鋼橋施工與養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究

王起臺(tái) 任根立

（1.鄭州商學(xué)院建筑工程學(xué)院，河南 鄭州 451200；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)也得到了快速發(fā)展，其中橋梁也不例外。橋梁作為一種利于車輛、行人等通行，滿足交通便利的構(gòu)筑物，大多數(shù)架設(shè)在江上、海上以及山區(qū)、山澗等地方。橋梁種類很多，采用鋼材為主要結(jié)構(gòu)材料的鋼橋是最常見的一種，因?yàn)殇摬囊准庸?、易裝配、強(qiáng)度高、剛度大，具有良好的抗震、抗沖擊等性能，是橋梁工程師在制訂方案時(shí)首選的材料結(jié)構(gòu)之一。

為了滿足交通便利的需要，我國(guó)加大了對(duì)橋梁工程建設(shè)的投資，加強(qiáng)了對(duì)橋梁施工技術(shù)的應(yīng)用和推廣。橋梁施工單位應(yīng)合理利用橋梁施工技術(shù)，保證橋梁施工質(zhì)量，提前發(fā)現(xiàn)安全隱患和質(zhì)量問題并及時(shí)作出應(yīng)急處理，以避免重大傷亡事故和減少重大經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，也需要交通運(yùn)輸部門、質(zhì)量監(jiān)督部門等進(jìn)行良性監(jiān)督，從而使鋼橋建設(shè)和鋼橋施工管理更高效與可靠。另外，橋梁的選型，需考慮不同的地域特征，建造周期，跨度等原因，大跨度橋梁首選鋼橋，不同結(jié)構(gòu)體系的鋼橋具體見圖1。

圖1 不同結(jié)構(gòu)體系的鋼橋［1］

橋梁工程的發(fā)展，離不開施工技術(shù)的進(jìn)步，尤其是服役期后的鋼橋，缺乏養(yǎng)護(hù)，易影響橋梁耐久性問題，需要定期的考核檢查和進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)管理，當(dāng)橋面板毀損嚴(yán)重時(shí)需要進(jìn)行加固改造。

在施工前，需要針對(duì)鋼橋設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)類型及橋跨長(zhǎng)寬等因素，制訂合適的鋼橋施工方案，采取正確的鋼橋施工技術(shù)，以減少因施工不當(dāng)造成的安全事故。

鋼橋施工包括上部結(jié)構(gòu)施工和下部結(jié)構(gòu)施工，以及橋面板施工，服役后期加固改造技術(shù)等。其中下部結(jié)構(gòu)施工、鋼橋基礎(chǔ)工程宜在旱季施工，避免雨季和冬季施工，雨季施工不利于鋼橋的養(yǎng)護(hù)，冬季施工時(shí)溫度影響鋼橋焊接的質(zhì)量，造成不必要的返工和經(jīng)濟(jì)損失。以應(yīng)急橋下部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及施工技術(shù)為例［2］，采用鋼管混凝土橋墩、鋼骨—混凝土組合橋墩和后壓漿鋼管混凝土橋墩的三種方案，進(jìn)行構(gòu)造和施工技術(shù)研究，可為應(yīng)急改造項(xiàng)目提供參考。

1 鋼橋的橋面板及其附屬結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

一些鋼橋采用混凝土橋面板，黃小華［3］以某懸索鋼橋橋面鋪裝層更換工程為對(duì)象，探究鋪裝層的施工工藝，具體如圖2所示。其中熱拌環(huán)氧瀝青混凝土攤鋪技術(shù)具體為攤鋪機(jī)前后錯(cuò)開，呈梯隊(duì)方式同步攤鋪，應(yīng)監(jiān)測(cè)松鋪厚度，保持溫度大于155℃，攤鋪機(jī)應(yīng)勻速鋪設(shè)。

圖2 熱拌環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層的施工［3］

吳昊等［4］設(shè)計(jì)了一種新型裝配式混凝土橋面板—鋼板鋼桁上弦連接剪力鍵（PCSS剪力鍵，見圖3），用于組合梁橋全裝配式施工，使用該連接裝置的施工方法，橋面板分塊預(yù)制，避免了現(xiàn)澆混凝土濕接縫，以免出現(xiàn)橋面混凝土收縮開裂。

圖3 PCSS剪力鍵裝置［4］

尚飛等［5］在金安金沙江大橋的鋼橋面采用甲基丙烯酸樹脂類防水材料，以保證防水黏結(jié)層能夠使瀝青鋪裝層與橋面板之間達(dá)到有效黏結(jié)，對(duì)鋼橋面起到保護(hù)和防腐作用。金安金沙江大橋鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)具體如圖4所示。

圖4 金安金沙江大橋鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)

其他附屬結(jié)構(gòu)施工方面，需要注意：鋼橋在噴砂除銹前，需對(duì)鋼橋面板表面焊瘤打磨處理；對(duì)噴砂除銹后的橋面的粗糙度和清潔度進(jìn)行檢測(cè)；雨雪天氣應(yīng)嚴(yán)禁除銹工作，施工環(huán)境不應(yīng)低于10℃。

2 大跨度鋼橋的施工技術(shù)

橋梁跨度大時(shí)，鋼橋是首選方案，故需要進(jìn)行施工方法的研究，有些施工方法在小型鋼橋建設(shè)中也同樣適用，但具體項(xiàng)目需要具體分析。

2.1 拖拉法

在拖拉法施工中，分為臨時(shí)支架縱向拖拉法和半懸臂或懸臂縱向拖拉法，前者適用于一般公路橋，后者適用于橋跨長(zhǎng)寬不大的橋梁（如鐵路橋）墩臺(tái)和導(dǎo)梁。澄浪橋由于跨度很大，寬度為33.5 m，通過方案比選采用臨時(shí)支架縱向拖拉法施工。在拖拉法施工中，應(yīng)在鋼橋主梁與橫梁結(jié)構(gòu)的交叉節(jié)點(diǎn)處設(shè)置分段梁體的頂升點(diǎn)和定位支撐點(diǎn)；鋼梁節(jié)段拖拉過程中應(yīng)嚴(yán)格控制梁體偏移［6］。

根據(jù)拖拉對(duì)象的拼組狀況，可分為整孔拖拉法和分段拖拉法。劉國(guó)飛［7］以多跨簡(jiǎn)支拱形鋼桁梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，采用單向拖拉施工方法，在施工工程中，以滑道梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)造保護(hù)和控制拖拉系統(tǒng)拖拉力極值兩項(xiàng)措施保證橋墩結(jié)構(gòu)的安全。采用多點(diǎn)拖拉作業(yè)同步控制技術(shù)，通過電液比例控制系統(tǒng)確保拖拉同步；千斤頂連接鋼絞線形成拖拉系統(tǒng)以防止兩側(cè)行程差超限，并可進(jìn)行人工糾偏；在滑道梁上設(shè)置導(dǎo)向限位糾偏裝置防止整體的側(cè)移；對(duì)鋼橋軸線偏差的監(jiān)測(cè)和糾偏控制在可控范圍內(nèi)。

2.2 頂推法

頂推法常用于混凝土結(jié)構(gòu)施工中，但鋼橋中也可以使用，例如施工場(chǎng)地較小時(shí)。劉歡［8］以大跨度上承式鋼桁拱橋?yàn)檠芯繉?duì)象，利用有限元軟件對(duì)橋梁進(jìn)行整體建模，將全橋主梁頂推施工，進(jìn)行施工過程分析，以立柱受最大反力值，評(píng)估施工過程的安全性，得出安全性良好的結(jié)果。故對(duì)大跨度上承式鋼桁拱橋的主梁可以采用頂推法施工。

頂推施工法，其一開始采用纜索—滑車體系提供推力，發(fā)展為用千斤頂來提供不同方向的頂推力。從單點(diǎn)頂推到多點(diǎn)頂推的轉(zhuǎn)變，減小了橋梁施工的集中應(yīng)力。采用分離式單塊滑塊和實(shí)體滑道裝置，再到履帶式滑塊和空履式滑道，解決了因滑塊受阻而被迫停止頂推施工的問題。

2.3 旋轉(zhuǎn)滑移施工法

旋轉(zhuǎn)滑移施工法是將液壓同步累積滑移技術(shù)與旋轉(zhuǎn)施工法相結(jié)合的一種施工方法［9］。適用于施工場(chǎng)地有限和跨過既有線路的情況。以鋼桁梁橋施工為例，其主要施工技術(shù)包括：①橋墩、滑道梁等輔助工程施工，應(yīng)以應(yīng)力控制為主，并對(duì)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制；②拼裝鋼桁梁橋；③采用氣割卸載方法，割除臨時(shí)支墩頂部卸載點(diǎn)處的支座；④滑移施工，利用液壓同步累積滑移施工技術(shù)將鋼桁梁橋滑移至設(shè)計(jì)位置；⑤利用液壓千斤頂頂起橋體，使鋼桁梁橋落梁就位、輔助工程拆除。

嚴(yán)偉［10］以鋼桁梁橋?yàn)閷?duì)象，采用旋轉(zhuǎn)滑移施工方法，進(jìn)行監(jiān)控分析，考慮監(jiān)控參數(shù)選取、監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置和監(jiān)控參數(shù)控制指標(biāo)等因素，在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不全的情況下，通過有限元軟件對(duì)各施工鋼橋和臨時(shí)結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行施工模擬，模擬結(jié)果為橋梁監(jiān)測(cè)施工提供參考。

故旋轉(zhuǎn)滑移施工，氣割卸載中需要控制卸載高差，以及進(jìn)行必要的施工監(jiān)控。液壓頂推設(shè)備應(yīng)均勻啟動(dòng)和制動(dòng)。對(duì)于復(fù)雜的鋼橋需要進(jìn)行施工過程模擬分析，控制關(guān)鍵構(gòu)件的應(yīng)力和支座內(nèi)力，保證在位移限制內(nèi)和滿足穩(wěn)定性，以保證鋼橋施工安全。

3 鋼橋橋面板在服役期后加固改造施工技術(shù)

針對(duì)舊橋混凝土面板毀損嚴(yán)重的問題，王永鵬等［11］以某公路橋的連續(xù)鋼桁梁橋，服役52年后，車道板嚴(yán)重網(wǎng)裂和人行道板劣化等問題為研究對(duì)象，研究影響結(jié)構(gòu)承載力的因素。采用正交異性鋼橋面板替換原有車道板，預(yù)制C40鋼筋混凝土板代替原人行道板，人行道縱梁調(diào)整為型鋼縱梁，采用汽車吊與架橋機(jī)相配合安裝；采用汽車吊吊裝人行道鋼縱梁和人行道板；在橋面板施工完成后，進(jìn)行鋪裝材料施工，使橋面系整體更堅(jiān)固。

陳志敏等［12］以重慶牛角沱嘉陵江大橋維修項(xiàng)目為研究對(duì)象，采用正交異性鋼橋面板修復(fù)橋面板，并對(duì)桿件發(fā)生銹蝕的部分和有缺陷的鉚釘進(jìn)行調(diào)換和補(bǔ)強(qiáng)；采用噴砂除銹及防腐涂裝方法對(duì)鋼桁梁進(jìn)行處理。該工程為舊橋翻修提供了實(shí)例參考。

綜上所述，鋼橋施工從下部施工到上部施工依次進(jìn)行，以轉(zhuǎn)體施工法或頂推滑移施工法應(yīng)用最多。舊橋的橋面板長(zhǎng)期服役期后易出現(xiàn)疲勞，影響耐久性問題，加固改造是一個(gè)值得研究的課題。鋼橋施工應(yīng)該根據(jù)具體的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)相關(guān)的施工方案，對(duì)重大項(xiàng)目工程，進(jìn)行方案論證和制訂配套備用方案。

4 鋼橋養(yǎng)護(hù)存在的問題及解決方法

橋梁養(yǎng)護(hù)的目的是保持橋梁正常交通功能，滿足負(fù)載承重等要求，防止突發(fā)重大事故。

鋼橋的橋面板是橋的橫向承重構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)，尤其是橋面板鋪裝施工應(yīng)嚴(yán)格管理，避免出現(xiàn)病害，影響橋面結(jié)構(gòu)的承載力。如橋面混凝土瀝青鋪裝層病害可通過養(yǎng)護(hù)避免出現(xiàn)以下問題①混凝土的裂縫問題，施工完后，進(jìn)行覆膜養(yǎng)護(hù)；②車轍問題，設(shè)置路障避免車輛、行人，減少行車荷載，如有車轍，可采用高彈改性的乳化瀝青補(bǔ)修；③鼓包問題，采用鉆充式修補(bǔ)工藝，排盡里面的水，然后向內(nèi)部注入密封材料；④脫層問題，采用挖補(bǔ)方式進(jìn)行修復(fù)，無法修復(fù)而且影響橋面結(jié)構(gòu)性能的部分，進(jìn)行整段挖掉重新鋪裝。

鋼結(jié)構(gòu)橋梁日常養(yǎng)護(hù)可以大大降低病害的發(fā)生，但仍存在一些管理問題。①施工單位管理人員養(yǎng)護(hù)意識(shí)不強(qiáng)；②鋼橋養(yǎng)護(hù)的資金投入不足；③鋼橋養(yǎng)護(hù)、防腐涂層方法、規(guī)程不完善；④鋼橋在防護(hù)涂裝設(shè)計(jì)時(shí)未考慮橋梁選址所在地區(qū)的環(huán)境因素，盲目參考其他橋梁的防腐涂層及在未考慮規(guī)范要求的前提下作了設(shè)計(jì)；⑤選用造價(jià)成本低廉的養(yǎng)護(hù)材料，導(dǎo)致防護(hù)涂裝過早地失去防腐效果，出現(xiàn)相應(yīng)病害。

建議施工及管理部門采取以下6個(gè)方面解決方案。①對(duì)工作人員進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)知識(shí)培訓(xùn)。②尋求一些試點(diǎn)養(yǎng)護(hù)材料公司的應(yīng)用贊助和技術(shù)支持。③逐步制定較完善的鋼橋養(yǎng)護(hù)規(guī)章并進(jìn)行試點(diǎn)執(zhí)行，效果好再進(jìn)行全面推廣。④對(duì)鋼橋防腐、關(guān)鍵部位防銹，采用涂抹涂層方法，應(yīng)明確涂層厚度或者涂抹遍數(shù)，對(duì)涂后進(jìn)行檢測(cè)，不達(dá)標(biāo)的進(jìn)行返修，以保證構(gòu)件在服役期內(nèi)安全使用。⑤設(shè)計(jì)方結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境條件規(guī)范設(shè)計(jì)。⑥施工方應(yīng)建立規(guī)范的施工管理制度。

綜上所述，為保證鋼橋結(jié)構(gòu)的耐久性，建議設(shè)計(jì)方應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境條件，按照規(guī)范要求設(shè)計(jì)合理的防腐涂層，保證防腐材料質(zhì)量過關(guān)，嚴(yán)格施工管理。管理方應(yīng)后期定期維護(hù)，對(duì)出現(xiàn)的腐蝕、銹蝕等問題及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

5 結(jié)語(yǔ)

建設(shè)鋼橋需要科學(xué)規(guī)范的施工技術(shù)方案，以保證鋼橋施工的安全性。拖拉法、頂推法和滑移施工法應(yīng)用最廣。建成后需要進(jìn)行定期的考核檢查和養(yǎng)護(hù)管理，鋼橋橋面的瀝青鋪裝層病害問題不容忽視，針對(duì)病害要及時(shí)采取一定的補(bǔ)救措施，以保證鋼橋的耐久性，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。