桁梁縱橫梁頂面高度很小，在橋面高程不變的情況下為盡可能地提高行車道板的高度，采用專門設(shè)計的超薄弧形支座，厚度僅40 mm。支座布置于鋼桁梁縱橫梁交叉處，橫橋向8套，縱橋向間距為4 m，全橋合計776套。支座密布體系對行車道板安裝精度要求高，對安裝初應(yīng)力影響大。

行車道板架設(shè)施工總體上應(yīng)遵循施工進度有保障、支座傳力可靠、架設(shè)后線形平順的原則，總體施工流程如圖1所示。

圖1 行車道板架設(shè)施工總體流程

3 行車道板架設(shè)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 行車道板架設(shè)

行車道板架設(shè)采用專用架板機，設(shè)計起重能力為10 t。架板機由主梁、前中后支腿、電氣及液壓系統(tǒng)、防護系統(tǒng)等組成。前支腿支撐于鋼桁梁橫梁上，中后支腿支撐于已架設(shè)的行車道板上。架板機支腿的位置應(yīng)嚴(yán)格控制。在縱橋向，支腿的位置應(yīng)作用于鋼桁梁橫梁的上方，即行車道板的橫梁處。在橫橋向，支腿的位置應(yīng)位于鋼桁梁縱梁上方。在該狀態(tài)下，已經(jīng)架設(shè)行車道板的最大應(yīng)力僅為28.6 MPa，架設(shè)中結(jié)構(gòu)安全可靠。

架板機前移采用軌行走式自平衡過孔。天車系統(tǒng)具有橫向移動功能；架板機支腿的橫橋向凈寬達到5.56 m。一方面，運板車可在不需支腿升起的情況下將行車道板運輸至天車下方；另一方面，可通過天車移動實現(xiàn)吊裝板塊順橋向、橫橋向位置調(diào)整。

架板機構(gòu)成及行車道板架設(shè)安裝布置見圖2。

圖2 架板機構(gòu)成及行車道板架設(shè)安裝布置示意(單位：mm)

行車道板的架設(shè)總體上是分幅施工，利用架板機由一側(cè)向另一側(cè)單方向?qū)嵤┌惭b，架設(shè)施工流程如圖3所示。

圖3 行車道板架設(shè)施工流程

3.2 支座安裝

項目中支座的安裝和調(diào)整是施工控制的關(guān)鍵。施工前應(yīng)確認(rèn)支座放置位置處縱橫梁均無明顯的缺陷，如變形、裂紋、銹蝕等。支座應(yīng)具有明顯的規(guī)格、擺放方向、定位標(biāo)記等標(biāo)識。

在平面布置上，首先放樣支座頂?shù)装鍞[放位置的十字中心線。在高程方面，應(yīng)首先調(diào)整同一縱梁下方支座頂面高程。以全橋支座最大高程點為基準(zhǔn)點計算出各點所需的調(diào)整高度，制備2、4、6、8 mm等不同厚度的鋼板進行調(diào)整。支座成品安裝完成后，測量同一道橫梁上8個支座頂面高程，以同一道橫梁上標(biāo)高最大的數(shù)值為基準(zhǔn)通過調(diào)高墊板調(diào)節(jié)其余支座高度，使同一橫梁上的支座頂面高程一致。

通過現(xiàn)場配孔、降低預(yù)緊力的方式保證高強螺栓的安裝精度和使用耐久性。主桁橫梁螺栓孔現(xiàn)場放樣鉆制，位置偏差控制在0.5 mm以內(nèi)。高強螺栓預(yù)緊力按照規(guī)范要求的80%施加，以避免延遲破壞。同時該預(yù)緊力滿足使用中螺栓錨固的要求。支座的預(yù)偏量設(shè)置是控制的關(guān)鍵點。支座的下板錨固于鋼桁梁橫梁上，通過調(diào)整支座上蓋板(錨固于行車道板上)位置的方式設(shè)置預(yù)偏。

3.3 行車道板板塊吊裝

3.3.1 安裝預(yù)偏量設(shè)置

鋼主梁安裝總體上應(yīng)保證縱肋、橫肋對接線形平順，橋面高程準(zhǔn)確、線形平順。第一塊板塊的定位、高程影響全橋行車道板的平面線形、高程、調(diào)整工作量等，質(zhì)量控制至關(guān)重要，必須保證定位精準(zhǔn)以避免誤差累積。

安裝控制應(yīng)以支座中心線為控制基準(zhǔn)，在滿足已安裝板塊支座、鋼桁梁縱梁、待安裝板塊三者中心線重合的狀態(tài)下就位。原則上應(yīng)在安裝板塊溫度與主桁溫度一致時吊裝，即在凌晨時段。在板桁存在溫差的情況下，必須精確測量并設(shè)置相應(yīng)的預(yù)偏量。

預(yù)偏量設(shè)置包括兩個組成部分、兩個維度。兩個組成部分為：板桁溫差、焊接收縮變形。其中，焊接收縮變形根據(jù)類似工程的施工經(jīng)驗以及該項目焊接工藝特點進行總結(jié)歸納確定，通常按照0.5～1 mm進行設(shè)置。板桁溫差引起的預(yù)偏量根據(jù)板塊邊緣距離支點的距離、線膨脹系數(shù)、溫差等參數(shù)參考公式ΔL1=α×ΔT×L1，進行理論計算。

橫橋向分半幅施工，每幅內(nèi)存在一條縱向焊縫，按照外側(cè)向內(nèi)側(cè)收縮變形0.5 mm設(shè)置。兩幅之間的連接焊縫，按照每幅均由外側(cè)向內(nèi)側(cè)收縮0.5 mm設(shè)置。所以每幅的中間兩排支座橫向按照0.5 mm、外側(cè)的兩排按照1 mm設(shè)置焊縫收縮預(yù)偏量。橫橋向板桁溫差以中線兩排橫向固定支座為基準(zhǔn)，按照縱梁間距(2.15 m)的整數(shù)倍距離進行設(shè)置。

縱橋向預(yù)偏量設(shè)置與橫橋向類似，但是應(yīng)防止誤差累計導(dǎo)致的支座位移超限、行車道板出現(xiàn)折角等。

3.3.2 橋面板線形控制

鋼橋面板高程控制涉及到與引橋、引路順接，調(diào)整主梁線形與橋面線形間的偏差，是保證橋面線形的決定條件。原有行車道板拆除后應(yīng)全面測量鋼主梁頂面線形。由于運營時間較長，鋼主梁線形成波浪形。與橋面線形之間存在較大不一致，最大偏差達到了56 mm。為實現(xiàn)橋面線形平順，在支座與鋼桁梁之間設(shè)置調(diào)平鋼板。在測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以安裝第一塊板塊為基準(zhǔn)，對每個支點進行初步調(diào)整，使鋼主梁基本平順。

橋面板平面線形調(diào)整控制因素包括板塊四角點位置、距離橋中線距離、縱肋及橫梁對齊等。為了減少其他荷載對調(diào)整線形的影響，應(yīng)在夜間全橋封閉期間進行測量和調(diào)整。

縱橋向位置根據(jù)理論預(yù)偏量并總結(jié)施工經(jīng)驗進行調(diào)整，在每塊板塊上標(biāo)定調(diào)整方向和距離，借助千斤頂進行精確調(diào)整，措施如圖4所示。

圖4 正交異性板精調(diào)措施

頂板對接接口錯臺調(diào)整采用壓力矯正的方法，錯臺高度不得超過1 mm。精確調(diào)整后，板塊之間間隔約為40 cm焊接定位馬板以防止在后續(xù)工序中板塊位置變動并滿足架板機行走需求。

3.4 焊接及質(zhì)量檢驗

行車道板采用全斷面焊接，現(xiàn)場焊接包括頂板、縱肋、橫梁，均采用熔透焊接。橋面板吊裝到位、精調(diào)并與馬板固定后，首先進行面板的焊接，然后依次是縱肋及橫梁。

為了保證橋面板連接焊縫質(zhì)量、各板塊之間精準(zhǔn)對接，板塊交界位置采用預(yù)留100 mm甩焊工藝。在板塊之間縱向接縫的端部預(yù)留100 mm長度不焊接或僅打底焊2道，在完成板塊之間橫橋向焊縫之后，施焊該預(yù)留的焊縫。該工藝能夠有效保證板塊之間橫向?qū)雍缚p的質(zhì)量，降低焊縫交叉對焊接質(zhì)量的影響。同時，甩焊工藝有利于各板塊端部對接高程及線形誤差調(diào)整。

另外，橋梁為分幅施工，兩幅之間的縱向焊縫的施焊質(zhì)量及焊縫收縮應(yīng)高度重視。一方面，該橋為單向四車道行駛，該焊縫位于橋梁中心線附近，受力相對較大；另一方面，焊縫縱向長度大，焊縫尺寸較大，對收縮變形、板塊的形狀均有較大影響。因此該焊縫必須打底焊兩道之后小電流多道施焊，不可一次性焊接成型。

3.5 線形調(diào)整

橋面線形與主桁線形、橋面標(biāo)高有關(guān)。橋面板結(jié)構(gòu)類似于漂浮體系，每一聯(lián)均為多點支撐，最少的支撐點為104個，導(dǎo)致橋面線形不能一次調(diào)整到位。因此采用了分階段多次調(diào)整方案。

總體上，線形調(diào)整是通過在支座上下方加墊板的方式進行調(diào)整，鋼墊板的厚度選為1、2、4 mm。第一次調(diào)整在行車道板安裝階段，第一塊板塊的安裝應(yīng)綜合考慮橋面線形、引橋標(biāo)高、主桁線形、橋面板頂標(biāo)高等多項因素。第二次調(diào)整在橋面板焊接為整體后開放交通前，測量及檢查的重點包括每個支點的橋面高程、支座與橋面板間有無間隙。橋面線形調(diào)整后應(yīng)控制在3 mm之內(nèi)。第二次調(diào)整對成橋線形影響較大，調(diào)整工作量大，應(yīng)重視。第三次在開放交通并運營1年后，重點對支座運營狀態(tài)、支座頂板與橋面板之間的脫空進行檢查和調(diào)整。

4 結(jié)語

該鋼桁梁橋采用專用架板機實現(xiàn)行車道板的快速化安裝，吊裝速度滿足現(xiàn)場焊接、調(diào)整的時間要求。在支座及行車道板的安裝施工過程中，采取了科學(xué)的精調(diào)措施、精準(zhǔn)的預(yù)偏量設(shè)置、合理的焊接和質(zhì)量檢驗工藝，有利地保證了多點支撐體系運轉(zhuǎn)正常、降低了行車道板安裝初應(yīng)力。目前該橋梁已經(jīng)通車運營1年，橋面線形良好，行車平順、無噪音等，優(yōu)異的施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)可為類似工程提供參考。