雙層鋼桁梁三矮塔斜拉橋拼裝工藝設(shè)計(jì)

摘" 要：在已有的鋼桁梁拼裝施工技術(shù)中，從分段劃分、組裝、工裝、拼裝順序、焊接變形控制及檢測等方面進(jìn)行研究。總結(jié)“單元件制造+單元件地面拼裝為大節(jié)段+大節(jié)段總裝+節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)頂推+分階段檢測驗(yàn)收”工藝在贛州蟠龍大橋項(xiàng)目的成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：雙層鋼桁梁;預(yù)調(diào);焊接變形;鋼結(jié)構(gòu)檢測;拼裝工藝

中圖分類號(hào)：TU758.11" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2023）18-0112-05

Abstract： In the existing construction technology of steel truss girder assembly， through studies from the aspects of segment division， assembly， tooling， assembly sequence， welding deformation control and inspection， the technology of \"single element manufacturing + single element ground assembly for large segment + large segment general assembly + node adaptive push + stage inspection and acceptance\" is summarized， which has been successfully applied in the project of Panlong Bridge in Ganzhou.

Keywords： double-layer steel truss girder; preset; welding deformation; steel structure inspection; assembly process

鋼桁梁施工工藝有“地面拼裝、整體提升、高空滑移”“鋼桁梁大節(jié)段水運(yùn)、懸臂拼裝”[1-2]“鋼桁梁大節(jié)段水運(yùn)、浮吊整體吊裝法”[3]“地面拼裝、轉(zhuǎn)體法”[4]“場內(nèi)分段制作+現(xiàn)場整體拼裝+浮托頂推滑移”[5]5種施工方式，總結(jié)起來分為2類：工廠單元件制作+橋位總裝+架設(shè)工藝;工廠大節(jié)段制作+架設(shè)工藝?？紤]到贛州蟠龍大橋項(xiàng)目的運(yùn)輸只能陸運(yùn)和采用步履式頂推[6]架設(shè)工藝兩大因素，從分段劃分、組裝、工裝、拼裝順序和焊接變形控制等方面對鋼桁梁拼裝工藝進(jìn)行了研究，采用“單元件制造+單元件地面拼裝為大節(jié)段+大節(jié)段總裝+節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)頂推+分階段檢測驗(yàn)收”思路架設(shè)贛州蟠龍大橋。

1" 工程概況

蟠龍大橋是贛州市首座雙層橋景觀橋[7]。道路按城市主干路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速50 km/h。考慮機(jī)動(dòng)車與人非分離，主橋采用雙層橋面設(shè)計(jì)，上層車行橋按雙向6車道設(shè)計(jì);下層單側(cè)人行通道寬度2.5 m，非機(jī)動(dòng)車道寬度3.5 m。主橋范圍橋梁總寬26.5 m，高約6.1 m。主橋全長396 m，采用（54+63+108+108+63） m=396 m橋跨布置的鋼桁梁矮塔斜拉橋（圖1）。主塔與主梁在橋面處固結(jié)形成塔梁固結(jié)體系。索塔采用鋼柱式索塔，主桁采用2片主桁的純?nèi)A倫桁架（三角桁），拉索采用單索面形式，包含3個(gè)橋塔。

2" 拼裝工藝設(shè)計(jì)

鋼桁梁沿縱橋向分成44個(gè)節(jié)段，主桁上弦桿中心線橫線間距17.545 2 m，主桁下弦桿中心線橫向間距為15 m，主桁斜腹桿為空間桿件，斜腹桿在斷面圖上外傾15°，桁架理論桁高4.749 5 m。

按照線路總圖布置，主橋桁架位于-0.5%的單向縱坡上。在不考慮預(yù)拱度情況下，鋼桁梁的上、下弦桿與上、下層橋面設(shè)計(jì)線平行，沿道路縱坡-0.5%方向投影，桁架的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度為9 m，在桁架端部，上層節(jié)間長度為8.3 m，下層間距長度為7.6 m，沿道路縱坡-0.5%方向投影，橫梁的標(biāo)準(zhǔn)間距為3.0 m，在塔梁固結(jié)范圍內(nèi)及桁架端部橫梁間距為非標(biāo)準(zhǔn)值，支座墊板設(shè)計(jì)成楔形墊板，板厚30 mm，使支座頂面保持水平。

主桁預(yù)拱度設(shè)置：主桁設(shè)計(jì)考慮廠設(shè)預(yù)拱度，廠設(shè)預(yù)拱度=-（施工過程恒載累計(jì)位移+0.5×活載位移）;下層橋面板考慮橫向預(yù)拱度，跨中預(yù)拱值為7.5 mm，板面板橫向端部為0，其余范圍預(yù)拱數(shù)值按照二次拋物線擬合。上層橋面橫向根據(jù)構(gòu)造已經(jīng)設(shè)置了2%雙坡，有索區(qū)和無索區(qū)變形不一致，為簡化設(shè)計(jì)上層橋面板不設(shè)置橫向預(yù)拱度。

采用系統(tǒng)平差理念，將橋梁線形誤差分配至單元件制作、單元件拼大節(jié)段、大節(jié)段總裝、分階段檢測驗(yàn)收、分輪次頂推和整體落梁等工序，針對每個(gè)工序采取制作精度、組裝預(yù)調(diào)、焊接順序等控制措施，由若干大噸位龍門吊和大噸位步履式千斤頂實(shí)施，使成橋線形逼近設(shè)計(jì)要求。

2.1" 分段劃分

根據(jù)內(nèi)場單元件制造、現(xiàn)場總裝的基本施工思路，并結(jié)合加工制作設(shè)備和場地、運(yùn)輸條件、鋼結(jié)構(gòu)檢測、頂推工藝設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工機(jī)械、現(xiàn)場道路和場地情況，將設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行工藝性審查和圖紙分解。為保證單元件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，將單元件分為7種類型，詳見表 1。

2.2" 拼裝思路

按照拼裝定位圖進(jìn)行單元件地面拼裝為大節(jié)段，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)調(diào)。按照拼裝定位圖進(jìn)行大節(jié)段和單元件總裝，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)調(diào)。在這2個(gè)環(huán)節(jié)給鋼桁梁組裝施加預(yù)調(diào)值（圖2—圖4）和拼裝豎曲線監(jiān)控指令，并根據(jù)制定的焊接順序進(jìn)行焊接，達(dá)到對拼裝精度和焊接變形的控制，分5輪次頂推，每輪頂推完成后進(jìn)行線形姿態(tài)調(diào)整，滿足總裝精度要求，待整橋總裝完成后，頂推就位并落梁。

3" 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1" 施工工藝流程

7類單元件內(nèi)場制造驗(yàn)收合格陸運(yùn)至橋位。上弦桿、下弦桿、腹桿在片桁地面預(yù)調(diào)組焊為大節(jié)段。中縱梁、橫梁、面板在上層橋面系地面預(yù)調(diào)組焊為大節(jié)段?？傃b胎架上總裝片桁預(yù)調(diào)組裝、下層橋面系預(yù)調(diào)組裝、上層橋面系預(yù)調(diào)組裝、挑臂預(yù)調(diào)組裝、工地連接（栓接、焊接）為鋼桁梁。詳細(xì)工藝流程如圖 5所示。

3.2" 操作要點(diǎn)

片桁單元件和上層橋面系單元件地面預(yù)調(diào)組焊為大節(jié)段。安裝順序如下：兩側(cè)片桁→橫梁→下層面板→上層面板→鋼塔→斜腹桿→挑臂。下弦兩邊拉開。在安裝上層橋面系前，下層橫梁只焊接下翼緣，腹板采用2塊碼板臨時(shí)固定，避免腹板焊縫收縮和剛體轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致倒梯形橫斷面上口變窄，無法放入上層橋面系。

先焊接片桁對接口，橋面系，焊接斜腹桿，焊接挑臂焊縫，最后封人孔。下層橋面系總裝焊接順序?yàn)闄M梁立縫→橫梁與U肋角焊縫→面板縱縫→面板橫縫→高栓施工。上層橋面系總裝焊接順序?yàn)闄M梁平縫→橫梁立縫→縱梁平縫→縱梁立縫→面板縱縫→面板橫縫→高栓施工。

通過梁長、支座間距決定支座節(jié)段大里程端口預(yù)留量3 cm的切割量，消除環(huán)縫焊接變形對梁長的影響。焊縫理論間隙為6 mm，通過焊縫根部間隙調(diào)整，保證吊耳間距。

最終通過步履式千斤頂將全橋頂推和落梁，實(shí)現(xiàn)三維精確調(diào)整。

3.2.1" 片桁地面預(yù)調(diào)組焊為大節(jié)段

地面設(shè)置拼裝胎架，并放設(shè)地樣，1根中軸線，2根與中軸線垂直的端口線。先安裝上下弦，控制放樣尺寸、預(yù)留焊接收縮。安裝腹桿，將所有連接口采用碼板焊接臨時(shí)固定。測量2個(gè)端口和中間3處數(shù)據(jù)是否符合要求，片桁整體是否水平，不符合要求時(shí)再次校正直至滿足要求。桁高拉開7～10 mm，平面度控制在5 mm，端頭垂直度偏差在5 mm，如圖6所示。

臥拼位片桁總體焊接順序：①同時(shí)焊接上、下弦桿對接環(huán)縫;②同時(shí)焊接兩端部腹桿與上、下弦桿對接環(huán)縫;③焊接中間腹桿與上、下弦桿對接環(huán)縫;④焊接腹桿封板;⑤焊接上、下弦桿縱肋嵌補(bǔ)及人孔嵌補(bǔ)。

截面焊接順序總體為先立焊后平焊，局部因人孔進(jìn)行調(diào)整。

3.2.2" 上層橋面系地面預(yù)調(diào)組焊為大節(jié)段

地面設(shè)置拼裝胎架，并放設(shè)地樣，1根中軸線，2根與中軸線垂直的端口線，2個(gè)與中軸線平行的定位線。先安裝中縱梁，再安裝兩側(cè)橫梁，最后安裝面板，將所有連接口采用碼板焊接固定。測量寬度和對角線數(shù)據(jù)是否符合要求，不符合要求時(shí)再次校正，直至滿足要求。將單元件拼裝為9 m長大節(jié)段，焊縫寬度拉開3～5 mm。

3.2.3" 片桁預(yù)調(diào)組裝

總裝區(qū)設(shè)置總裝胎架，并放設(shè)地樣，放樣出橋梁中軸線和調(diào)節(jié)短管高程。先安裝片桁，橫梁與弦桿對接縫拉開約8～12 mm，控制高程和橫斷面寬度，片桁對接縫拉開8～12 mm，控制整橋累積誤差，控制里程。片桁安裝后及時(shí)完成對接口焊縫。

3.2.4" 下層橋面系預(yù)調(diào)組裝

先安裝橫梁，控制尺寸，采用碼板固定翼緣板和腹板。再安裝下層橋面板。下層橋面與橫梁的齒形焊縫先完成，再焊接下層橋面板縱縫，再焊接面板橫縫。對縱縫進(jìn)行埋弧，再對橫縫進(jìn)行埋弧。

3.2.5" 上層橋面系預(yù)調(diào)組裝

下層橫梁翼緣板焊接完成，腹板碼板臨時(shí)固定，下層橋面板鋪設(shè)完成，進(jìn)行支撐胎架布置，安裝帶中縱梁大節(jié)段，再安裝不帶中縱梁大節(jié)段。按照堆積木的方式進(jìn)行，上下層橋面系同步安裝，每次同步安裝18 m，上層橋面安裝完成后，立即完成下層橫梁腹板焊縫。

3.2.6" 挑臂預(yù)調(diào)組裝

待片桁、橫梁、面板焊接完成后，斷面橫梁收縮基本完成，安裝挑臂。挑臂采用長、短碼板焊接固定?？刂铺舯蹣?biāo)高，橋面整體寬度。采用碼板臨時(shí)固定。小碼板尺寸12 mm×150 mm×300 mm，大碼板尺寸12 mm×190 mm×1 000 mm，間距600 mm，碼板布置圖如圖7所示。

3.2.7" 工地連接（栓接、焊接）

在面板橫縫焊接完成、焊縫縱向收縮完成后，采集邊孔中心距，對拼接板現(xiàn)場進(jìn)行配鉆。為提高全焊接鋼桁梁高強(qiáng)螺栓100%穿孔率和減少現(xiàn)場配鉆量，在工廠可按照邊孔設(shè)計(jì)中心距增加5 mm的倍數(shù)鉆一部分拼接板，數(shù)量每類在150～200塊。

3.2.8" 頂推

鋼桁梁節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)步履式頂推工藝，具有安全、高效、穩(wěn)定和自動(dòng)化的特點(diǎn)，常用于鋼桁梁橋梁頂推施工，其頂推設(shè)備主要包括步履式千斤頂、液壓泵站、分布式控制系統(tǒng)。整個(gè)鋼桁梁通過5輪頂推完成施工。第一輪拼裝74 m鋼桁梁和30 m導(dǎo)梁，頂推54 m。第二輪拼裝54 m，頂推90 m。第三輪拼裝90 m，頂推90 m。第四輪拼裝90 m，頂推90 m，穿插拆除部分導(dǎo)梁。第五輪拼裝88 m，頂推15 m，穿插拆除剩余導(dǎo)梁。主橋線形調(diào)整完成后落梁，穿插拆除步履式千斤頂。掛索張拉完成體系轉(zhuǎn)換，穿插拆除臨時(shí)墩。最終完成鋼桁梁施工。

3.2.9" 分階段檢測驗(yàn)收

劃分節(jié)段時(shí)聯(lián)動(dòng)檢測，便于進(jìn)行焊縫檢測。單元件地面拼裝完成后及時(shí)進(jìn)行焊縫檢測，減少檢測人員高空作業(yè)。每輪次總裝完成后及時(shí)進(jìn)行焊縫檢測，檢測合格后方可進(jìn)行頂推作業(yè)。保證每道工序銜接無間隔，保證工期。

3.3" 工裝使用

在本工程現(xiàn)場安裝中使用了較多工裝，均可以就地取材，廢舊利用（管梭子、碼板、調(diào)節(jié)短管、楔鐵、小型七字碼、大型七字碼、門字碼、鋼板撬棍、焊接防風(fēng)罩、移動(dòng)操作平臺(tái)、挑臂小車、片桁地面拼裝胎架、上層橋面系拼裝胎架和鋼桁梁總裝胎架等），且在保證施工質(zhì)量中起到了重要作用，如圖 8所示。

3.4" 大型設(shè)備選型

3.4.1" 80 t門式起重機(jī)

考慮到18 m主桁片體拼裝完成后分段重量普遍在80 t左右，故考慮將拼裝區(qū)的龍門吊起重能力選擇為80 t，考慮到構(gòu)件翻身和零星材料倒運(yùn)小鉤起重性能為16 t，門式起重機(jī)數(shù)量計(jì)劃投入2臺(tái)，門式起重機(jī)起升高度為20 m、跨度為40 m。門式起重機(jī)橫向靠近主橋右幅側(cè)和擋土墻預(yù)留1 m安全距離，靠近主橋左幅側(cè)預(yù)留7 m運(yùn)梁通道+8 m主桁片體拼裝區(qū)。龍門吊軌道縱向長度約175 m，起于11#永久墩，止于15#與16#永久墩之間。

3.4.2" 70 t汽車吊

第四輪頂推就位后，采用汽車吊上橋面吊裝鋼塔節(jié)段，吊裝最不利工況為塔頂鋼梁T3節(jié)段，T3節(jié)段鋼塔節(jié)段重量18.8 t、所需吊裝作業(yè)半徑6.5 m、臂長25.7 m，擬定選用70 t汽車吊可以滿足吊裝要求。

3.4.3" 1 200 t步履式千斤頂

全橋重約8 500 t，共設(shè)置有9組臨時(shí)墩，最大跨度54 m，最小跨度36 m，頂推工藝設(shè)計(jì)計(jì)算得最大支反力為891 t，根據(jù)支反力選擇1 200 t步履式千斤頂（圖9）。

4" 結(jié)論

1）構(gòu)件運(yùn)輸條件直接影響拼裝工藝，對無法大節(jié)段運(yùn)輸時(shí)，需從分段劃分、內(nèi)場和外場工作界面、鋼結(jié)構(gòu)檢測和焊接變形控制措施等方面綜合考慮選擇具體拼裝工藝，使項(xiàng)目效益最高。

2）焊接橋梁焊接變形控制是重點(diǎn)，焊接匹配預(yù)調(diào)總裝實(shí)現(xiàn)全焊接鋼桁梁變形控制方法可為類似項(xiàng)目提供有益借鑒。

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