脊骨式鋼梁跨河施工技術(shù)分析

□文/劉曉

脊骨式鋼梁跨河施工技術(shù)分析

□文/劉曉

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，脊骨式鋼箱梁這一結(jié)構(gòu)因其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸應(yīng)用到城市橋梁建設(shè)中。文章以天津西站項(xiàng)目脊骨式鋼箱梁跨河工程為例，分析了脊骨式鋼箱梁從加工制作到現(xiàn)場(chǎng)安裝的難點(diǎn)，總結(jié)了加工制作以及跨河施工的經(jīng)驗(yàn)。

脊骨式；鋼梁；跨河；施工

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，擁堵問(wèn)題日益突出，發(fā)展城市橋梁建設(shè)勢(shì)在必行；而如何降低橋梁墩柱占地面積，擴(kuò)大橋梁斷面，提高橋梁通行的服務(wù)功能，成為城市建設(shè)者探討和研究的重點(diǎn)。脊骨式鋼梁在降低墩柱占地、提高通行效率方面優(yōu)勢(shì)明顯。本文以天津西站脊骨式鋼梁跨越子牙河工程為例，分析跨河脊骨鋼梁在施工中存在的難點(diǎn)以及應(yīng)對(duì)解決方法。

1　脊骨式鋼梁特點(diǎn)

脊骨式鋼梁采用大懸臂、小箱梁、帶肋梁的結(jié)構(gòu)形式，有效降低了墩柱占地面積，增加了橋面寬度，提升了橋下凈空條件，降低了自身重量，在抗扭剛度、抗失穩(wěn)以及整體受力方面表現(xiàn)出很高地穩(wěn)定性。此外，脊骨式鋼梁舒展的造型，在橋梁外觀(guān)設(shè)計(jì)以及打造橋梁景觀(guān)方面體現(xiàn)出很好地優(yōu)越性。

2　工程概況

西站西大橋主線(xiàn)為上下行布置，單幅寬度12.49m，匝道橋梁總寬8m（共A、B、C3條匝道），全線(xiàn)在主線(xiàn)橋以外均設(shè)置了地面輔道，單側(cè)輔道寬度9m，單側(cè)人行道寬3m。

跨子牙河段上部結(jié)構(gòu)為脊骨式變截面連續(xù)鋼箱梁，跨度為45m+76m+45m，外側(cè)懸臂3.5m，挑梁間距4m，內(nèi)側(cè)懸臂2m，挑梁間距2m，總質(zhì)量4096t。

3　施工難點(diǎn)分析

1）脊骨式鋼梁制作安裝難。由于跨河段鋼梁脊骨式變截面的特點(diǎn)，增加了鋼梁的制作難度。鋼梁采取14.99～21.21m變寬，2.2～4.2m變高的形式且鋼梁位于豎曲線(xiàn)頂部，是一種具有平、縱、曲線(xiàn)的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)安裝精度難以控制。

2）水上作業(yè)施工難。由于鋼箱梁形式特殊，需采用龍門(mén)吊進(jìn)行水上吊裝，龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)處理技術(shù)難度大，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，而子牙河現(xiàn)狀兩側(cè)距離堤壩坡腳20m范圍內(nèi)水深不足1m，無(wú)法使用浮船焊接平臺(tái)，使水上施工增加了難度。

4　施工要點(diǎn)

為克服脊骨式鋼梁跨河施工的難點(diǎn)，以下主要從脊骨式鋼梁（簡(jiǎn)稱(chēng)“鋼梁”）的制作、水上平臺(tái)設(shè)計(jì)與施工以及脊骨式鋼梁安裝3方面對(duì)施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)以及操作要點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)。

4.1鋼梁的制作

4.1.1切割下料

由于本工程鋼梁異形構(gòu)件約占全部構(gòu)件的60%，因此，所有鋼板優(yōu)先采用精密（數(shù)控、半自動(dòng)）切割下料，手工氣割及剪切僅用于工藝特定或切割后仍需加工的零件。采用數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行切割下料時(shí)，應(yīng)根據(jù)形狀、復(fù)雜程度、尺寸大小和精度要求規(guī)定切割切入點(diǎn)、推出點(diǎn)、切割方向和切割順序，同時(shí)，應(yīng)注意預(yù)放焊接收縮量，一次切割下料成活。

4.1.2梁段制作

在梁段制作方面，采用了鋼梁廠(chǎng)內(nèi)相鄰梁段匹配制造的方法。在加工廠(chǎng)布置一套與成橋線(xiàn)形一致的鋼梁，匹配制造合箱胎架并在胎架上按照鋼梁成橋形式逐一進(jìn)行各個(gè)梁段的合箱制作，從而確保鋼梁現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)的精度。實(shí)踐證明，這一方法不僅可以有效節(jié)省鋼梁廠(chǎng)內(nèi)的制作時(shí)間，還可以節(jié)省預(yù)拼裝以及現(xiàn)場(chǎng)的安裝時(shí)間，有利于縮短箱梁的施工周期。

4.1.3鋼梁焊接防變措施

在焊接制造時(shí)，為減少單元件焊接變形，根據(jù)焊接變形的方向預(yù)設(shè)了反變形數(shù)值且在焊接工藝上大量采用了藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊、埋弧自動(dòng)焊，最大限度地控制變形在允許差范圍內(nèi)。

4.2平臺(tái)設(shè)計(jì)與施工

4.2.1河中鋼管樁壓載試驗(yàn)

為保證平臺(tái)施工的安全，驗(yàn)算河中鋼管樁實(shí)際承載力，選定于樁位處進(jìn)行鋼管樁壓載試驗(yàn)。當(dāng)鋼管樁打設(shè)完成24 h，土體與鋼管撐之間產(chǎn)生較大粘聚力后，開(kāi)始進(jìn)行壓載試驗(yàn)。千斤頂加載過(guò)程為逐級(jí)加載，首級(jí)荷載200kN，最終荷載為1100kN，每加一級(jí)荷載靜停1h。

4.2.2鋼梁安裝平臺(tái)

為保證箱梁打頂位置都為箱梁的肋板處，平臺(tái)的位置依照箱梁分塊線(xiàn)進(jìn)行確定。平臺(tái)基礎(chǔ)為φ600mm圓管樁，橫向間距為3～3.6m，入土深度為7～16m，橫梁采用雙拼I360b橫梁。由于子牙河為現(xiàn)行航道，需保留12m航道以滿(mǎn)足過(guò)往船只通行，因此，航道處縱梁采用H 700型鋼與雙拼I560工字鋼結(jié)合的形式。與此同時(shí)，在鋼管撐上布置20#槽鋼作為水平撐，10#角鋼作為剪刀撐，以保證整個(gè)平臺(tái)的穩(wěn)定性。

4.2.3龍門(mén)吊軌道平臺(tái)

平臺(tái)分為左右兩排，間距為32m，基礎(chǔ)為φ600mm圓管，橫梁采用I360疊合梁，縱梁采用H 700型鋼。在航道處縱梁采用H 700疊合梁結(jié)構(gòu)，保證龍門(mén)吊工作時(shí)平臺(tái)的安全。圓管撐在橫橋向和縱橋向間均設(shè)置水平撐，剪刀撐橫向采用φ40mm圓管，以保證整個(gè)平臺(tái)的穩(wěn)定性。

4.3鋼梁的安裝

4.3.1鋼梁焊接

為保證成橋線(xiàn)形與全橋運(yùn)營(yíng)安全，提高焊接質(zhì)量，控制焊接變形，合理選擇焊接方法，編制焊接工藝流程，嚴(yán)格控制焊前清理質(zhì)量并對(duì)橋址環(huán)境對(duì)焊接施工可能造成的影響因素進(jìn)行了深入的分析和充分的考慮。

1）焊接方法。大量采用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊、埋弧自動(dòng)焊，這種焊接方法有利于縮短焊接的施工周期，降低焊接的勞動(dòng)強(qiáng)度。箱梁頂板大環(huán)口均采用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊打底，埋弧自動(dòng)焊蓋面；箱梁底板、縱橫隔板采用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊；箱梁底板縱向加勁肋（板肋及U形肋）嵌補(bǔ)段間的焊縫兩端氣切坡口并修磨，U形肋內(nèi)側(cè)焊接鋼襯墊，采用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊或手工電弧焊；定位焊采用手工電弧焊或CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊。

2）焊接程序。首先進(jìn)行節(jié)段組裝焊縫的焊接，然后進(jìn)行節(jié)段間環(huán)形焊縫的焊接；節(jié)段組裝焊縫先中間、后兩邊，先焊對(duì)接焊縫、后焊角接焊縫；焊接環(huán)形焊縫時(shí)，先進(jìn)行腹板、底板以及面板對(duì)接焊縫的焊接，然后進(jìn)行其他縱向構(gòu)件對(duì)接焊縫的焊接；節(jié)段組裝和環(huán)形焊縫焊接時(shí)，需要雙數(shù)焊接人員進(jìn)行對(duì)稱(chēng)焊接。

3）環(huán)境控制。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置溫、濕度計(jì)，定時(shí)檢測(cè)并采取相應(yīng)措施；遇風(fēng)雨天氣且必須進(jìn)行焊接施工時(shí)，搭建防風(fēng)、防雨棚，從而為局部施工創(chuàng)造必要環(huán)境。

4.3.2鋼梁安裝

鋼梁施工段涉及29#～32#4個(gè)墩位，共3跨，利用墩柱進(jìn)行鋼箱梁定位，分3部分進(jìn)行施工。合龍段設(shè)置在每跨的中部，見(jiàn)圖1。

圖1　鋼箱梁安裝順序

5　施工效果

本工程跨河段脊骨式鋼梁架設(shè)完畢后的質(zhì)量驗(yàn)收數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1　脊骨式鋼梁質(zhì)量驗(yàn)收數(shù)據(jù)mm

6　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在鋼梁的制作安裝以及平臺(tái)設(shè)計(jì)施工等方面采取上述施工措施，脊骨式鋼梁在施工質(zhì)量方面得到了保證和提升。同時(shí)，本工程跨河脊骨式箱梁龍門(mén)吊吊裝的方式，替代了河上架設(shè)鋼梁采用的運(yùn)梁小車(chē)的方式，成功解決了脊骨梁梁底線(xiàn)型為曲面所導(dǎo)致的安裝定位困難的問(wèn)題，為今后同類(lèi)水上脊骨式鋼梁施工提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.013

□U445.4

□C

□1008-3197（2015）03-35-02

□2015-06-17

□劉曉/女，1986年出生，助理工程師，天津市津源投資發(fā)展有限公司，從事建設(shè)工程管理工作。