淺談鋼結構制作在橋梁加固中的關鍵工藝及質量控制措施

忽國奇

（運城高速公路有限責任公司，山西 運城 044000）

1 大橋概況

風陵渡黃河公路特大橋位于山西省芮城縣風陵渡鎮西王村東200m與陜西省潼關縣港口鎮七里村之間的河道上，是連接晉、陜、豫三省的重要交通樞紐，該橋于1994年11月建成通車。風陵渡黃河特大橋全長1 409m，由主孔橋和邊孔橋組成，其中，主孔橋為九跨一聯，跨徑組成為87+7×114+87m，邊孔橋為五跨一聯，跨徑組成5×87m，橋面凈寬13.0m。主孔橋上部結構為三向預應力混凝土變截面連續箱梁，箱梁采用單箱單室截面，支點截面梁高6.5m，跨中截面梁高2.8m；箱梁底寬7.0m，全寬13.0m；頂板厚25 cm，梁底按二次拋物線變化，底板厚59～30 cm，肋板厚60～40 cm。施工方法采用掛藍懸澆工藝，九跨連續箱梁由8個在橋墩上按“T構”用掛籃分段對稱懸臂澆筑的梁段、吊架澆筑的跨中合攏段及落地支架澆筑的邊跨梁段構成；下部結構為空心雙室等截面鋼筋混凝土薄壁橋墩，鋼筋混凝土輕型橋臺；主孔橋基礎為高樁承臺、鉆孔灌注樁基礎；支座采用大噸位盆式橡膠支座；伸縮縫為模數型伸縮縫裝置。原橋設計時采用的技術標準如下：

（1）車輛荷載標準：汽車-超20級，掛-120級。

（2）人群荷載：3.5 kN/m2。

（3）設計洪水頻率：0.33%。

（4）地震基本烈度：Ⅷ度。

（5）設計通航標準：四級航道，凈高8m，凈寬44m。

2 主要加固措施

（1）在邊孔橋邊跨靠橋臺36.9m處增設橋墩，以改善邊中跨比，調整主梁受力狀況。

（2）由于主邊孔橋相連的過渡墩位于黃河主河槽內，不能設置橋墩，因此，在過渡墩箱梁兩側新增4個鋼拱箱協同全橋統一變形，且不會因新增結構而產生其他問題。通過吊桿與梁下新增鋼桁架的連接，對箱梁施加提升力，防止日后再發生梁體下撓現象。主拱圈計算跨徑84.3m，拱腳與0#塊和箱梁端橫梁固結，形成鋼梁柔拱體系，計算矢高16.86m。每個拱圈上共設5對吊桿和一對系桿，吊桿間距15m，邊吊桿與拱腳間距離12.15m。吊桿下端采用鋼橫梁通過整體擠壓式錨與吊桿連接，防止梁體繼續下撓。

（3）為了支撐增長0#塊與拱腳固結處傳來的豎向力，故在4#、5#、6#橋墩頂設置鋼托架，來抵御拱腳豎直力。此方案借助鋼箱拱提供外力，能很好地解決邊中跨比的問題，施工工期短、工藝簡便易行，對現行交通影響較小。

本橋主要加固工程鋼拱箱概貌見圖1。

圖1 風陵渡大橋主要加固工程鋼拱箱概貌

鋼結構構件主要分為鋼拱箱、吊桿錨固系統、鋼拱箱橫撐、鋼橫梁、支撐鋼架、托架等，主要材質為Q345D和Q235，總重共計約802 t。

全橋共4片鋼拱箱，每片鋼拱箱劃分成7個小節段進行制造，小節段單節重量為8.849～10.5 t。鋼拱箱采用等截面，截面尺寸為1 200mm×800mm；鋼拱箱長度為12.074～14.407m，鋼拱箱段總長92.651m；鋼拱箱橋位連接接口為全焊連接形式；吊桿錨固系統上端在箱拱上設置錨固構造，下端在吊桿支撐鋼板上設置錨固構造；鋼拱箱橫撐設置在鋼拱箱之間，左右兩拱之間設置3道橫撐，截面尺寸為800mm×800mm，長度為13.54m；鋼橫梁設置在混凝土梁下方，為槽鋼、H型鋼構件組成的桁架，接頭間通過高強螺栓連接；墩處支撐鋼架為槽鋼、H型鋼構件組成的桁架，在橋墩處通過錨栓與橋墩固結。

3 風陵渡大橋加固工程的主要特點

（1）鋼拱箱、鋼拱箱橫撐均為箱形全焊結構，鋼板多為中厚板，而且隅角焊縫、隔板與蓋腹板焊縫為全熔透焊縫。

（2）鋼拱箱采用全焊縫接頭，全方位焊接，焊縫復雜，焊接工作量大。

（3）吊桿錨固構造空間較小，焊縫密集，錨點平面度要求高。

（4）支撐鋼架、橫梁均為高強螺栓連接結構，孔群連接接頭較多。

4 關鍵工序及質量控制

風陵渡大橋加固鋼結構工程中，鋼結構制作的關鍵技術在于鋼構件幾何尺寸精度的控制、焊接質量的控制及防腐處理的控制。針對各部位的結構特點、受力狀態、鋼結構組裝及安裝裝配要求，現有以下幾項關鍵工藝項點，應在制造中加以重點控制。

4.1 箱形拱肋、鋼拱箱橫梁桿件制造精度控制

鋼箱拱肋為等截面箱形桿件，且拱軸線處于懸連線上，整體組裝精度較難控制，故應采取如下控制措施：

（1）針對該類桿件的結構特點設計專用箱形組裝胎型，采用機械頂彎和火焰矯正相結合的方法來確保頂底板的拱度，同時調整板塊單元的組裝順序。

（2）箱形桿件隔板作為桿件組裝的內胎，是控制桿件組裝精度的關鍵。因此，對隔板周邊全部采用機加工，根據焊接收縮情況確定工藝留量。

（3）對影響桿件箱口尺寸的腹板板塊采用先荒料對接，再采用放樣切割成形的施工方法，以確保鋼拱箱的組裝精度。

（4）在箱口部位設置臨時支撐，以控制箱口尺寸。

4.2 鋼橫梁、支撐鋼架、托架的制孔工藝

鋼橫梁為雙腹式桁架結構。上下弦桿均為槽鋼拼接箱型，腹桿為“米”字形結構，采用工字鋼連接，兩桁架之間采用工字鋼通過高強螺栓連接，上下弦桿均貼加強鋼板。

橫梁制造時，型鋼采用鋸切機下料，上下弦桿先拼接成箱形，然后再用數控鉆床進行鉆孔，腹桿鋸切后劃線、鉆孔。鉆孔后，各構件在平臺上進行栓接，拼裝過程中要注意預拱度的設置，以滿足吊裝后的要求，當有接頭不能滿足要求時，應進行配孔。支撐鋼架、托架形狀與鋼橫梁相似，制造過程同鋼橫梁。

4.3 鋼橫梁、支撐鋼架、托架組裝精度控制

鋼拱箱橫梁、支撐鋼架、托架是本項目加固工程的關鍵構件，由于其結構特殊、孔群復雜，故組裝精度控制是重點控制點之一，可從以下幾個方面進行控制：

（1）單元件幾何尺寸精度控制。根據結構形式，主要單元件是縱梁、豎桿、斜桿和節點板。

縱梁由雙槽鋼及蓋板組焊成。首先，鋼板進場復驗合格后，采用滾板機滾板以消除內應力；對槽鋼進行調直；在專用胎架上精密組裝；采用線能量較小的CO2氣體來保護半自動焊接工藝，控制焊接變形；采用高精度的制孔工藝裝備，來保證孔群的精度。

豎桿、斜桿為工字型，下料前進行調直，之后采用高精度的制孔工藝裝備，以保證孔群精度。節點板鋼板進場復驗合格后，采用滾板機滾板以消除內應力，數控下料，采用數控鉆孔為主，樣板鉆孔為輔的方法，以保證孔群精度。

（2）鋼拱箱橫梁、支撐鋼架、托架整體組裝精度控制。結合鋼拱箱橫梁、支撐鋼架的結構特點，在地平臺上先將散件采用平面展轉法組裝成單片，之后再采用立體組裝的方法，組裝成整體桁架。組裝時，先組裝豎桿，再組裝斜桿。

4.4 鋼箱拱、鋼橫梁、支撐鋼架、托架等預拼裝質量控制

預拼裝工藝是制造精度和橋位架設精度的聯系紐帶，是必不可少的一道重點工藝。為保證鋼箱拱、鋼橫梁、支撐鋼架、托架等構件的整體線形及幾何尺寸，擬采取如下措施：

（1）預拼裝在專用的胎架上進行，胎架應有足夠的強度，以確保試拼裝過程中不產生變形；試拼裝前，對胎架測平，確保試拼裝平面度的精度要求。

（2）預拼裝時，各單元均處于自由狀態進行，以確保檢測結果的準確性和可靠性，達到預拼裝的目的。

（3）每次定位下一節段鋼拱箱時，均需檢測預拼裝長度、拱度、鋼拱箱平面度、箱口對角線差等項點，以確保整體預拼裝精度。

（4）對于鋼橫梁、支撐鋼架、托架等桁架結構，若整體尺寸滿足汽車運輸要求，則先進行涂裝作業，預拼裝后不解體，直接裝車運抵現場。否則，先預拼裝后再涂裝。

4.5 鋼拱肋橋位架設控制

鋼拱肋為曲線形箱型結構，橋位架設時，易產生彈性壓縮變形及環縫焊接收縮變形，從而影響拱肋成型曲線及豎向拉索角度位置。架設時，在支架上擺放就位，通過全站儀測量控制系統找正其接口空間位置，調整拱肋接口精確匹配，就位后，連接鋼拱箱節段構成整體。