大型市政鋼橋的制造、安裝施工關鍵技術(shù)

裴彥軍

中鐵建工集團有限公司 北京 100160

我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，城市化程度不斷提高，城市道路需求也越來越高，其發(fā)揮主要作用的是城市快速路或由主干道構(gòu)成的高架道路。目前來說，市政及公路橋梁以混凝土結(jié)構(gòu)為主，鋼橋大部分應用于立交橋和跨線、跨路橋。但是，隨著我國鋼材產(chǎn)量的提高，伴隨著鋼橋設計水平及鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的提高，為消耗過剩產(chǎn)能，鋼橋的建造數(shù)量在不斷地增加。特別在市政道路的高架橋中，鋼橋因其抗扭性能好、截面輕盈、施工速度快、可減少對交通的影響等優(yōu)點，受到越來越多的橋梁工程師的青睞和關注[1-3]。本文以呼和浩特市海拉爾東街—海拉爾西街—金海路改造提升工程為依托，對大型市政鋼橋制造、安裝關鍵施工技術(shù)進行總結(jié)，為同類工程提供施工經(jīng)驗。

1 工程概況

海拉爾東街—海拉爾西街—金海路改造提升工程位于呼和浩特市北部，起點為海拉爾街/科爾沁路交叉口，終點為金海路/西三環(huán)（黃金道）交叉口，全長約26.0 km。全線采用高架主路＋地面輔道形式。上部結(jié)構(gòu)采用鋼-混組合梁，直線段結(jié)構(gòu)形式為主梁等高、橋面等寬，主梁為單箱多室開口鋼箱梁，支點處橫梁為封閉鋼箱梁，主梁與鋼橫梁連接，橋面板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，與鋼箱梁之間通過設置在鋼箱梁翼緣板頂面的剪力釘連接在一起。標準橋面寬25.5 m，橋梁豎曲線最大半徑25 000 m，平曲線最大半徑65 000 m，橋面設雙向1.5%的對稱橫坡或單向橫坡（圖1）。橫梁與主梁、主梁縱橫向之間全部采用焊接連接。高架橋鋼-混組合梁布設根據(jù)不同的路段、十字路口和河道情況，分別由單孔簡支梁、多孔連續(xù)梁組成。鋼-混組合梁橋面板厚度（頂板＋鋪裝混凝土厚度）為250～350 mm，鋼梁上翼緣為24～50 mm，底板厚度12～50 mm。

圖1 鋼橋橫斷面效果圖

2 施工關鍵技術(shù)

2.1 鋼橋分段方案

由于焊接存在缺陷，在應力較大處容易被破壞，故縱向劃分應避開跨中、支墩和受力較大處。劃分時應盡量減少節(jié)段數(shù)量，從而減少現(xiàn)場臨時支架的數(shù)量，降低施工成本，且有利于結(jié)構(gòu)安全。環(huán)口選在兩橫隔板中央處，避免環(huán)口焊縫與隔板焊縫集中。綜上考慮，本工程采用縱向、橫向梁段相結(jié)合的分段方案。

鋼橋分段細部處理：

1）橫向環(huán)縫頂板、底板與腹板錯開間距不得小于200 mm，為方便吊裝，前后梁段對接縫類似“Z”形，腹板離隔板的最小距離不得小于300 mm，如圖2所示。

圖2 鋼橋縱向分段接口示意

2）主縱梁橫向分段宜保證縱向各段沿橋長方向在架梁時有相同的撓度，即自重/抗彎剛度相同，且縱向?qū)涌p形式類似凹凸形，如圖3所示。

圖3 鋼橋橫向分段接口示意

3）橫向環(huán)縫處，頂板、底板、腹板的縱肋設一段長度不小于400 mm的嵌補段，如圖4所示。

圖4 嵌補段縱肋與主板相對位置示意

2.2 拼裝胎架線形控制

鋼橋加工制造是在工廠胎架上完成的，胎架線形設置和控制是整個鋼橋制造線形控制的關鍵。胎架線形，是指為達到鋼橋制造線形，充分考慮加工工藝等影響因素，在制造線形的基礎上增設預反變形量后的線形。胎架豎向曲線＝鋼橋設計曲線＋設計圖紙中設計預拱＋施工預拱。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，本工程施工預拱確定為10～20 mm。

2.3 臨時支撐設計

臨時支撐采用格構(gòu)式支撐設計，考慮臨時支撐制作、運輸、安裝成本，本工程采用標準節(jié)＋非標節(jié)的支撐設計。在工廠加工制作的臨時支撐標準節(jié)，以每2 m或6 m為一標準節(jié)，采用單片組合，外形基本組合尺寸為2 m×4 m。由a、b、c三個組件構(gòu)成，可在施工中根據(jù)需要隨意組合、任意擴展，臨時支撐標準節(jié)如圖5所示。

圖5 臨時支撐標準節(jié)

臨時支撐標準節(jié)立桿采用法蘭系統(tǒng)對接，組件b與組件a、c之間采用螺栓連接。這樣的設計可方便臨時支撐的安裝、拆除，縮短施工周期，同時也方便臨時支撐的運輸及堆放。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，確定臨時支撐非標節(jié)高度。臨時支撐計算采用Midas Civil軟件，按吊裝工況的不同進行分析計算，結(jié)果滿足規(guī)范要求。

2.4 梁段橋位吊裝順序

為確保鋼橋成橋軸線偏位在JTG TF50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》允許的偏差范圍內(nèi)，本工程梁段橋位按照邊橫梁、主縱梁、中間橫梁順序吊裝，吊裝順序如圖6～圖9所示。

圖6 邊橫梁吊裝

圖7 第一跨縱梁吊裝（由縱梁中段往兩側(cè)順序吊裝）

2.5 梁段調(diào)整方法

梁段橋位施工接口匹配原則：按接口剛性強的位置到剛性弱的位置這一順序依次完成匹配。梁段接口匹配控制程序為：起吊梁段與前一段平齊→對齊主腹板（橫梁）、主隔板（縱梁）→安裝頂板對拉螺栓、臨時連接件→測量梁段高程及軸線→調(diào)整梁段前端高程及軸線→安裝底板對拉螺栓、臨時連接件→測量主梁前端高程及軸線→調(diào)整梁段前端高程及軸線。

圖8 中橫梁吊裝（先吊裝中段，后吊裝兩側(cè)梁段）

圖9 依次吊裝剩余梁段，至全橋完成

梁段安裝至既定位置后，若與設計位置存在偏差，則需對梁段進行精確調(diào)整，調(diào)整按照先平面位置后高程的順序進行。以縱梁調(diào)整為例，具體操作方法如下：

1）平面位置精確調(diào)整方法。在安裝完畢的梁段與待進行調(diào)整的梁段的頂板及底部腹板上各焊接反力塊，然后在2個反力塊間安裝千斤頂，通過千斤頂?shù)捻斖屏硗瓿闪憾螜M橋向及順橋向位置的調(diào)整，第一件縱梁安裝時，通過在臨時支撐分配梁上設置反力架進行橫橋向的調(diào)整，具體如圖10、圖11所示。

圖10 梁段橫向調(diào)整俯視

圖11 縱梁橫向調(diào)整立面

2）垂直方向精確調(diào)整方法。在梁段分段經(jīng)過平面位置的調(diào)整以后，再進行垂直方向的調(diào)整。梁段垂直方向通過千斤頂進行調(diào)整，千斤頂要放在支撐體系鋼梁上方。由于單點受力較大，千斤頂不能直接頂在梁段底板，要在液壓桿上放置一塊鋼板，調(diào)整時要精確測量，達到設計要求后，在臨時支撐頂部型鋼上加入薄鋼板頂緊下底板，具體如圖12、圖13所示。

2.6 橋位焊接

為保證鋼橋焊接質(zhì)量，盡量減小焊接殘余應力對橋梁受力的影響，吊裝調(diào)整線形尺寸及塊體間定位檢查合格后，用碼板連接牢固，按如下順序進行焊接：支點橫梁塊體間橫隔板的對接→節(jié)段塊體間普通橫隔板的對接→橫梁底板的縱向?qū)雍缚p→支點位置橫梁頂板的縱向?qū)印c橫梁合龍口腹板（橫隔板）與頂、底板T形接頭緩焊段→節(jié)段塊體間底板的縱向?qū)印?jié)段間底板的橫向?qū)印拱鍖雍缚p→節(jié)段間頂板的橫向?qū)印拱迮c頂、底板T形緩焊段→節(jié)段拼口位置縱肋嵌補段。

圖12 梁段垂直調(diào)整橫向立面

圖13 梁段垂直調(diào)整縱向立面

單條焊縫均從中間向兩側(cè)對稱施焊，焊接方法采取分段退焊法。

2.7 鋼橋卸載施工

鋼橋卸載原則：橫向由中間向兩側(cè)對稱卸載，縱向從跨中向支墩處卸載。

鋼橋卸載具體思路：在臨時支撐調(diào)節(jié)短管附近采用千斤頂將鋼梁頂起，然后火焰切割臨時支撐調(diào)節(jié)短管，切割量控制在10 mm，再松掉千斤頂。

觀察調(diào)節(jié)短管與鋼橋脫離情況，繼續(xù)上述步驟，直到調(diào)節(jié)短管與鋼橋完全脫離。千斤頂與調(diào)節(jié)短管布置如圖14所示。

圖14 千斤頂與調(diào)節(jié)短管布置示意

3 結(jié)語

呼和浩特市海拉爾東街—海拉爾西街—金海路改造提升工程自開工以來，通過對鋼橋市政、安裝一系列關鍵技術(shù)措施進行超前謀劃，確保了施工進度和工程質(zhì)量，取得了良好的社會效益和顯著的技術(shù)經(jīng)濟效果。本文對此進行了闡述與總結(jié)，希望能為同類型工程施工提供借鑒。