大型市政鋼橋的制造、安裝施工關鍵技術

裴彥軍

中鐵建工集團有限公司 北京 100160

我國經濟社會的快速發展，城市化程度不斷提高，城市道路需求也越來越高，其發揮主要作用的是城市快速路或由主干道構成的高架道路。目前來說，市政及公路橋梁以混凝土結構為主，鋼橋大部分應用于立交橋和跨線、跨路橋。但是，隨著我國鋼材產量的提高，伴隨著鋼橋設計水平及鋼結構焊接技術的提高，為消耗過剩產能，鋼橋的建造數量在不斷地增加。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、安裝關鍵施工技術進行總結，為同類工程提供施工經驗。

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（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。上部結構采用鋼-混組合梁，直線段結構形式為主梁等高、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

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段數量，從而減少現場臨時支架的數量，降低施工成本，且有利于結構安全。環口選在兩橫隔板中央處，避免環口焊縫與隔板焊縫集中。綜上考慮，本工程采用縱向、橫向梁段相結合的分段方案。

鋼橋分段細部處理：

1）橫向環縫頂板、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，且縱向對接縫形式類似凹凸形，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。根據以往施工經驗，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＋非標節的支撐設計。在工廠加工制作的臨時支撐標準節，以每2 m或6 m為一標準節，采用單片組合，外形基本組合尺寸為2 m×4 m。由a、b、c三個組件構成，可在施工中根據需要隨意組合、任意擴展，臨時支撐標準節如圖5所示。

圖5 臨時支撐標準節

臨時支撐標準節立桿采用法蘭系統對接，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。根據現場實際情況，確定臨時支撐非標節高度。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，結果滿足規范要求。

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《公路橋涵施工技術規范》允許的偏差范圍內，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（由縱梁中段往兩側順序吊裝）

2.5 梁段調整方法

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整，調整按照先平面位置后高程的順序進行。以縱梁調整為例，具體操作方法如下：

1）平面位置精確調整方法。在安裝完畢的梁段與待進行調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，通過千斤頂的頂推力來完成梁段橫橋向及順橋向位置的調整，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整，具體如圖10、圖11所示。

圖10 梁段橫向調整俯視

圖11 縱梁橫向調整立面

2）垂直方向精確調整方法。在梁段分段經過平面位置的調整以后，再進行垂直方向的調整。梁段垂直方向通過千斤頂進行調整，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

為保證鋼橋焊接質量，盡量減小焊接殘余應力對橋梁受力的影響，吊裝調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→節段塊體間普通橫隔板的對接→橫梁底板的縱向對接焊縫→支點位置橫梁頂板的縱向對接→支點橫梁合龍口腹板（橫隔板）與頂、底板T形接頭緩焊段→節段塊體間底板的縱向對接→節段間底板的橫向對接→腹板對接焊縫→節段間頂板的橫向對接→腹板與頂、底板T形緩焊段→節段拼口位置縱肋嵌補段。

圖12 梁段垂直調整橫向立面

圖13 梁段垂直調整縱向立面

單條焊縫均從中間向兩側對稱施焊，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：在臨時支撐調節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節短管，切割量控制在10 mm，再松掉千斤頂。

觀察調節短管與鋼橋脫離情況，繼續上述步驟，直到調節短管與鋼橋完全脫離。千斤頂與調節短管布置如圖14所示。

圖14 千斤頂與調節短管布置示意

3 結語

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措施進行超前謀劃，確保了施工進度和工程質量，取得了良好的社會效益和顯著的技術經濟效果。本文對此進行了闡述與總結，希望能為同類型工程施工提供借鑒。