新疆烏昌大道跨頭屯河大橋雙層焊接鋼桁架的制造和安裝技術

陶群英 劉德文 程 飛

新疆北新永固鋼結構工程有限公司 新疆 烏魯木齊 831400

1 工程簡介

新疆烏昌大道跨頭屯河大橋新建工程全長1 597 m。橋梁總長901.42 m，其中主橋長586.42 m，引橋長315 m。主橋為（71.07＋80＋71.07）m＋（71.07＋71.07）m＋（71.07＋80＋71.07）m＝586.42 m的三聯雙層鋼桁架橋（圖1），上層橋面至下層橋面總高7.3 m（設計道路中心線虛焦點處）。主桁為無豎桿的華倫桁式體系，分幅設計，標準節間距10 m。材質Q345qE，節點板厚為35 mm和45 mm。主體工程總量25 000 t，總體工程用量28 000 t（附屬結構3 000 t ）。

2 主橋技術特點

2.1 結構特點

1）上下層橋面為正交異性橋面板結構，橋面下設置橫梁，橫梁聯結左右弦桿。上下層橋面通過腹桿聯結（圖2）。

圖1 烏昌大道跨頭屯河大橋效果圖

圖2 桁架標準節點

2）本橋桁架采用無豎桿的華倫式體系，桁架上下軸線間距7.3 m，節間距為10 m，桁架面最大為18.37 m，板厚20～45 mm，上下2層的平均每延米質量20 t左右，每個節間上下2層總質量達到200 t。

2.2 施工技術措施

本橋所處位置為原烏昌快速路，在施工過程中，采用原橋址兩側進行交通分流。工程施工場地狹小，受交通影響；主體結構施工工期為9個月，新疆地區的氣候條件可以滿足室外施工的時間只有6個月，工期較為緊張。因此，必須采用相應技術措施解決這些問題。

2.2.1 結構標準化

本橋設置有雙向0.5%縱坡，并設置豎曲線，根據設計圖紙，每個節點都不相同，均存在比較小的差別。利用桁架橋的設計特點，借鑒鐵路鋼桁架錯孔安裝的方案進行設計線形優化：采用以直帶曲的方式進行節點優化，通過在端口處加余量來保證以直帶曲所造成的弦桿處的張口。優化后，桁架節點均為標準化節點，節點類型減少，同時正交異性橋面結構和腹桿的類型同步減少。

2.2.2 模塊化裝配式施工

焊接桁架結構采用的安裝方式，一般是先組裝桁架結構面，保證整個結構的穩定性，再進行桁架面之間的結構裝焊，或者采用上下2層整體吊裝。本橋采用的是無豎桿的結構，整體吊裝噸位較大，受地域和現場條件限制，實施難度較大；而若先組裝桁架面、后裝焊桁架面之間的結構，則正交異性橋面板的焊接會造成整體焊接變形和殘余應力較大。

經綜合考慮后，我們將左右兩側的下弦桿、橫梁和橋面板單元件先組裝成一個大的吊裝分段（圖3、圖4），分段吊裝完成后再吊裝腹桿，然后整體吊裝上層結構。其上下橋面結構均為標準化分段模塊，可按照“搭積木”的方式依次進行吊裝作業。

圖3 吊裝分段組裝流程

圖4 橫梁定位與橋面定位組裝

3 主橋制作和安裝的原則性方案

將弦桿、腹桿單獨在場內制造成構件運輸至現場，橋面結構劃分成橫梁單元件和橋面單元件（橋面單元件縱向劃分），橋面和橫梁單獨在內場制造成單元件并運輸至現場，將左右兩側的下弦桿、橫梁和橋面板單元件先組裝成一個大的吊裝分段，分段吊裝完成后再吊裝腹桿，然后整體吊裝上層橋面板。

V形支墩處由于結構噸位較大，單側弦桿接近120 t，難以形成整體結構后吊裝，故一次性將下弦桿組裝成整體吊裝，下橋面結構進行散裝，上橋面結構整體吊裝。橋梁采用支架法架設，輔助結構在內場制造完成并運輸至現場安裝后吊裝。

4 主橋制作和安裝的關鍵技術

4.1 結構標準化

4.1.1 放樣

為保證精度，施工時充分利用CAD及Tekla軟件進行了工程建模放樣及深化設計。

4.1.2 降低施工難度

橋面板和橫梁現場散裝造成橋面板單元件與橫梁之間的焊縫為仰焊（橋面板與橫梁齒形板焊縫比較重要），焊接質量不易控制。以往國內大型橋梁的隔板主要有2種形式：整體隔板、分塊式隔板（隔板分成2塊，即隔板不與面板直接接觸，而是通過與橋面板上的齒形板搭接、對接或者T形連接）。

我們將橫隔板分成2塊，增加1道上翼緣，降低現場面板單元件組裝難度，并避免現場仰焊（圖5）。

圖5 隔板分塊示意

4.1.3 標準化技術

1）不考慮豎曲線和其他因素影響，按照水平狀態精確放樣各節點曲線，并將各弦桿精確放樣；精確確定各類弦桿的外形輪廓及軸線。

2）通過CAD精確放樣，確定上下弦桿軸線曲線。

3）在保證各弦桿節點中心點的高程、里程條件下，以水平狀態的下弦桿軸線擬合下弦桿軸線（曲線）；輕微調整弦桿軸線的水平角度，確保各弦桿端口錯邊控制在1 mm以內。

4）判斷各下弦桿節點上的腹桿軸線與上弦桿軸線的交點，然后將標準上弦桿軸線與上弦桿軸線曲線擬合。

5）輕微調整上弦桿軸線，確保上弦桿端口錯邊以及與腹桿端口軸線偏差不大于1 mm。

6）在Tekla軟件中，根據擬合線形精確放出整個橋梁立體大樣，并適當調整軸線，確保端口錯邊量小于1 mm，保證腹桿軸線偏差不大于1 mm。

在弦桿軸線調整過程中，理論端口間間隙控制在8～12 mm。

由于實際放樣結果的弦桿長度不一致，故可以通過在余量端口統一余量長度來保證每根弦桿長度一致。

4.2 模塊式施工

通過放樣將弦桿、腹桿及橋面單元件優化、標準化之后，弦桿、腹桿、橫梁類型及橋面板類型比較少，對生產管理和質量控制較好。

施工時，將左右兩側的下弦桿、橫梁和橋面板單元件組裝成一個大的吊裝分段，然后按照“搭積木”的方式依次進行吊裝作業（圖6）。

圖6 現場吊裝流程示意

控制要點：

1）下層橋面的支撐結構必須保證在整個吊裝過程中不發生支架變形，并保證瞬時沖擊條件下的支架穩定。

2）支架基礎（底部基礎為老路基）采用混凝土擴大基礎以保證不出現沉降。

3）上層支架在落梁時必須滿足支撐結構的穩定性，并保證在瞬時沖擊情況下的結構穩定。

4）上層大安裝節段落架時要有專人指揮及觀察兩側，接近下降部位時，要緩緩對準已經安裝完成節段的弦桿并注意控制待安裝節段弦桿另外一端的中心線以保證與支撐架橫梁上的控制線相重合（圖7）。

圖7 上層橋面吊裝

5）施工過程中加強支架變形和沉降觀測。

4.3 焊接變形控制措施

本橋焊接變形控制主要是弦桿、橋面板、橫梁組裝成整體時的焊接順序及上橋面大段吊裝后的焊接順序控制。

1）大段成型焊接順序：焊接板單元件間對接焊縫（采用單面焊雙面成型的焊接工藝）→焊接完畢后進行橋面整體變形矯正→焊接橋面單元件齒形板與橫梁的角焊縫（從中間向兩側對稱等速焊接）→焊接橫梁與弦桿的角焊縫→焊接橋面單元件與弦桿的角焊縫（下層結構）或對接焊縫（上層結構）。

2）上層大段安裝焊接順序：焊接弦桿腹板對接焊縫→焊接弦桿頂底板焊縫→同時焊接橋面對接焊縫→精確定位腹桿，并焊接（兩側4根腹桿對稱等速）→焊接U肋及縱肋嵌補。

4.4 焊縫探傷的超聲時差衍射技術（TOFD）

鋼結構橋梁設計要求的熔透一級焊縫均需要進行超聲波＋射線探傷的無損檢測技術，以檢測焊縫的內部質量是否符合設計和規范要求。而射線探傷技術適用于探傷時，要求射線源周圍50 m內不能有任何閑雜人員，避免被射線照射損傷身體健康的事件發生，而操作人員也要采取一定的防護措施才能保證安全。

在工廠內進行射線探傷作業時，可以清場進行射線探傷作業。但在工地現場（頭屯河大橋），施工作業區20 m范圍內兩邊均存在烏昌大道的臨時輔道，每天均有大量的車輛往返于烏魯木齊和昌吉之間，顯然焊縫的探傷作業采用射線是不可能的。基于此，工地現場的焊縫探傷均采用超聲波＋TOFD（超聲時差衍射）探傷技術。此技術既保證了來往車輛上人員和施工現場人員的安全，又保證了鋼結構和土建施工的正常進行。

5 結語

烏昌大道跨頭屯河大橋雙層鋼桁架橋是新疆標志性工程，其制作和安裝難度較大，技術含量高。雙層鋼桁架橋梁較多，采用的制作和安裝方式需要根據實際情況進行調整。本橋借鑒裝配式結構的思路，將構件標準化、模塊化，有效地降低施工難度，提高施工效率，保證施工質量，為雙層鋼桁架橋的施工提供了另外一種思路和可能。