橢圓形人行天橋鋼箱梁分段吊裝定位技術(shù)研究

龔 政，馮 濤，蔣少武，閆學(xué)沖，劉鑫章，毛漢平

（中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北 十堰 442000）

隨著城區(qū)人口的增多和車輛保有量的增加，城市道路早已不堪重負(fù)。人行天橋是現(xiàn)代化都市中協(xié)助行人穿過(guò)道路的一種建筑，修建人行天橋可以使穿越道路的行人和道路上的車輛實(shí)現(xiàn)完全的分離，保證交通的通暢和行人的安全，使市區(qū)交通壓力得到有效緩解。為保證與城市的自然環(huán)境及歷史條件的特色相結(jié)合、相協(xié)調(diào)，同時(shí)為滿足人們對(duì)美感和其視覺(jué)欣賞的需要，人行天橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是種類繁多。但這樣卻給施工帶來(lái)了一定的難度，因此需要提前規(guī)劃，選擇合適的施工方案。

本文簡(jiǎn)要介紹了十堰市郵電街口人行天橋橢圓形鋼箱梁分段吊裝精準(zhǔn)定位的施工過(guò)程，為后續(xù)類似工程施工提供參考。

1 工程概況

如圖1 所示，十堰市郵電街環(huán)形天橋位于十堰市人民北路五堰片區(qū)與郵電街路、東山路的十字交叉口，考慮用地相對(duì)局促、人流量大、樹(shù)木保護(hù)等因素，采用橢圓環(huán)形天橋方案，上部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)箱梁，平面造型為郵電街-東山路長(zhǎng)軸48m，人民北路短軸39.5m，橋梁中軸線全長(zhǎng)137m，主橋?qū)?.8m，主橋重約227t。

圖1 天橋效果圖

2 工程特點(diǎn)

郵電街是十堰市主要的電子產(chǎn)品銷售中心，郵電街口所在的人民北路五堰片區(qū)是十堰市商業(yè)中心，人流量極大。該地段處于十堰市商業(yè)及交通樞紐地段，人車沖突大，對(duì)道路交通影響極大。新建人行天橋?qū)徑庠搮^(qū)域交通壓力至關(guān)重要。

該天橋位于十堰老城區(qū)，兩側(cè)房屋密集，人行道內(nèi)樹(shù)木高聳，從設(shè)計(jì)和施工都需考慮對(duì)房屋和樹(shù)木的保護(hù)，而這也是設(shè)計(jì)成橢圓環(huán)形的直接原因。

該天橋體量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法進(jìn)行整體吊裝，只能采用現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)臨時(shí)胎架分段拼裝的方式進(jìn)行?？紤]運(yùn)輸及吊裝需求，工廠在加工時(shí)共分成了13 段，如圖2 所示。

圖2 鋼箱梁分段示意圖

考慮現(xiàn)場(chǎng)拼接需要，加工廠在加工單個(gè)節(jié)段時(shí)會(huì)多出2～3cm 方便現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要進(jìn)行切割，導(dǎo)致每個(gè)分段按設(shè)計(jì)圖紙?zhí)崛〉淖鴺?biāo)與實(shí)際加工的每個(gè)分段邊角點(diǎn)不能完全地吻合，因而其精準(zhǔn)的平面位置比較難以確定。受此影響，當(dāng)單個(gè)節(jié)段采用邊角定位時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)度難以控制，一旦定位錯(cuò)誤，輕則使圓弧不夠平順，影響橋梁美觀，重則將使橋梁整體偏離設(shè)計(jì)軸線，后期調(diào)整糾偏難度大。

因此選擇正確的節(jié)段定位方案成了影響天橋施工成敗的關(guān)鍵。

3 定位方案的選擇

由于節(jié)段加工時(shí)留有一定的富余，其具體富余長(zhǎng)度不規(guī)則，且各節(jié)段之間的富余有差距，無(wú)法做到與設(shè)計(jì)節(jié)段的完全吻合，因而實(shí)際加工節(jié)段的4 個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)圖紙上的4 個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)存在不一致的情況，而且節(jié)段劃分屬于施工時(shí)的臨時(shí)措施，加工時(shí)分段位置精度不高，故安裝時(shí)按照每個(gè)分段的角點(diǎn)進(jìn)行定位難以保證安裝精度，極易出現(xiàn)安裝偏差。

研究該天橋結(jié)構(gòu)的特性，雖然每個(gè)節(jié)段的分段位置在加工時(shí)出現(xiàn)了偏差，但每個(gè)節(jié)段的內(nèi)外弧與設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)外弧是一致的，且由于橢圓形的特點(diǎn)，相鄰節(jié)段的內(nèi)外弧曲率不同，故安裝時(shí)調(diào)整實(shí)際加工節(jié)段的內(nèi)外弧與設(shè)計(jì)圖紙保持一致即保證了橋梁安裝軸線，也就實(shí)現(xiàn)了節(jié)段安裝精準(zhǔn)定位。

據(jù)此，確定定位方案如下。

1）粗略定位根據(jù)節(jié)段編號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)參照物和加工時(shí)的標(biāo)記，確定單個(gè)節(jié)段的大致位置。

2）精準(zhǔn)定位在確定大致位置的基礎(chǔ)上，通過(guò)吊裝時(shí)節(jié)段實(shí)際圓弧與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)圓弧相擬合的方式進(jìn)行節(jié)段微調(diào)，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，保證安裝精度。

3）焊接固定在精準(zhǔn)定位復(fù)核無(wú)誤后，對(duì)已完成節(jié)段進(jìn)行臨時(shí)焊接固定，防止后續(xù)節(jié)段對(duì)已安裝節(jié)段的擾動(dòng)。

4）合攏段精準(zhǔn)切割合攏段吊裝前根據(jù)橢圓弧擬合的方法在橋下預(yù)先對(duì)合攏段多余長(zhǎng)度進(jìn)行精準(zhǔn)切割，可實(shí)現(xiàn)快速吊裝到位。

5）焊接焊接成整體，拆除臨時(shí)焊接及胎架等后續(xù)工作。

4 吊裝過(guò)程

4.1 首段的吊裝

首段精準(zhǔn)定位是本橋梁安裝成功的關(guān)鍵，一旦首段定位出現(xiàn)偏差，將嚴(yán)重影響后續(xù)節(jié)段的安裝精度，其后續(xù)糾偏難度大，進(jìn)而影響整個(gè)橋梁的線性，甚至使支座偏移設(shè)計(jì)位置，影響主體結(jié)構(gòu)的安全。

按照橢圓弧擬合的思路，首段鋼箱梁運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，先對(duì)首段①內(nèi)外邊各做3 個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，并編號(hào)，如圖3 所示。

圖3 首段①鋼箱梁上做標(biāo)記示意

然后起吊首段①落放到大致位置，由測(cè)量員采集該6 個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)值（表1），根據(jù)實(shí)測(cè)坐標(biāo)值在設(shè)計(jì)CAD 圖紙上畫出首段①的平面形狀（圖4），并標(biāo)記出實(shí)測(cè)圖形6 個(gè)標(biāo)記點(diǎn)與設(shè)計(jì)圖形橢圓弧的偏距。

表1 首段①初次實(shí)測(cè)坐標(biāo)值及偏距

圖4 首段①初步定位圖

比較實(shí)測(cè)圖形與設(shè)計(jì)圖形的擬合情況，各點(diǎn)與設(shè)計(jì)橢圓弧都有一定偏移（表1），在CAD 圖中按照偏移值對(duì)圖形進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)等調(diào)整，直至實(shí)測(cè)圖形的兩條橢圓弧與設(shè)計(jì)圖形的內(nèi)外邊最大程度重合（圖5），此時(shí)在CAD 圖中拾取1、1＇、3、3＇四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值（表2）。

圖5 首段①擬合圖

表2 圓弧擬合坐標(biāo)值

根據(jù)圖紙中提取的擬合坐標(biāo)值反饋給現(xiàn)場(chǎng)，利用千斤頂、手拉葫蘆等對(duì)首段①進(jìn)行調(diào)整，直至1、1＇、3、3＇四個(gè)點(diǎn)的后續(xù)實(shí)測(cè)坐標(biāo)值與擬合坐標(biāo)值在誤差范圍內(nèi)。

核對(duì)檢查無(wú)誤后，將首段①與墩柱Z1 及胎架臨時(shí)固定成整體，防止后續(xù)節(jié)段吊裝時(shí)對(duì)首段的擾動(dòng)。

4.2 后續(xù)節(jié)段的吊裝

首段①已經(jīng)安裝就位，節(jié)段②與首段企口連接，故節(jié)段②與首段①連接端的位置已經(jīng)確定，只需確定另外一端的位置。此時(shí)根據(jù)分段圖紙?jiān)诠?jié)段②的內(nèi)外弧各拾取一個(gè)坐標(biāo)值，如圖6 所示4、4＇兩點(diǎn)。

圖6 節(jié)段②拾取坐標(biāo)示意圖

現(xiàn)場(chǎng)起吊節(jié)段②，落在大致位置，并與首段①對(duì)齊，按拾取的2 個(gè)坐標(biāo)值放點(diǎn)，確定是否在節(jié)段②的內(nèi)外圓弧上，若不在，則對(duì)節(jié)段②進(jìn)行微調(diào)，直至在誤差允許范圍內(nèi)，然后與首段①進(jìn)行永久固定，并與胎架臨時(shí)固定。

按此方法依次完成后續(xù)節(jié)段的吊裝，直至倒數(shù)第二節(jié)段①2，如圖7 所示。

圖7 后續(xù)節(jié)段安裝完成示意圖

4.3 合攏段的吊裝

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，合攏段加工時(shí)通常會(huì)比設(shè)計(jì)多出20～30cm，在現(xiàn)場(chǎng)合攏時(shí)根據(jù)實(shí)際情況再進(jìn)行切割，以防止合攏長(zhǎng)度不夠時(shí)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接長(zhǎng)，而接長(zhǎng)部分往往是受力薄弱位置，可能會(huì)影響結(jié)構(gòu)安全。

為節(jié)約安裝時(shí)間，先對(duì)合攏段一次性精準(zhǔn)切割，然后一次性吊裝到位，防止反復(fù)切割，具體如下。

第一步，由測(cè)量員現(xiàn)場(chǎng)采集已完成鋼箱梁節(jié)段的4 個(gè)角點(diǎn)準(zhǔn)確坐標(biāo)，并反映到設(shè)計(jì)圖紙中，如圖8 所示。

圖8 已完成節(jié)段4個(gè)角點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)值

第二步，合攏段①3 運(yùn)輸?shù)綐蛳?，調(diào)整成設(shè)計(jì)坡度，實(shí)測(cè)出合攏段①3 的4 個(gè)角點(diǎn)準(zhǔn)確坐標(biāo)，然后在CAD 軟件中畫出合攏段①3 的實(shí)測(cè)圖形，通過(guò)平移、旋轉(zhuǎn)等操作對(duì)合攏段①3 進(jìn)行擬合，并與第一步的4 個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行比較，確定合攏段①3 內(nèi)圓弧需切割34.6cm，外圓弧需切割36.3cm，如圖9 所示。

圖9 合攏段①3擬合示意圖

第三步，按照第二部切割要求對(duì)合攏段①3 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)切割。

最后，對(duì)切割完成的合攏段①3 進(jìn)行吊裝，定位并焊接。

5 結(jié)語(yǔ)

1）針對(duì)橢圓形鋼箱梁分段有富余而難以準(zhǔn)確通過(guò)角點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)定位的情況，選取橢圓弧參照進(jìn)行擬合的方法有效地解決了單一節(jié)段定位問(wèn)題。

2）首段定位是關(guān)鍵，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)圖形相擬合的方法，保證了首段的精準(zhǔn)定位。后續(xù)節(jié)段充分利用前一節(jié)段的定位情況，減少了擬合坐標(biāo)數(shù)量，控制線性不偏離設(shè)計(jì)軸線的同時(shí)加快了吊裝的進(jìn)度。

3）節(jié)段吊裝中注意現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與室內(nèi)CAD 數(shù)據(jù)處理的密切配合，并將擬合情況及時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)以進(jìn)行節(jié)段的微調(diào)，保證了安裝精度和效率。

4）合攏段的吊裝采用先擬合以確定切割長(zhǎng)度的方法，保證了合攏段安裝精度，同時(shí)大大節(jié)約了合攏的時(shí)間。