180 m自錨式桁吊組合全焊鋼結構橋現場安裝施工技術

代敬輝

(中鐵十八局集團第五工程有限公司,天津 300451)

1 工程概況

天津市進步橋工程西起南開區東馬路,沿規劃通南路線分別跨越張自忠路,海河以及海河東路,終止于河北區進步道與平安街交口處。橋梁跨徑布置為26 m+128 m+26 m,為一座自錨式桁吊組合鋼結構橋,其設計中線橋與海河河道斜交角度為8°,橋梁總長度180 m,橋梁面積4 985.2 m2。橋梁支座以上梁體和桁架結構全部為鋼結構,全橋鋼結構總質量4 654.298 t,材質為Q345qD。如圖1所示。

圖1 進步橋縱斷面(單位：cm)

橋梁上部結構主要由主桁、吊桿、主梁構成。主梁采用鋼箱梁結構形式,正常段梁高為1.5 m,梁寬為20.3 m,箱梁頂板厚度為14 mm,底板厚度12 mm。主桁由上弦桿、豎桿、斜桿以及橫撐、V撐構成,全部為鋼結構。主上弦桿共2根,為單箱單室鋼箱梁結構形式,標準段寬100 cm,高140 cm,鋼板厚40 mm,每隔4.0 m設置1道橫隔板；次上弦桿2根，為φ60 cm的圓鋼管,壁厚16 mm。豎桿是異形組合構件,沿縱橋向每16 m設置1道,共8榀。橫撐均為箱形斷面,鋼板厚度20 mm。吊桿采用直徑為10 cm的鋼拉桿,分別錨固在主梁及主桁上。進步橋橫斷面見圖2。

圖2 進步橋橫斷面(單位:mm)

2 總體施工方案

鋼箱梁段及上部桁架等鋼構件均在工廠按節段制造,用大型平板車運至施工現場,在平臺上現場拼裝；施工平臺采用在河中打設鋼管樁,上面架設型鋼的形式,在拼裝鋼箱前,對施工平臺支架進行超載預壓；通過在箱梁底安裝滾輪采用拖移法拖拉鋼箱梁就位,分段進行鋼箱梁的拼裝焊接；在安裝就位完畢的鋼箱梁頂面搭設支架,利用汽車吊分步吊裝上部桁架桿件,同時用全站儀和水準儀從平面和空間兩個方面進行精確定位。在鋼箱梁開始安裝到所有鋼結構安裝完畢采用大型結構分析軟件ANSYAS,將整橋分為3部分建立分部模型,利用應變片和應變計電腦中控對鋼構件進行應力和變形監控,隨時掌握構件變形和受力變化情況。

3 施工平臺的搭設

跨海河設2座長180 m、寬2.6 m的棧橋,棧橋采用φ600×10 mm長22 m的鋼管樁,每4根樁為1組,采用剪力撐連接。鋼管樁的施工采用20 t浮吊和DZ60振動打拔樁機進行,每根鋼管樁入土至少12 m。棧橋鋼管樁打樁完成后,安裝棧橋上部結構,棧橋鋼管樁頂上橫向鋪雙拼I36B型鋼,在工字鋼上縱向放置一道500 mm×400 mm×16 mm×16 mm H型鋼,作為運梁快速滾輪行走軌道。在軌道上放快速滾輪托架,托架用角鋼焊成,以保證鋼梁行走過程中4個點同步。在H型鋼的另一側鋪設1道雙拼I22型鋼,將全橋橫向雙拼I36b型鋼連接起來,用于增加全橋的縱向穩定性。鋼管上的縱橫梁搭設完畢后,在全橋橫向兩鋼管間的雙拼型鋼外露的1.3 m位置鋪上3 mm厚的鋼板,作為上部箱梁安裝時的施工平臺和施工通道。現場棧橋搭設見圖3。

圖3 現場棧橋搭設

4 鋼箱梁的安裝

鋼箱梁運至施工現場后,應對鋼箱梁的外形幾何尺寸進行復測校核,確認鋼梁外形幾何尺寸準確后,方可進行鋼箱梁的安裝工作。根據鋼梁段的質量,采用4臺65 t吊車將鋼箱梁從運梁車上吊至臨時棧橋運梁軌道上,然后安裝快速滾輪。鋼梁行走動力采用2臺5 t手動卷揚機牽引。鋼梁節段拖拉到設計位置后,在快速滾輪軌道上放置千斤頂,在軌道側面安裝水平千斤頂,用于精確調節鋼梁的橫縱位置及高程。首先采用4個千斤頂支撐起鋼梁,精確調整鋼梁高程到位后,再用4個φ300 mm×10 mm鋼管支架代替千斤頂,鋼管支架上端鋪設四氟板,再用千斤頂精確調整鋼梁橫縱向位置,將鋼梁精確調整就位后,焊接鋼箱梁外側支架,然后進行鋼梁單元段的對接焊接。

預先在箱梁底部支座處的墊板上刻出縱橫軸線,安裝時,墊板上的縱橫軸線應該與墩柱上支座的縱橫軸線對準。先將支座位置箱梁進行精確定位,調整相鄰箱梁的間隙,再進行鋼梁段的焊接作業。在焊接過程中,保證箱梁底座位置的準確,不可變動。帶拱腳段的第一段鋼箱梁安裝前,應先根據橋梁的中心線在河岸兩側各設置一個定位點,并對所要安裝的第一段鋼梁的外形尺寸及拱腳段下節點位置進行復測,在箱梁縱向中心線上設置兩個點,箱梁安裝時,保證橋梁中心線和箱梁縱向中心線在一條直線上。安裝其他段箱梁時,確定桁架下節點位置的箱梁位置的精確,調整節點之間箱梁的間隙,精確就位后記錄安裝位置的坐標值,然后進行焊接,焊接完成后復測坐標值,計算出每道焊縫的焊接收縮量,確保節點位置處箱梁位置的精確。避免安裝累積誤差出現。

5 上部桁架結構的安裝

5.1 桁架安裝的工藝流程

搭設上部桁架安裝支架→安裝主豎桿→安裝上節點→安裝主橫撐→安裝主上弦桿→安裝V撐→安裝斜桿→安裝次豎桿、次橫撐、次上弦桿→安裝吊拉桿。

5.2 安裝支架的搭設

(1)上部桁架結構復雜,各桿件的連接均存在不同的角度,在桁架構件安裝過程中搭設鋼管支架,并在鋼管支架上設置限位裝置,以保證桿件安裝的角度。支架安裝包括：安裝主豎桿支架,安裝拱腳處支架,安裝次豎桿和次橫撐支架。

(2)支架豎向主鋼管采用φ600 mm×10 mm(4根)鋼管,橫撐及斜撐采用φ300 mm×8 mm鋼管,與主鋼管橫橋向中心距離3.5 m,縱橋向中心距離5 m。支架主鋼管底部安裝法蘭,用壓板將法蘭與箱梁頂板焊接。在縱橋向橫撐鋼管與主管之間用法蘭連接,以便于支架的拆卸安裝。主鋼管頂部放置雙拼I22b型鋼,工字鋼與鋼管之間采用法蘭連接,在工字鋼上根據主上弦桿的位置及傾斜角度設置限位板(限位板應根據上弦桿的角度加工而成),用于上節點安裝角度的精確限位。如圖4～圖6所示。

圖4 安裝主豎桿支架

圖5 安裝拱腳處支架

圖6 安裝次豎桿和次橫撐支架(單位：mm)

5.3 上部桁架結構精確安裝

(1)安裝主豎桿前,在臨時支架上的雙拼工字鋼中間劃出豎向中心線,并與鋼梁的縱向中心線一致。根據設計圖兩個主豎桿分叉處的角度,制作一塊限位板,用作主豎桿安裝時的限位,并在下節點與主豎桿的接口處外側和兩個側面焊接限位板。在主豎桿的四周刻出箱體的豎向中心線,安裝時采用2臺50 t吊車將其吊裝就位,用U形卡環將主豎桿固定(U形卡采用精軋螺紋鋼筋制作)。

(2)主豎桿調節就位后,安裝上節點,之前支架上雙拼I22型鋼的上節點位置限位板已經固定點焊,上節點吊裝就位后,通過兩個限位板移動進行微調,保證上節點中心線與橋梁中心線平行,且上節點到橋面距離符合設計要求。

(3)一對上節點安裝完成后再安裝主橫撐,先在橫撐桿件和主上弦桿上刻出箱體中心線,并根據主橫撐與主上弦桿的位置,在主上弦桿上設置限位板,吊裝橫撐直接落在限位板上。

(4)兩個相鄰的上節點安裝就位后,進行其間的主上弦桿的安裝。先在上節點與主上弦桿的接口處,三面焊接限位板。在主上弦桿上設置吊籃作為主上弦桿與上節點的焊接平臺。

(5)橫撐和主上弦桿安裝完成后,拆除鋼管支架,安裝V撐和斜桿。安裝斜桿時可以在主上弦桿上安裝倒鏈,采用倒鏈調整斜桿的具體位置。

(6)斜桿安裝完成后,安裝次橫撐和次豎桿,先在主豎桿上分別安裝次豎桿和次橫撐的限位板,然后將次豎桿和次橫撐作為一個整體在臨時支架上進行安裝。

(7)次上弦桿φ600 mm×16 mm無縫鋼管的安裝,應在全橋豎狀桁架其他部分全部拼裝完成后進行。次上弦桿安裝前,應先根據吊車的起重能力,對鋼管在長度方向上最大限度的進行拼裝。

(8)最后安裝吊桿,箱梁上面吊點的安裝位置應根據吊桿的角度進行微調。

5.4 桁架安裝控制要點

上部桁架各桿件安裝空間位置和角度的準確與否直接決定了桁架結構受力狀況。為保證上部桁架桿件安裝的精確性,場內加工制作桁架桿件時,應在大部分桿件的拼接口處均預留20 mm的修口量,在箱體桿件的接口500 mm的范圍內采用點焊固定,以利于現場接口的調整,待桿件接口調整好后再將其焊接,這些都增加了現場施工的難度。桁架的安裝采用2臺50 t汽車吊在鋼箱梁上面吊裝就位,通過限位板進行限位,用千斤頂進行精確調整。

(1)拱腳安裝的施工控制：拱腳加工時分為4段,第一段安裝在箱梁內部,現場安裝第二段至第四段,安裝時測量每個接口位置測量點的三維坐標值,按照坐標值進行修磨接口,保證線形順滑、安裝位置準確(圖7)。

圖7 拱腳安裝順序

(2)豎桿安裝的施工控制：為保證上部桁架安裝位置和角度的準確,在安裝過程中需要實時對桿件上的控制點進行測量,尤其是主豎桿和上節點的準確安裝是整個橋梁桁架精確就位的關鍵。現場采用三維坐標來控制安裝尺寸,保證安裝精度；每個桁架用多個三維坐標點保證桿件位置準確。

(3)現場監控：運至現場的桁架每個桿件在安裝前,必須復測其線型及外形尺寸,只有其外形尺寸符合設計圖紙要求時方可進行安裝。鋼箱梁加工完成后,出胎以前,應根據設計圖紙尺寸在箱梁上畫出箱梁縱向中心線、主上弦桿中心線在箱梁上的投影位置及次上弦桿中心線在箱梁上的投影位置,并以此作為現場安裝主上弦桿和次上弦桿的基準。支架搭設完成后,根據桁架結構和空間位置對其限位裝置進行測量,必要時對其限位板進行機加工處理,限位板的斜度、垂直度都應該準確無誤后方可進行桿件的安裝,尤其是主豎桿安裝的精度直接影響著全橋桁架的安裝精度。安裝樹狀結構支架時必須精確就位,支架上部雙拼工字鋼中間應預先標記出豎向中線,每次移動支架到一個節點的位置時,必須使其前后工字鋼梁的豎向中線延長線都與鋼梁的縱向中心線相交,以保證支架安裝位置的準確,支架上的所有限位裝置位置準確。對桁架桿件箱體進行施焊時,應采用對稱焊,避免由于焊接變形對桿件空間位置產生影響。

4 結語

隨著國內外橋梁向大跨方向發展,在技術水平提高的前提下,鋼橋必將得到長足的發展,由于施工方便、施工速度快,全焊鋼橋將成為今后鋼橋的重要橋型。天津進步橋“飛魚式”外形的自錨桁吊組合全焊鋼橋結構設計新穎獨特,與海河環境相協調,工程施工難度大,科技含量高,在施工中形成的成套技術不但填補了我國自錨式桁吊組合全焊鋼結構橋施工經驗的空白,并為以后類似全鋼橋梁的設計施工提供了有力借簽。橋梁通車1年多來,受到了社會廣泛好評。

[1]TB10212—2009,鐵路鋼橋制造規范[S].

[2]GB50205—2001,鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[3]郜振宇,孫曉軍.鋼箱梁施工中的吊裝及測控技術[J].公路交通技術,2008(1).

[4]梁麗斌.鋼箱梁施工要點分析[J].科學之友,2009(1).