大跨徑系桿拱橋拱肋橋面吊裝施工技術(shù)

摘要：1-140m系桿拱橋上跨高速公路，是目前全國高速鐵路上跨度最大的鋼管砼提籃系桿拱，全橋采用先梁后拱的施工方法，本文主要以此橋拱肋上橋、橋面拱肋吊裝為例研究探討大型拱肋橋面吊裝施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：系桿拱 拱肋 橋面吊裝 施工技術(shù)

1 工程概況

該橋跨度1-140m，拱肋為鋼管砼系桿拱，上跨繞城高速公路，與其交角136度。

系桿拱橋拱肋軸線為拋物線。拱肋矢跨比為1/5，拱肋平面內(nèi)矢高28米，拱肋橫截面采用啞鈴形，拱截面全高4米，沿程等高布置，主拱鋼管直徑1300mm，板厚20mm，鋼管內(nèi)每隔一定距離設(shè)加筋箍，每條拱肋的的管間用板厚為16mm的腹板連接。腹板間每隔一定距離用拉筋焊接。拱肋在橫橋向內(nèi)傾8°，形成提籃式，拱頂處兩拱肋中心距為8.21米，拱腳處兩拱肋中心距16米。

兩拱肋間共設(shè)七道橫撐，其中拱頂處設(shè)“X”字撐，拱頂至拱腳間設(shè)6道K型橫撐，橫撐鋼管為φ600mm、φ500mm及φ360mm。吊桿布置采用尼爾森體系，吊桿傾斜角度在56.8°到72.7°之間。吊桿間距為8米，兩交叉吊桿之間橫向中心距離340mm。

全橋拱肋圖如下：

2 拱肋吊裝節(jié)段劃分

拱肋鋼結(jié)構(gòu)安裝總重約為711噸。4個拱腳預埋件單重約15t，此節(jié)段在系梁施工時已完成；系梁以上拱肋根據(jù)節(jié)段長度及施工工況，將其劃分成11段，左右共22個拱肋節(jié)段，其中1、11分段長約13.6米，重約27噸；2、10分段長約18.1米，重約36噸；3、9分段長約16.3米，重約33噸；4、8分段長約11.7米，重約23噸；5、7分段長約6.1米，重約12噸；6分段為合攏段，長約7.8米，重約15噸。

7榀風撐中1#，7# K撐單重約為10噸；2#，6#K撐為9噸；3#，5#K撐為8噸；中部撐重量為13噸。

拱肋節(jié)段圖如下：

3 吊機及拱肋上橋

由于系桿拱跨繞城高速及天然氣管線，與繞城斜交136°。現(xiàn)場地面無法走行吊機進行全橋拱肋吊裝，所以采用吊機上橋進行安裝。

考慮墩高及系梁高度，根據(jù)梁端工況，采用350T汽車吊將160T及60T吊機依次吊裝上橋。

拱肋節(jié)段則通過橋面吊機在橋下施工便道處直接從拖車上吊裝至橋面，然后在橋面進行轉(zhuǎn)移至各節(jié)段起吊處。

4 橋面拱肋吊裝

4.1 施工流程

工程前期準備→臨時支撐定位測量及拱腳復測→臨時支撐及工裝、工作平臺搭設(shè)→構(gòu)件現(xiàn)場報檢→測量控制及調(diào)試吊裝設(shè)備→吊裝鋼管拱肋分段、吊裝風撐→全橋軸線調(diào)整→焊接、打磨→涂裝補漆→整理資料→竣工驗收。

4.2 施工技術(shù)準備

①專業(yè)技術(shù)人員熟悉設(shè)計圖紙，詳細了解該工程設(shè)計意圖、結(jié)構(gòu)特點、連接界面形式、技術(shù)要求以及相關(guān)規(guī)范。

②根據(jù)有關(guān)設(shè)計要求本橋結(jié)構(gòu)特點，分析本工程的安裝順序、部位及需配置的起重設(shè)備，確定本工程安裝中的難點為鋼管拱分段吊裝，焊接變形控制以及全橋線形控制。關(guān)鍵工序為相鄰分段及風撐吊裝定位連接后的焊接施工。對于以上施工難點及關(guān)鍵工序，針對性的制定切實可行的安裝工藝和技術(shù)保障措施。

③討論、修改、完善安裝工藝技術(shù)方案。

④分批分層地進行技術(shù)交底工作，使參與施工的全體人員都了解工程的設(shè)計意圖、結(jié)構(gòu)特點。清楚安裝的步驟和要點，明確安裝的質(zhì)量標準，熟悉安裝工藝文件，掌握安裝操作技能。

⑤根據(jù)工程安裝的要求，設(shè)計和制作相應的工藝設(shè)備。

⑥根據(jù)吊裝工藝要求及構(gòu)件組合形狀、重量，吊裝場地情況，選擇合理的吊裝機械、工具設(shè)備，確定施工場地的平面布置、道路要求、供電配電要求、施工人員配置，構(gòu)配件需要量計劃等。

⑦橋面梁臨時荷載的校核

現(xiàn)場安裝過程中橋面梁荷載包括鋼管拱及風撐、鋼管支撐、焊接設(shè)備等。將橋面載荷的分布及重量成圖后提交設(shè)計、監(jiān)理審核、驗證。確認后作為實施吊裝方案的依據(jù)。

⑧根據(jù)以上條件進行施工方案的總體設(shè)計，并提交評審。

4.3臨時支撐、施工平臺安裝

①測量人員依據(jù)臨時支撐平面位置圖，測量檢查臨時支撐底座鋼板和攬風繩錨點的位置。確認位置符合要求后，作好正交十字軸線標記，記錄點位標高值。

②依據(jù)制作廠內(nèi)預拼的連接標記，進行臨時支撐的橋面組裝，臨時支撐的組裝完成后，將纜風繩的上端與臨時支撐上部連接。然后進行臨時支撐的吊裝，支撐立起后，分別拉好兩端的纜風繩，在測量儀器的監(jiān)測下，通過增減支撐下部的鋼墊板配合調(diào)整纜風繩的長度，調(diào)整支撐的垂直度。調(diào)整完畢后，進行纜風繩的錨固，以及臨時支撐下部法蘭盤與橋面間安裝緊固。

③在支撐管頂部搭設(shè)鋼管腳手架，進行擴展工作平臺、工作護欄的搭設(shè)和走道板的鋪設(shè)。

④在臨時支撐頂端上工裝支架由槽鋼組成。同時，測量人員將支架的定位尺寸臨時支撐上放樣，支架拼裝好后，安裝人員依次將支架吊裝到位，測量人員隨時觀測支架的定位數(shù)據(jù)，并指導安裝人員對支架進行調(diào)整，待定位后用槽鋼在橫橋向及縱橋向?qū)εR時支撐進行連接，形成一個剛性的整體。

臨時支撐結(jié)構(gòu)如下圖所示

臨時支撐結(jié)構(gòu)說明：拱肋分段由［160剛性支座支撐，吊裝施工時，拱肋軸線的水平面投影位于外側(cè)鋼管軸線投影附近。［160剛性支座頂面到鋼管管頂封板之間預留了千斤頂行程下限高度（500mm），可用千斤頂調(diào)節(jié)拱肋分段安裝高度，拱肋安裝的水平位移控制由［160剛性支座頂面的橫向定位樁控制。

4.4主拱肋吊裝

4.4.1吊裝方法

全橋共11個節(jié)段，吊裝前均須搭設(shè)好門字架（平面內(nèi)“井”字，1#及11#為槽型“[”），同時，主拱肋吊裝前在拱腳上端口下弦裝焊好定位碼板，再將吊索與鋼管拱及吊鉤通過卸扣連接好，并在鋼管拱兩端分別系上纜風繩。吊車將鋼管拱吊起到離地面約0.5米高度，檢查吊裝工況，確認滿足各項要求，再繼續(xù)提升到安裝高度。地面人員通過纜風繩配合吊車調(diào)整拱段的空中姿態(tài)，使拱段低端與拱腳段對位。高端上弦管輕靠落放在鋼管支撐內(nèi)側(cè)的定位工裝上，再使吊鉤緩緩下落。

利用橫向及縱向千斤頂對拱肋高端安裝位置進行微調(diào)，在全站儀的監(jiān)測下，調(diào)整拱段的軸線及標高，符合要求后，先在拱段上端與支撐工裝間焊裝鋼性支撐結(jié)構(gòu)，然后進行拱段下端與預埋段間定位碼板的焊裝。

4.4.2 吊裝順序

①HFD-1Y，HFD-1Z分段鋼拱肋單元吊裝

將1分段轉(zhuǎn)運到橋下施工便道處，160噸汽車吊在橋上吊裝至橋面并放置到吊裝工位。將其吊裝就位。同時利用60T吊車進行HFD-11Y，HFD-11Z臨時支架搭設(shè)。

②HFD-11Y，HFD-11Z分段鋼拱肋單元吊裝

將11分段轉(zhuǎn)運到橋下施工便道處，160噸汽車吊在橋上吊裝至橋面并放置到吊裝工位。將其吊裝就位。同時利用60T吊車進行HFD-2Y，HFD-2Z臨時支架搭設(shè)。

③HFD-2Y，HFD-2Z分段鋼拱肋單元及HH-1橫撐吊裝

將11分段轉(zhuǎn)運到橋下施工便道處，160噸汽車吊在橋上吊裝至橋面并放置到吊裝工位。將其吊裝就位。同時利用60T吊車進行HFD-10Y，HFD-10Z臨時支架搭設(shè)。

分段吊裝及碼板定位完成后測量兩側(cè)橫撐短接頭間距，并根據(jù)間距等量切割橫撐端口余量，然后進行吊裝定位，并用碼板固定并進行焊接，此時只焊接一側(cè)的上下弦焊縫，另一側(cè)應留待合攏后進行焊接。

依照左右對稱吊裝順序，運用相同的方法依次逐段進行轉(zhuǎn)運和吊裝，在橋一側(cè)進行吊裝的同時在另一側(cè)交叉進行焊接作業(yè)，直至完成3分段(如上圖)。

由于拱肋上橋均在橋下施工便道處，且施工便道處8#9#拱肋節(jié)段之間，若繼續(xù)采用對稱施工則橋面在搭設(shè)7#-8#臨時支撐后，拱肋上橋受影響，根據(jù)實際將后續(xù)吊裝順序調(diào)整為HFD-4Y(Z)， HFD-9Y(Z)，HFD-8Y(Z)，HFD-7Y(Z)，HFD-5Y(Z)，HFD-6Y(Z)。

④HFD-4Y(Z)，HFD-9Y(Z)，HFD-8Y(Z)三段吊裝

方法同上，均將拱肋逐段從橋下便道吊裝至橋面起吊位置進行吊裝。

⑤HFD-5Y(Z)，HFD-7Y(Z)，HFD-6Y(Z)三段吊裝

此三段吊裝工況較為復雜，須提前充分考慮吊機的旋轉(zhuǎn)角度及施工吊裝時吊裝旋轉(zhuǎn)所需的空間，經(jīng)仔細分析，由于橋面4#-7#臨時支撐支墩間距橫向最大為6.7m，若按照前逐段吊裝至橋面后逐段安裝，臨時支墩間距6.7m不能滿足160T吊機吊裝節(jié)段上橋時前后旋轉(zhuǎn)所需的平面內(nèi)橫向9.6m旋轉(zhuǎn)空間。故在立5#及6#臨時支墩前，所有5#-7#拱肋節(jié)段，包括5#及6#四個臨時支墩均必須提前吊裝至橋面，并放置在合適的位置以備各吊裝階段的銜接以及拱肋節(jié)段的可行轉(zhuǎn)運。因此，充分考慮后續(xù)各種工況，先將HFD-6Y(Z)兩節(jié)段擱置在6#-7#支墩之間平面內(nèi)口字形中央，堆放成雙層，平面內(nèi)占用橫橋向距離為HFD-6Y(Z)節(jié)段長度7.8m，然后將HFD-7Y(Z)兩節(jié)段分別擱置在6#-7#支墩間HFD-6Y(Z)節(jié)段沿順橋向的左右側(cè)，分別占用橫橋向距離4m，之所以這么考慮是由于橋面中間段寬17.8m＞(4*2+7.8=15.8m)，堆放方案可行；最后將HFD-5Y(Z)分別吊裝堆放在4#-5#支墩之間的平面口字形支墩的橫橋向的外側(cè)，將5#支墩兩個立柱吊裝堆放在3#-6#支墩間橋的左側(cè)雙層堆放，然后直接將6#兩個支墩分別從橋下便道上將其吊起安裝在橋面設(shè)計的位置定好位。在連接好平縱聯(lián)后，首先開始吊裝HFD-7Y(Z)，此時160T吊機依然4#-6#支墩之間，在吊裝完HFD-7Y(Z)后，立好5#左右臨時支墩，將HFD-5Y(Z)分別安裝就位，然后160T吊機轉(zhuǎn)移至3#-5#支墩之間，此時160T吊機因橫向平聯(lián)及吊裝距離限制而無法單獨完成HFD-6Y(Z)的吊裝，但是利用提前擺在8#-9#支墩間的60T吊機，與160T吊機一起將擺放在6#-7#支墩平面內(nèi)口字中央的HFD-6Y(Z)轉(zhuǎn)移至5#-6#支墩之間，然后利用160T吊機將其HFD-6Y(Z)吊裝就位。

此三段吊裝時須特別注意的是在第七節(jié)段吊裝完成后，必須根據(jù)第5、7拱肋分段的端口間距，對合攏段段的兩側(cè)端口余量進行對稱切割，修整完畢開制焊接坡口，安裝定位碼板，然后進行起吊就位。

⑥K撐吊裝

全橋合攏后應先焊接橫撐另一側(cè)焊縫，焊接完成后方可進行K撐安裝。

K撐均為帶相貫線的，管材不在現(xiàn)場裝焊，根據(jù)圖紙，按照下弦管——上弦管——腹桿的順序進行安裝，安裝定位完畢后應在左右側(cè)對稱施焊，以免焊接應力造成拱肋軸線偏移。

拱頂X撐應按照下弦X撐——腹桿——上弦X撐的順序進行裝焊

4.5焊接施工控制

4.5.1 焊工要求

①焊工須經(jīng)專門的技術(shù)培訓、考試合格后持證上崗作業(yè)。

②焊工必須熟悉所承擔工作任務的具體工藝要求。

③焊工經(jīng)技術(shù)交底、并經(jīng)焊接工程師考核認可后方能上崗作業(yè)。

④焊工必須嚴格按焊接工藝規(guī)程的要求進行焊接。

4.5.2 焊接工藝

①開工前，根據(jù)《鐵路鋼橋制造規(guī)范》TB10212-2009要求，進行焊接工藝評定試驗。

②焊接工藝評定試驗項目：強度試驗、彎曲試驗、沖擊試驗、硬度試驗及金相試驗等。

③焊接工藝評定報告的結(jié)果滿足設(shè)計要求后，才能作為編寫本橋焊接工藝規(guī)程的依據(jù)。

④焊接施工嚴格按照焊接工藝規(guī)程執(zhí)行。

4.5.3 焊接要求

①嚴禁在焊縫以外的母材上隨意引弧。

②角焊縫的轉(zhuǎn)角處包角應良好，焊縫的起落弧處應回焊10mm以上。

③多層多道焊時，各層各道間的熔渣必須徹底清除干凈。

④氣體保護焊在風速超過2米/秒、手工電弧焊在風速超過8米/秒時，應采取良好的防風措施。

⑤施工人員如發(fā)現(xiàn)焊縫出現(xiàn)裂紋，應及時通知工藝員，查明原因后才能按工藝人員制訂的方案施工，同時將工藝方案上報監(jiān)理。

⑥雨、雪天無有效防護措施時嚴禁施焊。

4.5.5 無損檢驗

無損檢驗按《鐵路鋼橋制造規(guī)范》TB10212-2009中的要求執(zhí)行。所有的全熔透焊縫均要求進行100%超聲波探傷。

4.5.6 焊縫返修

①焊縫返修及修磨按《鐵路鋼橋制造規(guī)范》TB10212-2009要求進行。

②焊波、余高超標、焊縫咬邊≤1mm時，采用砂輪機修磨勻順。

③焊腳尺寸不足、焊縫咬邊＞1mm時，可采用手工電弧焊進行補焊，后用砂輪機修磨勻順。

④焊縫內(nèi)部缺陷的返修先用碳弧氣刨或砂輪機清除后，再采用手工電弧焊進行返修焊接。

⑤焊接裂紋清除時沿裂紋兩端各外延50mm，并采取措施防裂紋擴展。

⑥焊縫同一部位的返修次數(shù)不宜超過兩次；超過兩次以上的返修必須查明原因，制定相應的返修工藝；返修工藝須經(jīng)技術(shù)總負責人批準后才能實施。

⑦返修焊縫的質(zhì)量要求與原焊縫相同。

4.6整體軸線測量控制

在全站儀的監(jiān)測下依照吊裝順序逐段進行鋼管拱的軸線及各段端點的標高值的調(diào)校，每校正好一段方可開始進行焊接施工。焊接完畢后對拱肋線形進行測量記錄，對符合設(shè)計要求的超差部分在后續(xù)分段吊裝施工時作為調(diào)節(jié)線形的參考依據(jù)，并依此調(diào)整后續(xù)分段的焊接收縮等余量，確保全橋線形滿足設(shè)計要求。

5結(jié)語

通過1-140m系桿拱橋橋面拱肋吊裝施工技術(shù)探討，為以后類似大跨徑系桿拱橋橋面拱肋吊裝施工積累了經(jīng)驗。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文