大跨徑鋼管桁架管線橋建造技術

孫曉方

(丹陽市交通運輸局，江蘇 丹陽 212300)

0 引 言

管線橋[1]是為特定管線荷載跨越障礙物而修建的特殊專用橋梁，在市政工程及能源工程中應用廣泛。相比一般的公路橋梁或鐵路橋梁，管線橋所承受的外部荷載較小，且以靜荷載為主。管線橋對橋面空間的需求較小，一般都屬于窄橋。

鋼管桁架[2]結構自重輕、剛度大，具有卓越的跨越能力，近年來已越來越多的應用于橋梁工程中。本文結合工程實踐，介紹了一座大跨徑鋼管桁架管線橋的關鍵建造技術。

1 概 述

常見的管線橋形式有：梁式直跨、輕型托架式、桁架式、拱式、懸索式等，其中，梁式直跨和輕型托架式的管線橋由于結構自身的限制，只適用于跨越較小的河道；桁架式和拱式管線橋的整體穩(wěn)定性較好的，可以滿足跨越中等口寬河道的需求；懸索式一般用于跨越較大口寬的河道。

本文介紹的管線橋上部結構采用跨徑為110 m的簡支鋼管桁架梁，一孔跨越京杭運河及濱水步道，下部結構采用圓形墩柱接鉆孔灌注樁基礎，橋墩位于岸上。管線橋的主要設計載荷為一道D600自來水管道、一道D325蒸汽管道及若干電力和通訊管線。

圖1 管線橋

管線橋的上部結構為三角形空間桁架，該結構是在常規(guī)下承式鋼桁架的基礎上，取消上平縱聯(lián)，將兩根上弦桿合并為一根上弦桿，增強了桁架橫向剛度，顯著降低了整個結構的用鋼量。該結構為穩(wěn)定的空間三角形構造，造型簡約，力學概念清晰[3]。

2 鋼管桁架主要構造

本橋是為特定管線荷載設計的專用管線橋，主橋鋼管桁架由：上弦桿(φ1016)、下弦桿(φ610)、腹桿(φ273)、橫梁(φ273)、拉桿(φ114)等構件組成，桁架計算高度為6.0 m，橫向計算寬度為4.0 m，縱向節(jié)點間距5.5 m，主橋計算跨徑為110 m，上部結構如圖2所示。

圖2 桁架結構總圖

根據(jù)計算結果，施工狀態(tài)及成橋狀態(tài)下各構件的總體承載能力、局部承載能力及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范[4]要求。

圖3 結構驗算結果

3 鋼管桁架施工

京杭運河屬于繁忙航道，橋梁建設無法采用支架施工，故上部結構采用在岸上焊接拼裝，整體浮吊安裝的施工方案。

主要施工流程為：主桁結構在工廠制造、預拼，構件拆解運至現(xiàn)場拼裝焊接成整體，同時完成下部結構施工→將主橋整體吊裝就位，固定于支座上→施工橋面鋼格柵、欄桿、管道支撐等附屬設施→架設管道→運營。

3.1 廠內加工制造

鋼結構的制作要滿足圖紙和技術規(guī)范[5]的要求，主要工序包括材料的采購和復驗，焊接工藝評定，分段劃分，鋼材預處理，放樣、下料、加工，分段制造，內場分段吊運、翻身，二次除銹、涂裝、工廠預組裝等主要過程。

3.1.1 鋼管的相貫線切割及焊接

本橋構件多采用鋼管結構，涉及鋼管相貫線焊接的構件采用全自動鋼管切割機下料，相貫線及坡口一次自動成型。主桁結構出廠前在廠內進行全桁架整體預拼，并依據(jù)圖紙要求對結構預拱度進行檢驗。

圖4 鋼管相貫線切割

3.1.2 鋼結構涂裝

鋼結構防腐按照《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》執(zhí)行，采用設計防腐年限為20年的長效防腐涂裝體系。鋼結構在制造廠內應完成全部底漆、中間漆及第一道面漆，鋼構件運至現(xiàn)場并拼裝完成后在現(xiàn)場噴涂外表面第二道面漆。

3.1.3 分段預拼裝

構件加工完成后，必須在工廠內進行分段預拼裝，預拼時應對分段余量進行切除，確保現(xiàn)場安裝順利進行。對預拼裝過程中發(fā)現(xiàn)的問題應及時處理，確保精度滿足設計要求。

3.2 分段運輸

本橋鋼桁架的上、下弦桿屬于超長構件，需分段運輸。結構分段應充分考慮規(guī)劃運輸路線上的各種限制條件，如沿線橋梁的承載能力、道路限高、限寬及轉彎半徑等。大件運輸應并遵照路政管理部門關于大件運輸?shù)南嚓P規(guī)定進行。運輸過程中還要采取相應的各種安全措施，如構件固定、懸掛大件運輸警示標記、配備保障車輛等。

3.3 現(xiàn)場拼接

橋位附近的河岸上提前設置一個120 m×5.0 m的鋼結構拼裝平臺，待橋梁上部結構分段運至現(xiàn)場后，在拼裝平臺上進行組拼。

圖5 現(xiàn)場布置圖

拼裝時先對照圖紙的構件進行編號，并按圖紙要求的順序將鋼桁架構件吊裝就位。上、下弦桿的的對接頭為全熔透焊接，是桁架結構最重要的焊縫，拼裝時先點焊固定弦桿的相對位置，然后打底焊一道，再按要求蓋面焊接，確保預防焊接出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，同時確保焊接滿足相應工藝要求。

圖6 現(xiàn)場拼裝

3.4 整體吊裝

吊裝總重量約246.6 t，根據(jù)現(xiàn)場施工條件、最大吊裝重量及浮吊性能，選用一臺500 t和一臺150 t浮吊船進行整體吊裝工作。

500 t浮吊起吊鋼絲繩采用落纜形式，每個吊點上用2根鋼絲繩一雙，4根出索，設4個吊點，150T浮吊設2個吊點，吊點位置加焊鋼管限位，防止鋼絲繩吊裝過程中產(chǎn)生滑移。

圖7 吊點示意

500 t浮吊船有16根鋼絲繩起吊，根據(jù)計算結果，單根索力約17.1 t.鋼絲繩型號采用￠56 mm 6×37+1鋼絲繩，實際破斷力為200 t，安全系數(shù)N為:

滿足《建筑施工起重吊裝工程安全技術規(guī)范》要求。

吊裝時需對施工作業(yè)區(qū)500 m范圍內進行斷航，斷航時間4 h，浮吊船就位。緩慢吊起鋼管架，并觀察浮吊船吃水及縱橫向穩(wěn)性，浮吊船后退，旋轉，浮吊船朝目標方向位移。

圖8 吊裝施工

浮吊船將橋梁吊裝橋位上方后，觀察位置到位情況，微調后到位。浮吊船撤離，停到停泊區(qū)。

圖9 浮吊整體吊裝

4 結束語

本文介紹了一座結構新穎的大跨徑空間鋼管桁架結構管線橋的結構特點與建造關鍵技術。該橋型結構具有建筑高度低、單位用鋼指標較小等優(yōu)點，體現(xiàn)了橋梁設計“安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟和美觀”的原則。施工中嚴格過程控制，抓好重點施工部位、克服難點分部工程，細化施工工序過程，以樹優(yōu)質品牌，創(chuàng)建精品工程、確保施工工期、實現(xiàn)安全文明施工的原則進行管線橋的施工組織，確保管線橋工程的圓滿完成，對同類管線橋梁的建造有一定的借鑒意義。