大跨度鋼架連廊拼裝技術的施工應用

鐘龍慶

（江西中煤建設集團有限公司，江西 贛州 341000）

1 工程概況

某特大橋梁工程全長1.1km，根據(jù)設計方案的要求，該項目設計為鋼結構的形式，包含地下與地上混凝土柱，鋼結構的種類和尺寸比較多樣化，變化比較明顯，且跨度尺寸比較大，對于設計與施工來說有著比較高的要求。同時，該工程的鋼結構自重比較大，橫向以及縱向跨度較大、桿件數(shù)量多，如果使用分件的高空散裝方式，不僅高空組裝、焊接工作量巨大，還會引發(fā)嚴重的安全風險，工程事故的發(fā)生率較高。因此，本文探討應用鋼架連廊散件的地面胎架現(xiàn)場原位、錯位拼裝的方式，以降低項目建設成本。

2 工程項目施工難點

其一，跨度尺寸較大，所以鋼結構的主體部件全部都是桁架的形式。因為運輸現(xiàn)場的重量限制，所以在施工現(xiàn)場應進行二次拼裝，以構成完整的結構。其二，大跨度鋼架連廊主體結構安裝結構的中心到邊緣距離比較大，高度較高，導致吊裝作業(yè)無法順利進行，所以現(xiàn)場應使用原位、錯位地面拼裝的方式。其三，大跨度鋼連梁存在24 個受力點，各個受力點保持均勻性，并且做好每個牛腿標高與水平精度的控制，這也是工程建設的難點。

3 大跨度鋼架連廊的拼裝及驗算

3.1 大跨度鋼架連廊拼裝

在此次工程項目中，A、B 橋墩結構之間安裝的鋼桁架廊橋為鋼廊橋，其結構頂部標高為94.75m，高16.18m，寬22m。該結構組成包含：4 榀主鋼桁架、箱型梁、H 型鋼，整體自重為2600t 左右。因為現(xiàn)場安裝施工單個部件的重量比較大，所以分段組拼的方式難以施工，需要選擇單根構件的方式進入現(xiàn)場，通過應用200t 履帶吊實施現(xiàn)場拼裝作業(yè)。具體來說，大跨度鋼架廊橋的現(xiàn)場拼裝工藝流程如下：

第一，應用4 根加固梁雙拼工字鋼上部安裝10 根輔助廊橋的擱置梁，具體的安裝位置要根據(jù)梁體分段進行設置確定，以保證主梁、次梁可以正常的拼裝施工。第二，先在擱置梁的表面進行拼裝施工，必須確保兩側的底平面在同一水平的標高部位，確保提升到位，并且安裝到支座上，各個部位配合施工。第三，擱置梁結構的表面設置輔助胎架，主要的作用是輔助中間兩榀桁架梁安裝施工，水平頂部與桁架的梁底標高完全相同。二層胎架應該確保結構的穩(wěn)定性合格。胎架之間應用斜梁與系梁穩(wěn)定連接。第四，主橫梁結構中安裝立柱，保證定位符合設計方案的要求，左右前后垂直偏差限定在規(guī)定區(qū)間之內(nèi)。第五，現(xiàn)場使用的二層橫梁為87.75m 標高的主次梁結構，先進行主梁的拼裝施工，合格后再進行次梁安裝，使4 根主梁結構的下部標高完全一致，并且和主梁保持垂直布置。第六，在現(xiàn)場安裝二層柱時，應該在柱體之間設置斜撐，從而使立柱結構達到穩(wěn)定性要求，并且垂直度偏差在2mm 以下。第七，主次梁安裝使用三層的形式，確保4 根主梁的下部設置在同一水平標高，并且與下部的梁體結構達到垂直的狀態(tài)。第八，設置二層斜撐的結構，拼裝時應該保證主框架梁的施工效果合格，斜撐梁與主框架梁的結構之間切口達到順滑的標準，端面平整度合格。桁架與連系梁的組裝工作結束后，進行幾何尺寸檢測，達到設計要求后才能焊接施工。焊接環(huán)節(jié)執(zhí)行焊接工藝方案的要求，經(jīng)過無損檢測合格后才能進行驗收檢測；表面涂抹一層油漆與防火涂料，達到性能的運行標準[1]。

3.2 施工工藝要求

第一，地面拼裝桁架執(zhí)行工藝方案的要求，對各個部件進行桁架順序編寫，還要確保連接點方向符合要求。第二，桁架拼裝時，因為跨度尺寸較大，應根據(jù)1/700 比例進行預拱設置。第三，接縫時應在焊縫單面45°坡口制作，內(nèi)部設置襯板結構，焊縫為一級焊縫，并且執(zhí)行100% 探傷檢測。第四，現(xiàn)場安裝施工中，根據(jù)要求做好主梁的水平度與垂直度的控制，每一層都符合要求。第五，鋼柱、鋼梁安裝時應分層逐根施工，并且按照主梁、次梁、支梁、立柱的順序進行施工。第六，每一根鋼梁都必須編號且要對號入座，不能混裝施工。第七，因為79.7m 框架并不是主要的受力梁體，上部的桁架為主要承受的部件，為了減小底部梁應力，通過分段臨時后固定焊接。第八，鋼連廊在地面拼裝作業(yè)，通過原位安裝的方式提升時容易和鋼支腿發(fā)生碰撞，所以要在地面上應用錯位拼裝的方法，考慮到鋼支腿的寬度，錯位2.0m 在地面拼裝，提升完成后及時滑移到位，使其符合安裝標準要求。

3.3 工況分析

3.3.1 選擇合適拼裝吊車。在此次鋼連廊的拼裝中，主要是在兩者之間加固胎架。使用200t 履帶吊在拼裝施工區(qū)域內(nèi)開展施工，其來回行走的長度為36m。履帶吊結構的重量比較大，體積也很大，因此散件運輸?shù)浆F(xiàn)場進行拼裝作業(yè)。因為現(xiàn)場施工的空間比較小，通過使用SCC2000C 型變幅副臂LG 工況，主臂37m，副臂43m 履帶吊，并且在現(xiàn)場要進行加固處理?？罩袖摾葮蛏⒓扇‖F(xiàn)場的拼裝方式，通過計算確定在規(guī)定部位上安裝設備，保證回轉(zhuǎn)半徑和吊裝能力符合要求。在此次工程的施工中，應用的吊裝設備停放位置如圖1 所示。

圖1 履帶吊停放位置示意圖（單位：mm）

3.3.2 拼裝輔助結構。在廊橋拼裝工作實施中，因為各個部件都是采用焊接的形式，所以焊接作業(yè)量很高，后續(xù)的防火漆涂料的任務量較大，這就需要在拼裝工作中保持操作方便與安全性，結合拼裝的高度與進度控制、逐層搭設操作平臺的方式進行腳手架的輔助拼裝作業(yè)，使結構施工效果合格。

3.3.3 拼裝注意事項1：胎架設置工作結束后進行主體結構拼裝作業(yè)，并且根據(jù)空中廊橋的主體結構尺寸投影位置向右偏移2.0m 定位。安裝79.7m 框架，承載部分是上部的桁架梁，為了可以更好地減小底部梁應力，采取分段點固定焊接的方式，后續(xù)焊點在試提升卸載完成后實施焊接，焊點布置見圖2。

圖2 層后焊點布置圖

拼裝注意事項2：遵循設計方案的要求，拼裝環(huán)節(jié)應根據(jù)1/700 的比例設置，并且交錯設置焊縫，確保結構的性能合格。

3.4 吊點布置的計算分析

根據(jù)此次工程的需要，在鋼架連廊提升吊點布置時，綜合分析經(jīng)濟、安全等方面的因素，確保吊裝方案符合要求。在設計環(huán)節(jié)進行建模分析，模型設計符合要求，并且使用有限元軟件對結構部件整體強度展開分析、檢測，提高結構的性能。在此次項目中，選取的是SAP2000 有限元軟件進行分析，具體模型見圖3。

圖3 大跨度鋼架連廊整體結構計算模型

通過軟件模擬分析，對連廊的各個結構部件進行有限元分析，分析桿件的運行情況，材料的彈性模量為2.06×105MPa，密度為7850kg/m3，泊松比為0.3。經(jīng)過計算分析，發(fā)現(xiàn)該結構的變形量在合理的范圍，符合設計標準。同時，鋼架連廊結構的最大應力比為0.657，不能達到設計規(guī)范要求的最大應力比；吊點部位的設計符合要求，滿足大跨度橋梁的提升標準要求，項目施工安全性合格。由此可見，通過使用SAP2000 軟件設計分析吊點，可以完全符合工程的施工作業(yè)標準要求[2]。

4 大跨度鋼連廊吊裝施工控制

4.1 鋼柱、鋼梁吊裝

大跨度鋼連廊吊裝現(xiàn)場作業(yè)環(huán)節(jié)，通常來說，選取的鋼柱是焊接H 形柱的結構，使用一點起吊的方式進行施工。吊裝作業(yè)開始前，把爬梯安裝到鋼柱上，便于工作人員進行現(xiàn)場操作。在鋼柱的加工制造階段，應根據(jù)柱面作為基準面的方式進行樁體長度、各個部件的安裝控制。在柱底標高進行調(diào)整時，要調(diào)節(jié)螺母的參數(shù)，螺母頂面標高應該達到柱樓面水平。柱放置結束后，需要在底盤下部應用螺母調(diào)節(jié)高度。在鋼柱、鋼梁安裝全部結束之后，及時進行縫隙內(nèi)灌注混凝土施工，確保結構的密實度合格，整體性能符合工程的標準要求。在鋼柱吊裝工作的環(huán)節(jié)，組合形成穩(wěn)定的受力結構，性能和質(zhì)量符合要求，此時應該同時穿插鋼柱件鋼梁。鋼梁使用兩點等彎矩吊裝的方式。吊裝部件設置時，使用吊索與鋼梁進行，兩者的夾角設定在45°以上，鋼梁表面焊接吊耳，吊裝能力滿足要求。在開始吊裝作業(yè)前，應進行螺栓檢查，核對鋼梁的編號，同時還要標注好鋼梁的方向，根據(jù)安裝的順序進行鋼梁擺放，并且在地面應用鋼梁進行連接，兩側都必須通過高強度螺栓緊固。每個部件以及工具都必須保持連接的穩(wěn)定性，避免存在空中掉落的情況，保護現(xiàn)場人員以及設備的安全性，切實規(guī)避現(xiàn)場的任何安全事故。

4.2 鋼桁架吊裝

在現(xiàn)場開展鋼構拼裝與吊裝時，技術人員需對桁架結構展開全面的分析。綜合考慮吊裝作業(yè)現(xiàn)場的情況，最終選擇使用拼裝兩層主桁架的形式。在拼裝工作全部結束后，應用噸位符合要求的汽車吊開展桁架的吊裝；四榀主桁架安裝到位后，設置臨時纜風繩以達到固定的效果；遵循設計方案安裝次梁，在安裝結束后即可進行上弦、腹桿、次梁的安裝。

單榀桁架安裝中，選擇應用兩點等彎矩吊裝的方式進行。鋼絲繩經(jīng)過對現(xiàn)場進行綁扎，與桁架上弦鋼梁組合形成整體結構，不需要設置吊耳裝置，并確定最佳的吊點位置。執(zhí)行吊裝工藝方案的要求，各個結構部分保持穩(wěn)定吊裝施工，在上下弦的鋼梁安裝工作結束后，即可在結構中形成空間鋼構單元形式，并立即組織人員展開偏差部位的檢測，如果發(fā)現(xiàn)結構無法達到規(guī)范和標準的要求，需要及時做出調(diào)整，并應用高強度螺栓、翼緣板等進行連接，以形成整體的結構[3]。

4.3 高強度螺栓施工

現(xiàn)場的連接使用高強度螺栓進行，強度性能合格，穿入的方向應該保持一致性，可以自由進入孔內(nèi)，每日安裝的螺栓要在當日完成緊固作業(yè)。如果發(fā)現(xiàn)螺栓穿入存在較大阻力的情況，不能使用氣割的方式擴孔，應該使用合適的工具進行，并要使直徑以及數(shù)量都符合工程的要求。使用扳手進行高強度螺栓的緊固處理，拆除臨時螺栓，全部更換為高強度螺栓。在現(xiàn)場安裝施工中，應確保摩擦面都達到干燥性。高強度螺栓緊固要分為兩次進行，按照初擰與終擰的工序進行施工，以此從螺栓的中間部位向外側擰緊，并且確保接頭部位可以自由轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)結構的穩(wěn)定連接，達到連接性能標準。

4.4 鋼結構連廊的焊接

在桁架焊接的環(huán)節(jié)，保證受力從大到小、從受拉到受壓的順序落實施工。主桁架的焊接尤為重要，確保焊接的質(zhì)量合格，并遵循單杠雙焊、雙杠單焊的基本原則，還要確保在桁架兩側同時焊接，組合成為整體結構。在焊接環(huán)節(jié)要綜合分析鋼構件的對稱設計要求，選擇合適的自由端，防止出現(xiàn)累計誤差的情況。同時，焊接作業(yè)人員使用最小角度、最小熱輸入量、最小焊道的方式完成焊接。焊接的坡口設置符合要求，盡量避免過大收縮問題的出現(xiàn)。

4.5 鋼筋桁架樓承板安裝

鋼筋桁架樓承板與鋼梁按照規(guī)范的標準要求進行搭接設置，確保和鋼梁電焊固定達到穩(wěn)定、可靠性的要求。預留孔洞在設置的位置以及板邊的異形部位，或者經(jīng)過切割處理的位置，需要加強檢查，確保沒有發(fā)生漏漿的問題。按照設計方案要求進行臨時支撐的設置，保持整體結構穩(wěn)定性[4-5]。

4.6 現(xiàn)場防腐補涂

在焊接完成后，對于焊縫兩側、補焊部位、油漆脫落的部位進行現(xiàn)場補涂處理，在開始補涂前把雜質(zhì)清理干凈。對于涂裝的結構，需要除銹后再進行涂裝處理，不能存在漏涂的問題，并且確保涂層結構沒有發(fā)生剝落、銹蝕等問題。涂層表面應達到均勻、平整、豐滿的要求，不能存在褶皺、裂縫、流掛、氣泡等。如果存在質(zhì)量問題則要及時處理，以免影響后續(xù)的正常使用。

5 結語

在工程項目實施環(huán)節(jié)，應用大跨度鋼架連廊拼裝技術，可以滿足現(xiàn)場建設的標準和要求，各個環(huán)節(jié)處于可控范圍內(nèi)。本文從案例出發(fā)進行分析，分析研究大跨度鋼架連廊整體拼裝現(xiàn)場工藝方案和具體要求，并通過有限元軟件展開模型分析，掌握荷載以及受力條件，最終整體結構性能合格，說明該施工方式可以達到工程的運行標準，各項參數(shù)都處于標準范圍內(nèi)，確保了工程的安全與穩(wěn)定，提高了工程綜合效益。