大跨度鋼桁架拱橋施工技術(shù)及質(zhì)量控制分析

吳承武

（廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

大跨度鋼桁架拱橋具有造型美觀、用鋼量較省、跨越能力優(yōu)越及抗風(fēng)性能和抗震性能突出等優(yōu)勢(shì)，因此不論從實(shí)用性還是觀賞性方面來看，都得到了工程設(shè)計(jì)和相關(guān)研究者的關(guān)注。大跨度鋼桁架拱橋設(shè)計(jì)不僅在國內(nèi)非常盛行，也在國際建筑領(lǐng)域獲得了較大關(guān)注，并且在交通基礎(chǔ)建設(shè)中使用大跨度鋼桁架拱橋，促進(jìn)了交通建設(shè)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，使人們的出行更加便捷。但要注意的是，現(xiàn)階段的鋼桁架拱橋在建設(shè)過程中仍然存在著一些問題，需要相關(guān)人員對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新，進(jìn)而不斷提高大跨度鋼桁架拱橋的適用性。

1 大跨度鋼桁架拱橋的特點(diǎn)

在對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化的過程中，設(shè)計(jì)和施工人員必須對(duì)大跨度鋼桁架拱橋的特點(diǎn)有充分的了解和把握，只有這樣，采取的施工技術(shù)才更具針對(duì)性。大跨度鋼桁架拱橋具有較好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，但在工程未完成狀態(tài)時(shí)，其整體的穩(wěn)定性相比其他類型的橋梁建筑要弱一些，這是大跨度鋼桁架拱橋的腹桿和玄桿具有的自由度造成的[1]，而且大跨度鋼桁架拱橋在使用過程中受到水平推力相比其他橋梁要大一些。但是，大跨度鋼桁架拱橋在豎向剛度方面擁有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，其構(gòu)件能夠承受較大的軸向力，能夠?qū)⒉牧媳旧淼牧W(xué)特性最大限度地發(fā)揮出來，在使用過程中能夠滿足不同情況下的行車需求。

2 大跨度鋼桁架拱橋的施工方法

現(xiàn)階段，大跨度鋼桁架拱橋施工建設(shè)過程中主要采用的施工方式如下[2]。

2.1 行走吊機(jī)架設(shè)法

行走吊機(jī)架設(shè)法是鋼桁架拱橋施工過程中常見的一種施工方式，吊機(jī)包括移動(dòng)式吊機(jī)和步履式吊機(jī)兩種類型。這兩種類型的吊機(jī)需要在千斤頂和卷揚(yáng)機(jī)的共同作用下實(shí)現(xiàn)順利牽引，通過分節(jié)段的安裝不停地向外延伸。需要注意的是，在這一過程中，行走吊機(jī)需要進(jìn)行平衡裝置的加設(shè)，平衡裝置能保證吊機(jī)工作的穩(wěn)定性。在進(jìn)行起吊安裝的過程中，吊機(jī)和主體結(jié)構(gòu)的錨固是非常重要的，如果在這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，很可能會(huì)影響起吊機(jī)整體的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響構(gòu)件的精準(zhǔn)定位與安裝[3]。起吊機(jī)運(yùn)行中各項(xiàng)性能參數(shù)，例如起吊重量、懸臂最大長(zhǎng)度、起吊速度等，需要根據(jù)實(shí)際的施工狀況和施工團(tuán)隊(duì)的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)和合理的確定。

2.2 纜索吊裝架設(shè)法

纜索吊裝架設(shè)法是大跨度鋼桁架拱橋施工過程中經(jīng)常使用的施工方法，采用這種方式能夠幫助施工人員實(shí)現(xiàn)吊機(jī)的自由安裝和拆卸，并且在多個(gè)拼裝場(chǎng)景都能發(fā)揮出較好的作用，使用纜索吊裝架設(shè)法能夠突破對(duì)大體積構(gòu)建運(yùn)輸和場(chǎng)地的限制。需要注意的是，在使用纜索吊裝架設(shè)法的過程中，需要合理利用臨時(shí)扣索索塔，而纜索吊機(jī)主塔通常會(huì)充當(dāng)索塔，此時(shí)的主塔很可能會(huì)受到外部作用力的影響而發(fā)生形變，最終影響橋梁主體結(jié)構(gòu)的施工。因此，施工人員運(yùn)用纜索吊裝架設(shè)法之前，應(yīng)該充分考慮該影響因素，并提前采取預(yù)防措施。

2.3 浮吊架設(shè)法

在現(xiàn)階段的大跨度鋼桁架拱橋施工過程中，技術(shù)人員會(huì)優(yōu)先選擇使用浮吊法。采用這種施工方式，能夠使得原本必須在高空進(jìn)行拼接作業(yè)的鋼桁架轉(zhuǎn)移到地面上開展，降低了高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，使各個(gè)施工環(huán)節(jié)的安全性大大提高。選擇使用浮吊架設(shè)法施工時(shí)，需要對(duì)當(dāng)?shù)氐牡匦魏蜌夂驐l件進(jìn)行必要的考察，避免不良的施工地質(zhì)和水文條件及氣候的頻繁變化影響正常施工，以及給工程埋下質(zhì)量隱患。

2.4 懸臂架設(shè)法

懸臂架設(shè)法有兩種施工方式，一種是由兩岸不斷地向主跨跨中合攏。這種方式適宜跨徑相差較大的單孔鋼桁架拱橋的建設(shè)。懸臂架設(shè)法的使用能夠使鋼桁架拱橋的整體結(jié)構(gòu)更加清晰，也能提升各個(gè)施工環(huán)節(jié)的銜接性和施工效率，是一種具有較高經(jīng)濟(jì)性的施工建設(shè)方式。還有一種施工方式是從中支點(diǎn)向兩側(cè)對(duì)稱地進(jìn)行懸拼至跨中合攏，這種類型的懸臂架設(shè)法適宜在跨徑相等或跨徑差距較小的多孔鋼桁架拱橋建設(shè)中運(yùn)用。這種類型的懸臂支架法在施工過程中能夠使支點(diǎn)斷面的抗彎?rùn)z能力得到進(jìn)一步強(qiáng)化，也能縮短工期。在施工中具體選擇使用哪種懸臂架設(shè)法，需要根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)并結(jié)合實(shí)際施工情況進(jìn)行仔細(xì)的分析與研討，切不可盲目選擇[5]。

2.5 支架架設(shè)法

支架架設(shè)法是一種較為常見的施工方式，這種施工方式的優(yōu)點(diǎn)在于能使得大跨度鋼桁架拱橋的施工受力變得更均勻，并在一定程度上降低施工難度。倘若目標(biāo)鋼桁架拱橋的跨徑較小，那么施工人員可以嘗試使用臨時(shí)支架，如果目標(biāo)鋼桁架拱橋的跨徑較大，那么可以嘗試使用臨時(shí)支墩，改善結(jié)構(gòu)的受力情況，縮小邊孔的旋臂長(zhǎng)度。

3 施工質(zhì)量控制方案

為了不斷提高大跨度鋼桁架拱橋的施工技術(shù)水平，促進(jìn)施工質(zhì)量的提升，施工單位在施工前必須組織項(xiàng)目技術(shù)人員根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)并結(jié)合實(shí)際的施工情況對(duì)各類施工方案進(jìn)行研究與討論。下文將從大跨度鋼桁架拱橋的施工流程著手，進(jìn)行有關(guān)施工技術(shù)和質(zhì)量控制措施的分析。

3.1 進(jìn)行必要的放樣、號(hào)料和切割

在大跨度鋼桁架拱橋施工前，有關(guān)工作人員需要根據(jù)最初的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)施工過程中可能會(huì)運(yùn)用到的各類構(gòu)件通過電腦進(jìn)行放樣。在這一環(huán)節(jié)中，工作人員需要對(duì)構(gòu)建尺寸進(jìn)行仔細(xì)的核對(duì)，并檢查零件草圖和下料草圖，確保不會(huì)出現(xiàn)任何誤差。在檢查零件圖的過程中，必須對(duì)零件圖中所有零件的尺寸進(jìn)行標(biāo)注，并做好安裝位置的說明。在對(duì)零件設(shè)計(jì)圖中所有零件設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查后，工作人員便可根據(jù)最終的放樣草圖進(jìn)行畫線和號(hào)料。在這一過程中，工作人員還需要標(biāo)注鋼管的爐批號(hào)和零件使用區(qū)域，確保不會(huì)忙中出錯(cuò)。在構(gòu)建號(hào)料過程中要做好登記工作，確保能夠在施工建設(shè)過程中追蹤材料的使用情況，這樣做的主要目的是在各個(gè)施工環(huán)節(jié)結(jié)束后能夠?qū)κＳ嗟匿摬牧窟M(jìn)行把控。在制作鋼管桁架結(jié)構(gòu)材料時(shí)，需要使用到的鋼管并不需要具備較大的彎度，因此可以直接采取成品鋼管制備。

3.2 完成焊接工序

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊接之前，工作人員需要對(duì)所需使用鋼材的焊接工藝進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)定，通過實(shí)驗(yàn)確定焊接材料、焊接方式及焊接速度。在焊接施工中，溫度的變化很可能會(huì)影響構(gòu)件的尺寸和形變程度，因此在正式焊接之前，務(wù)必要對(duì)焊接過程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格把控，以實(shí)際工藝操作為基準(zhǔn)，進(jìn)行焊接方案的制訂，確保最終的焊接結(jié)果能夠達(dá)到理想狀態(tài)。在焊接工序完成后，存在各類突發(fā)性狀況，較為常見的焊接缺陷可以分成兩大類，一類是內(nèi)部缺陷，另一類是外部缺陷。外部焊接缺陷指的是在焊接過程中出現(xiàn)咬邊、燒傷現(xiàn)象，或外部出現(xiàn)氣孔，或表面出現(xiàn)裂紋。這些缺陷較為明顯，因此通過肉眼觀察或使用低倍數(shù)的放大鏡就能夠觀測(cè)；但內(nèi)部缺陷則有所不同，內(nèi)部缺陷包括氣孔、焊接裂紋或未焊透等。這些缺陷會(huì)直接影響焊接質(zhì)量，甚至?xí)跇蛄航Y(jié)構(gòu)后續(xù)使用過程中產(chǎn)生較大的破壞性。但由于內(nèi)部缺陷通常無法通過肉眼或低倍數(shù)的放大鏡觀測(cè)，因此需要使用超聲波探測(cè)儀器或破壞性實(shí)驗(yàn)等方法進(jìn)行內(nèi)部焊接缺陷的考察與測(cè)定。為了盡量避免內(nèi)部缺陷和外部缺陷，在進(jìn)行焊接的過程中，工作人員要遵守相應(yīng)的規(guī)章和制度，確保焊接工序的合理推進(jìn)，在焊接過程中一旦出現(xiàn)了焊縫，要及時(shí)補(bǔ)焊，盡量減少缺陷。

3.3 進(jìn)行合理的預(yù)拼接

在大跨度鋼桁架拱橋施工過程中，桁架尺寸較大，如果在工廠中進(jìn)行預(yù)拼裝構(gòu)件的加工和制備，那么后期的運(yùn)輸難度較大，為了解決這一問題，技術(shù)人員通常會(huì)采用小拼裝的方式進(jìn)行相應(yīng)構(gòu)建的預(yù)拼裝。在進(jìn)行小拼裝的過程中，工作人員要遵守分段原則，譬如要減少鋼管的對(duì)接焊縫，使得這些鋼管材料能夠運(yùn)輸方便。運(yùn)輸前，盡量對(duì)桁架拱度及桁架的接口質(zhì)量進(jìn)行勘察，確保各類細(xì)小零件都安裝在正確的位置，只有如此，才能夠使得施工建設(shè)變得更加方便和快捷。

3.4 進(jìn)行中長(zhǎng)段的現(xiàn)場(chǎng)立體拼裝

在加工廠內(nèi)進(jìn)行小拼裝后，相應(yīng)構(gòu)件會(huì)被運(yùn)輸送往施工現(xiàn)場(chǎng)。需要注意的是，構(gòu)件運(yùn)輸過程不得盲目，工作人員需要進(jìn)行運(yùn)輸前的分類打包，并對(duì)待運(yùn)輸構(gòu)件進(jìn)行仔細(xì)的清點(diǎn)。在清點(diǎn)完成后方能將所有構(gòu)件運(yùn)送出廠。由于運(yùn)送目的地不同，因此構(gòu)件的運(yùn)送方式也有所不同。但無論使用哪種方式，在運(yùn)送至目的地后都需要使用吊機(jī)卸載貨物。通常情況下，運(yùn)輸人員會(huì)使用鐵路、公路或水路3種方式進(jìn)行材料構(gòu)件的聯(lián)合運(yùn)輸，保證運(yùn)輸過程不出現(xiàn)差錯(cuò)。一旦構(gòu)件進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，工作人員就需要開展中長(zhǎng)段的立體拼裝和焊接。在現(xiàn)場(chǎng)焊接的過程中，仰焊難度較大，焊縫質(zhì)量很難保證，因此在進(jìn)行中長(zhǎng)段立體拼裝焊接的過程中，施工人員通常會(huì)先進(jìn)行平焊和立焊，在這兩個(gè)環(huán)節(jié)完成后，使用龍門吊機(jī)進(jìn)行預(yù)拼裝節(jié)段的翻身，待預(yù)拼裝階段完成后，進(jìn)行另一面的焊接。需要注意的是，在進(jìn)行翻身焊接之前，施工人員要嚴(yán)格按照施工要求對(duì)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行仰焊的焊縫做手工電焊打底，并預(yù)先進(jìn)行隔板的拼焊，在完成這一系列工序后方能翻身。在翻身的過程中，施工人員必須控制好龍門吊機(jī)，確保整個(gè)翻身過程平緩，如果無法以平緩的方式翻身，工作人員就必須使用拉繩或支墊，確保整個(gè)翻身過程不會(huì)出現(xiàn)沖擊或集中受力。在翻身完成后不應(yīng)當(dāng)立馬進(jìn)行平焊，而應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行鋼管拱截面的抽樣檢查，在檢查完成后方能進(jìn)行平焊，只有如此，才能確保預(yù)拼裝階段不會(huì)發(fā)生變形。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)支撐的加固

在進(jìn)行大跨度鋼桁架拱橋施工的過程中，橋梁跨度較大且高層超出了普通橋梁，因此使用傳統(tǒng)的腳手架支撐難以達(dá)到良好的效果且需要花費(fèi)大量的資金。為此，技術(shù)研究人員采用拼裝構(gòu)件節(jié)點(diǎn)位置支撐加固的方式代替腳手架進(jìn)行支撐系統(tǒng)的制作。

在使用拼裝構(gòu)件節(jié)點(diǎn)位置支撐加固方式的過程中，工作人員首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行各節(jié)點(diǎn)和高程的精準(zhǔn)計(jì)算，并計(jì)算合攏前桁架總重量，得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。從相應(yīng)的數(shù)據(jù)資料中進(jìn)行支撐點(diǎn)支撐重量的推算，通過最終的推算結(jié)果，采用合適的“工”字鋼作為支撐柱進(jìn)行支撐加固。在這一過程中，工作人員要使用全站儀進(jìn)行構(gòu)建節(jié)點(diǎn)位置的精準(zhǔn)定位，在確定位置后使用澆筑混凝土墩及預(yù)埋加固鋼板進(jìn)行節(jié)點(diǎn)位置的支撐加固。在進(jìn)行鋼板預(yù)埋的過程中，還應(yīng)當(dāng)在鋼板上焊接豎向的“工”字鋼或鋼管確保支撐加固性能。與此同時(shí)，工作人員需要應(yīng)用水準(zhǔn)儀進(jìn)行支撐頂高程的控制，確保桁架能夠在安全、穩(wěn)定的環(huán)境下安裝。邊跨臨時(shí)支架立面圖如圖1所示。

圖1 邊跨臨時(shí)支架立面圖 （單位：mm）

3.6 優(yōu)化鋼管混凝土施工方式

現(xiàn)階段使用的鋼管混凝土施工方式有3種，一是人工逐段澆搗法，二是泵送頂升澆筑法，三是高位拋落免振搗法。由于桁架式鋼管拱橋具有一定特殊性，施工難度較大，因此相比較其他的管內(nèi)混凝土澆筑方法而言，泵送頂升澆筑法適用性更強(qiáng)。這類澆筑法的施工速度更能滿足建設(shè)需求，而且不需要工作人員高強(qiáng)度的勞動(dòng)，就能達(dá)到較好的澆筑效果[6]。

4 結(jié)語

隨著時(shí)代的發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)水平的提升，大跨度鋼桁架拱橋等類型的公共交通基礎(chǔ)設(shè)施將會(huì)愈發(fā)受到施工建設(shè)者的重視。只有不斷地提升施工技術(shù)水平，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，才能夠滿足人民群眾日益增長(zhǎng)的出行需求。