淺談斜靠式系桿拱橋的施工工藝及質(zhì)量控制

金小勇 袁冬冬

（南通市交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，江蘇 南通 226000）

1 工程概況

新開北路通啟運河大橋是南通開發(fā)區(qū)城市主干道上貫通南北的一個樞紐。所跨越的通啟運河為五級航道，最低通航水位1.14m，通航凈寬45m，凈高5m。作為南通開發(fā)區(qū)標志性建筑，方案設(shè)計時主橋采用有觀景平臺的斜靠下承式系桿拱鋼構(gòu)橋。橋梁全長318m，其中主橋長71.6m，主橋?qū)挾龋?1.5~53.5m。

拱圈結(jié)構(gòu)：主拱圈和斜拱圈斷面采用等邊三角形，在三角形的每個角上設(shè)置一根直徑Φ219的輔鋼管；等邊三角形內(nèi)設(shè)計一根直徑Φ1050主鋼管外切一層封面鋼板。拱軸線均采用二次拋物線。主拱矢跨比位為1/4，內(nèi)灌注C40補償收縮混凝土；斜拱矢跨比位為1/3.873。

吊桿：主拱吊桿設(shè)計選用成品的高強鋼絲索，間距為3m，錨固設(shè)計為帶球面支座的冷鑄墩頭錨，并在上下端設(shè)置防震圈。斜拱吊索設(shè)計選用成品的不銹鋼鋼絲繩，錨固設(shè)計為熱鑄錨。

橋面系：橋面系由鋼梁和混凝土面板組成。主系梁為箱形斷面，寬2m，高2.3m。

2 施工工藝流程

施工流程：鉆孔樁、鋼結(jié)構(gòu)加工制造→鋼梁及拱支架搭設(shè)→汽車吊安裝端橫梁及主拱座→浮吊安裝主梁→浮吊安裝橫梁、內(nèi)縱梁→浮吊安裝挑梁、外縱梁、端縱梁→拱支架的加高搭設(shè)→主拱安裝→斜拱安裝→橫系梁安裝→拱座灌漿→主拱灌漿→主梁及吊桿、系桿第一次張拉→橋面板架設(shè)→吊桿第二次張拉→橋面濕接縫、防撞攔桿施工→水平系桿第二次張拉→主梁、挑梁落架→吊桿第三次張拉調(diào)索→橋面鋪裝→成橋。

3 鋼結(jié)構(gòu)加工制造

3.1 材料準備工作

根據(jù)設(shè)計圖紙要求選擇采用Q245D鋼材，其材料牌號，技術(shù)要求、試驗方法符合《低合金高強度鋼》GB/T1591—2008的相關(guān)規(guī)定。焊條、焊絲、焊劑等焊接材料根據(jù)焊接工藝評定試驗確定，選擇焊接材料應(yīng)符合圖紙及規(guī)范要求。焊接材料必須有出廠質(zhì)量證明，并在進廠時按規(guī)范要求進行復驗，并做好復驗檢查記錄。

3.2 施工圖準備工作

選用CAD軟件繪制鋼結(jié)構(gòu)施工下料圖，主要內(nèi)容包括：桿件施工圖、節(jié)段施工圖、預拼裝圖、胎架圖、材料明細表等。

3.3 焊接工藝評定

加工制造鋼結(jié)構(gòu)之前，先根據(jù)圖紙和規(guī)范進行焊接工藝評定，并編寫 《通啟運河大橋焊接工藝評定任務(wù)書》，經(jīng)監(jiān)理工程師批準后編制焊接工藝評定試驗方案、焊接指導書，最終形成焊接工藝評定報告。

3.4 單元件的加工

鋼結(jié)構(gòu)所有板材在正式下料前均應(yīng)經(jīng)過預處理工序，經(jīng)過趕平軋制使得鋼板的變形和內(nèi)應(yīng)力消除，減少制造的變形。同時在鋼板的起吊、搬運、堆放過程中，應(yīng)用磁力吊，保證板件平面度。下料時應(yīng)檢查鋼料的牌號、規(guī)格、質(zhì)量，對主要零部件要按《鋼板材料標識轉(zhuǎn)移規(guī)定》進行轉(zhuǎn)移，使其具有可追溯性。下料后必須在明顯位置逐件打?qū)懝翁柡土慵枺庸み^程中如有損失，須要及時做好移植。所有零件優(yōu)先采用精密切割下料，切割面質(zhì)量應(yīng)符合《制造規(guī)則》的要求。對于形狀復雜的零件采用計算機等比例放樣，采用數(shù)控切割機精切下料。精切應(yīng)嚴格執(zhí)行《火焰精密切割工藝守則》的規(guī)定，對采用數(shù)控切割機下料的首件，應(yīng)先用機床劃線驗證程序的正確性，首件下料完成后，必須嚴格的檢驗確認，合格后方可繼續(xù)下料。

3.5 單元件的組裝

組裝前必須認真核對零件編號、外形尺寸和坡口，檢查直線度、平面度等偏差符合設(shè)計和規(guī)范要求后組裝。本工程焊接選擇埋弧自動焊焊接。組裝均執(zhí)行首件工程制，首件成品經(jīng)檢查合格方可批量生產(chǎn)。

3.6 單元件的焊接

焊接工作應(yīng)盡量在室內(nèi)進行，環(huán)境溫度不低于5℃，濕度大于80%時，應(yīng)采取預熱措施。組裝后24小時內(nèi)應(yīng)完成焊接。焊接前將待焊區(qū)域及兩側(cè)30mm內(nèi)的水分、氧化皮、底漆、浮銹、油污等有害物，打磨清理干凈露出金屬光澤。嚴禁在母材的焊接區(qū)域引弧。埋弧自動焊焊接過程中不應(yīng)斷弧。多層焊接時，應(yīng)將前道焊縫的熔渣清除干凈，進行無裂紋缺陷檢查后繼續(xù)施焊。焊接完成后焊接操作人員應(yīng)將焊縫編號、焊接規(guī)范參數(shù)、質(zhì)量狀況、施焊日期及焊工鋼印號作好記錄。

3.7 構(gòu)件的矯正

構(gòu)件矯正時環(huán)境溫度不宜低于5℃，冷矯角變形不得大于2%。矯正變形一般不允許人工錘擊，如局部變形不得已而用人工錘時應(yīng)加墊板，不得傷及鋼板表面。構(gòu)件變形不適合機械矯正時，可采用火焰矯正。火焰矯正應(yīng)在平臺上進行，加熱溫度應(yīng)控制在600~800℃，嚴禁過燒。當火焰矯正仍不能夠達到標準時，可采用火焰機械聯(lián)合矯正的方法。利用簡易矯形胎進行矯正，矯形胎上設(shè)置卡、壓器具，在外力配合下實施火焰矯正。

3.8 構(gòu)件的預拼裝

為了保證所制造的節(jié)段現(xiàn)場組裝能滿足要求，減少工地合攏時的作業(yè)難度。構(gòu)件節(jié)段組裝完畢后必須按成橋線型匹配進行檢查，如吊點位置及標高的正確性，環(huán)縫接口的平齊、間隙的均勻性等，必要時加以適當?shù)恼{(diào)整，使之符合公差要求，并進行標識。預拼裝嚴格按照預拼裝工藝執(zhí)行，根據(jù)本橋吊裝線型給出的型值進行測量控制。各構(gòu)件應(yīng)在自由狀態(tài)下對準拼裝接口，進行誤差矯正，逐個檢查構(gòu)件的尺寸、平直度及形狀等指標。嚴禁采用錘打、搬扭等強制性方法使各節(jié)段接口、零部件強迫就位。

4 主橋臨時支墩設(shè)計、施工

4.1 施工階段主橋結(jié)構(gòu)分析

依據(jù)《南通市新開北路通啟運河大橋施工圖設(shè)計》對鋼主系梁、端橫梁、中橫梁、挑梁、縱梁、吊桿、體外索系桿、主拱肋、斜拱肋等構(gòu)件按梁單元采用Midas結(jié)構(gòu)分析軟件進行施工階段的結(jié)構(gòu)分析計算。

4.2 臨時支墩基礎(chǔ)鋼管樁的設(shè)計

為滿足17.0m的通航要求，通航孔水中臨時支墩間距為21.0m。中支墩設(shè)置8φ600×10mm鋼管樁，鋼筋混凝土承臺尺寸為710×310×80cm；邊支墩鋼管樁設(shè)置為6φ600×10mm，鋼管樁上部設(shè)鋼筋混凝土承臺，其結(jié)構(gòu)尺寸為510×310×80cm。

4.3 臨時支墩鋼管拱支架的設(shè)計

為了安裝分段的鋼拱和鋼拱拱肋，在水中臨時支墩鋼筋混凝土承臺面上主系梁兩側(cè)設(shè)置鋼管支架，支架立柱為8φ400×10mm的鋼管，立柱間設(shè)置聯(lián)系梁，材料采用16#槽鋼，臨時支墩頂部采用鋼管設(shè)置結(jié)構(gòu)平臺。臨時支墩、拱支架設(shè)置時避開主系梁和縱梁。

4.4 通航孔鋼主系梁上導梁式鋼桁貝雷架梁

為了保證通航凈空高度及吊裝中橫梁和人行道側(cè)挑梁使用，在航道中間鋼主系梁兩側(cè)采用2榀一組鋼桁貝雷架梁，安裝完成后拆除。

4.5 通航孔人行道縱梁上導梁式鋼桁貝雷架梁

為了保證吊裝人行道側(cè)挑梁、安裝預制鋼筋混凝土橋面板使用的，人行道縱梁4榀一組鋼桁貝雷架梁，是待全橋施工完成后拆除。

4.6 主墩與臨時支墩間鋼主系梁下導梁式鋼桁貝雷架梁

為了保證吊裝和拼裝鋼主系梁、安裝中橫梁和人行道側(cè)挑梁，鋼主系梁下5榀一組鋼桁貝雷架梁，待全橋施工完成后拆除。

5 主梁、主拱、斜拱安裝

5.1 節(jié)段的劃分

為了滿足公路交通和水運航道部門的要求，滿足設(shè)計對節(jié)段總體結(jié)構(gòu)的要求，滿足現(xiàn)場吊裝設(shè)備的工況要求。將200×230cm鋼主梁分成5段，靠近拱座節(jié)段長度8.95m兩段、15.75m兩段和中間通航處22.2m一段。吊裝鋼主系梁最大重量為43.8t。中間通航孔22.2m長鋼主系梁一次吊裝安置在水中臨時中支墩上，兩側(cè)鋼主系梁則安置在鋼桁貝雷架梁上進行拼接。

經(jīng)過結(jié)構(gòu)受力的分拆研究及設(shè)計單位的確認，主拱、斜拱都分成5節(jié)段。主拱靠近拱座的節(jié)段長度為6.948m，中間三段分別為兩段17.418m，一段22.363m。斜拱靠近拱座的節(jié)段長度為6.948m，中間三段分別為兩段17.912m，一段23.103m。拱肋節(jié)段運至現(xiàn)場后先將靠拱座的兩段拱肋焊接成一個整體，將拱肋分三個大節(jié)段進行吊裝。最大吊裝重量為39.9t。

5.2 鋼結(jié)構(gòu)及拱肋安裝方案

由于通啟運河大橋上部鋼結(jié)構(gòu)橋梁下跨通啟運河，河道水面約60米寬，鋼結(jié)構(gòu)主梁長度、自重比較大，主梁、主拱、斜拱不具備整體吊裝就位條件。因此，需在河道上設(shè)置臨時支墩安裝鋼管支架，架設(shè)臨時安裝用貝雷片桁架梁。將鋼主梁縱向劃分為若干個小節(jié)段，在支架上進行逐段拼接安裝。

根據(jù)施工現(xiàn)場作業(yè)條件和主梁節(jié)段的重量，主梁兩端的節(jié)段以70t汽吊為主150t浮吊為輔完成安裝，中間節(jié)段采用150t浮吊完成安裝，分段吊至跨河貝雷桁架上，然后就位至各預定位置，進行裝配焊接固定。由于主副鋼管拱肋也是分段制作，運輸至工地現(xiàn)場，然后進行安裝、拼接、焊接成型的。因此，上部拱肋段也必須在臨時支架上進行安裝施工，臨時支架為鋼管型鋼支架。

圖1 施工步驟示意圖

結(jié)構(gòu)安裝順序由下而上進行，主梁、橫梁安裝、焊接固定后，進行兩個主梁間縱橫梁安裝、焊接，待橋面骨架結(jié)構(gòu)形成整體后，搭設(shè)拱肋支架，完全主拱結(jié)構(gòu)安裝，并進行臨時固結(jié)后，緊接著進行挑梁和邊縱梁的安裝、焊接，最后進行斜拱的安裝。主梁、拱圈合攏是本橋施工的關(guān)鍵，關(guān)系到本橋結(jié)構(gòu)受力是否合理性，能否滿足設(shè)計要求。施工中應(yīng)重點控制結(jié)構(gòu)的線形、合攏段的長度、合攏段施工的溫度、合攏段預設(shè)拱度、合攏段施焊前應(yīng)力的釋放。因為主梁、拱圈同為鋼結(jié)構(gòu)受溫度的影響較大，根據(jù)設(shè)計要求合攏溫度控制在18~22℃。因為夜間溫差變化較小，一般將合攏時間定于夜間施工。主梁、主拱圈、斜拱圈合攏時必須四條焊同步進行。

5.3 施工步驟圖

施工步驟示意圖如圖1所示。

結(jié)語

斜靠式系桿拱橋結(jié)構(gòu)受力較為復雜，對鋼結(jié)構(gòu)的加工安裝精度要求比較高。主梁、拱圈的線形及預拱度應(yīng)在設(shè)計基礎(chǔ)上，由監(jiān)控單位建模復核計算后實施。嚴格控制合攏段的溫度，注意合攏前的應(yīng)力釋放。按設(shè)計要求的步驟進行對稱張拉。工程完成根據(jù)設(shè)計參數(shù)進行成橋后荷載試驗，檢驗橋梁受力情況。

[1]TB10212-98，鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].

[2]JTJ041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范[S].