德上高速池祁段復(fù)雜曲線橋梁鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場拼裝技術(shù)

陳偉康， 尹春明， 劉宗鋒

(1.安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088；2.中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北 秦皇島 066200)

1 工程簡介

G3W德州至上饒高速公路池州至祁門段是安徽省規(guī)劃的“縱三”高速公路的一段。本項(xiàng)目起點(diǎn)位于貴池區(qū)涓橋鎮(zhèn)，順接在建池州長江公路大橋和滬渝高速交叉處的殷家匯樞紐互通，終點(diǎn)位于祁門縣金字牌鎮(zhèn)，與黃祁高速交叉，路線全長約91.656 m。

2 工程特點(diǎn)

鋼板梁跨徑分為40 m、35 m和30 m跨徑，縱梁間采用焊接形式，橫梁和縱梁采用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行栓接。鋼板梁采用Q345qD鋼材，鋼護(hù)欄結(jié)構(gòu)采用Q345D鋼材。

鋼板梁主縱梁為工型結(jié)構(gòu)，由頂板、底板、腹板、縱向加勁板及豎向加勁板構(gòu)成。

主縱梁采用雙工字鋼板梁，單幅組合梁橋面寬12.25 m，雙幅全寬25.5 m。鋼主梁采用Q345qD 工字形直腹板鋼板梁，鋼主梁標(biāo)準(zhǔn)間距6.7 m，鋼主梁高度為2.1 m，如圖1所示。

圖1 主桁橫斷面圖

本合同段共計(jì)11座鋼板梁,鋼板梁總線路長度8 535 m，7座橋梁有水平曲線、豎曲線、緩和曲線、超高、橫坡、縱坡，空間線型復(fù)雜，制造、拼裝難度較大,如圖2所示。

圖2 橋梁平、立面圖

混凝土橋面板和鋼主梁采用集束式焊釘連接；主梁間采用栓接橫梁，跨內(nèi)小橫梁間距為8.0 m，支點(diǎn)位置加密至4.0 m，小橫梁梁高為500 mm。中支點(diǎn)、邊支點(diǎn)分別設(shè)置中橫梁、端橫梁，中橫梁高1 100 mm，端橫梁高1 100 mm,如圖3所示。

圖3 鋼板梁立體圖

3 現(xiàn)場拼裝技術(shù)

3.1 拼裝方案概述

本工程鋼板梁橋分為3～5聯(lián)，每聯(lián)為3跨或4跨連續(xù)梁，每聯(lián)之間設(shè)置伸縮縫。根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮運(yùn)輸因素的限制，鋼板梁主梁在制造廠內(nèi)進(jìn)行分段制作，鋼板梁主縱梁每跨分為A、B、C、D四段，每跨超出橋墩1 m。在橋址拼裝場進(jìn)行焊接連接，分段方案以3跨連續(xù)梁為例加以闡述，如圖4、圖5所示。

圖4 鋼板梁每聯(lián)分段示意

圖5 鋼板梁每跨分段示意

鋼板梁安裝總體方案為在橋址適當(dāng)位置設(shè)置鋼板梁拼裝場，布置拼裝胎架，鋼板梁廠內(nèi)分節(jié)段制作成完成后，運(yùn)輸至橋位拼裝場。在胎架上將鋼板梁拼裝成整跨吊裝單元,使用架橋機(jī)或者吊車進(jìn)行架設(shè)。

3.2 拼裝場布置

拼裝場共包含鋼板梁散件存放區(qū)和鋼板梁拼裝區(qū)兩個(gè)功能區(qū)，如圖6所示。鋼板梁首先運(yùn)至11座橋址的存梁場，由存梁場倒運(yùn)至拼裝胎位。胎位分為30 m、35 m、40 m不同長度的胎位，根據(jù)架設(shè)梁段實(shí)際長度調(diào)整胎位支墩位置。胎位設(shè)計(jì)及吊裝時(shí)應(yīng)考慮有水平曲線的梁段寬度變大。拼裝流程為主縱梁接長——報(bào)驗(yàn)——橫梁安裝——整體報(bào)驗(yàn)。

圖6 鋼板梁拼裝場布置圖

3.3 拼裝胎架設(shè)計(jì)

由于大部分鋼板梁橋處于復(fù)雜空間曲線上，設(shè)計(jì)胎架時(shí)較為復(fù)雜。實(shí)際拼裝時(shí)有兩種方案備選，第一種方案對胎架線型可以模擬橋墩實(shí)際位置進(jìn)行布置，第二種方案對整個(gè)吊裝梁段坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)進(jìn)行布置。

第一種方案三維坐標(biāo)計(jì)算簡單，施工中簡便快捷，對施工人員要求較低，缺點(diǎn)為梁段縱坡較大時(shí)，胎架高差較大。第二種方案三維坐標(biāo)計(jì)算復(fù)雜，施工時(shí)對胎架高程改動(dòng)小，后期檢測矯正線型計(jì)算非常復(fù)雜。

第一種方案胎架設(shè)計(jì)時(shí)采用鋼支墩支撐鋼板梁，通過牙板調(diào)整高程。地面畫地線，使用線錘及經(jīng)緯儀控制水平曲線，高程使用水準(zhǔn)儀控制。此方案對人員設(shè)備要求低，但每次都需改地樣及胎架。第二種方案直接使用全站儀測量頂面控制點(diǎn)三維坐標(biāo)值，使用儀器直接控制平面線型和高程，但對全站儀的精度及測量環(huán)境及人員要求較高。

吊裝梁段水平投影有緩和曲線及圓曲線等，地面投影為扇形，胎架立柱高度不同。如圖7～圖9所示。

圖7 曲線鋼板梁吊裝梁段支墩平面布置圖

圖8 曲線鋼板梁吊裝梁段支墩立面布置圖

圖9 曲線鋼板梁吊裝梁段支墩現(xiàn)場拼裝照片

現(xiàn)場拼裝胎架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求：

(1) 胎架縱向各點(diǎn)標(biāo)高應(yīng)考慮設(shè)計(jì)給定的縱坡、橫坡、預(yù)拱度線形設(shè)計(jì)、豎曲線。

(2) 胎架基礎(chǔ)必須有足夠的承載力，確保在使用過程中不發(fā)生沉降。胎架要有足夠的剛度，不能隨鋼板梁梁段拼裝時(shí)重量的增加而產(chǎn)生變形，造成鋼板梁梁段變形或使鋼板梁節(jié)段有較大的安裝應(yīng)力。

(3) 在胎架上設(shè)置縱、橫基線和基準(zhǔn)點(diǎn)，以控制梁段的位置及高度，確保各部分尺寸和立面線形。胎架外設(shè)置獨(dú)立的基線、基點(diǎn)，以便隨時(shí)對胎架進(jìn)行檢測。組裝過程中，應(yīng)由各基準(zhǔn)點(diǎn)控制每一個(gè)被安裝的部件的位置及高程并且都要在允許的誤差范圍內(nèi)，以保證鋼板梁段整體尺寸的精度。

(4) 主縱梁組裝完成后測量線型，確認(rèn)無誤后方可焊接。

(5) 胎架場地布置在龍門吊內(nèi)側(cè)土基路面上，場地清表后推平、壓實(shí)，對鋼板梁兩側(cè)2 m 寬度范圍內(nèi)地基進(jìn)行換填處理，以防止基礎(chǔ)在安裝過程中發(fā)生較大沉降。換填地基采用50 cm厚碎石墊層，上澆一層大于15 cm厚C20混凝土地坪，在混凝土面層上用C20混凝土澆筑11.5 m×0.6 m支墩找平層，厚度不小于0.1 m。

鋼板梁頂面線型應(yīng)根據(jù)鋼板梁預(yù)拱度及梁段高差設(shè)置，拼裝胎架由36a的槽鋼焊接而成，胎架上根據(jù)工字組合梁的縱向線型焊接變高度的牙板，通過牙板來調(diào)整橋梁的縱向線型。

3.4 曲線鋼板梁吊裝梁段拼裝順序

根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，曲線鋼板梁吊裝梁段拼裝按照鋼板梁主梁就位→橫梁就位→下一節(jié)段的順序進(jìn)行。

首先，在胎架上就位主梁，控制板梁間距。主縱梁組裝焊接拼長，自檢合格后報(bào)監(jiān)理檢測，如圖10所示。

圖10 主梁就位

其次，依次拼裝中間端橫梁、小橫梁、中橫梁，檢測對角線差、橫向坡度等，如圖11所示。

圖11 橫梁就位

然后，依次拼裝下一節(jié)段的橫梁、端橫梁，完成后檢測板梁間距、對角線差、跨距等關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)，如圖12所示。

圖12 拼裝下一節(jié)段

拼裝尺寸檢測合格后施擰高栓。高栓施擰自檢合格后向監(jiān)理報(bào)檢，監(jiān)理確認(rèn)合格后進(jìn)行涂裝作業(yè)。連續(xù)梁每一跨在拼裝時(shí)嚴(yán)格控制長度尺寸，以避免后面連續(xù)梁尺寸累積誤差過大。

3.5 拼裝場鋼板梁測量控制

為了保證鋼板梁在拼裝過程中線形的準(zhǔn)確，總拼胎架外要布設(shè)水準(zhǔn)控制網(wǎng)，用來控制鋼板梁制造過程中所有測量點(diǎn)的高程，保證鋼板梁的線形。水準(zhǔn)控制點(diǎn)要求布設(shè)在胎架外不受其它因素影響、基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)可靠的地方。進(jìn)行控制測量時(shí)，要求測得的控制網(wǎng)閉合差不大于2 mm(控制網(wǎng)的水準(zhǔn)測量要偶數(shù)測站，應(yīng)該對控制網(wǎng)進(jìn)行多次測量，直至能給出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)為止)。水準(zhǔn)控制網(wǎng)內(nèi)各個(gè)控制點(diǎn)的位置、高程數(shù)據(jù)均要記錄造冊，以供測量、監(jiān)測使用。水準(zhǔn)控制網(wǎng)要不定期的進(jìn)行檢測，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

水平基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在拼裝場兩側(cè)共設(shè)置4個(gè)點(diǎn)，設(shè)置標(biāo)志塔和測量塔控制縱向軸線。鋼板梁現(xiàn)場施工測量包含平臺(tái)測量、梁段拼裝及調(diào)整、全線形控制等三維空間位置的精確定位，采用高精度經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量控制是測量工作中的重點(diǎn)。

地面使用地線控制整個(gè)拼裝尺寸。

第二個(gè)方案使用全站儀控制空間尺寸，在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)全站儀精度較差。精度高的全站儀對測量環(huán)境要求較高，還需用別的測量方法檢驗(yàn)矯正,所以在規(guī)?；┕r(shí)以第一種方案為主。

在拼裝場拼裝鋼梁時(shí)還需控制鋼板溫度，組裝及測量時(shí)盡量在早上5～8時(shí)或者沒有太陽的陰天進(jìn)行。35 m鋼板梁受到太陽直射后溫度達(dá)到50°時(shí)長度將伸長10 mm以上。

4 結(jié)束語

本文介紹的拼裝技術(shù)經(jīng)過實(shí)際施工檢驗(yàn)，梁段誤差較小,基本控制在5 mm以內(nèi),現(xiàn)場拼裝時(shí)間可以控制在5 d之內(nèi)，拼裝技術(shù)合理、高效。