重慶某鋼桁梁橋正交異性行車道板架設施工關鍵技術

馮淑珍， 崔海

(1.南京鐵道職業技術學院， 江蘇 南京 210000；2.中鐵大橋(南京)橋隧診治有限公司)

1 引言

鋼桁梁由于較大的剛度、強度和跨越能力等優點在鐵路及公路橋梁中廣泛應用。目前中國數十座鋼桁梁橋運營時間都達到甚至超過50年，并且主梁運營狀態良好。據相關調查資料，該類橋梁在運營中橋面系及附屬設施均需要經常性地維修或改造，其中行車道板是最典型、相對復雜、改造施工影響巨大的構件。中國已經有多座公路橋、公鐵共用鋼桁梁橋進行了行車道板改造。

早期的行車道板多采用陶粒或低標號混凝土，與鋼桁梁之間通常為搭接連接。即行車道板僅承擔并傳遞橋面荷載至鋼桁梁，并不參與主桁共同受力。現在由于材料科學、設計理念的發展，標準化設計及施工需求、運營橋梁工期制約等，改造后鋼桁梁通常采用正交異性鋼結構行車道板。為了保證改造前后，鋼桁梁主體結構受力體系不發生改變，行車道板與鋼桁梁間設置支座傳遞荷載，兩者之間并不協調變形。

行車道板是一個以既有鋼桁梁橋為支撐的獨立的受力體系。行車道板架設施工涉及橋面線形、初應力狀態、支座運營狀態等，因此其架設方案、精度控制、誤差調整、支座及道板安裝精度等是施工重點、難點和關鍵點。

2 項目概況

重慶某鋼桁梁橋于1964年建成通車，主橋跨徑為(68+80+88+80+68) m的五跨鉚接鋼桁梁橋。大橋橫橋向設置4片主桁，主桁中心距4.3 m，桁高6.2 m，橋梁節間長度4 m。橋梁橫橋向總寬22 m，其中，人行道寬度4 m，機動車道寬度14 m。橋面行車道范圍內設置6道縱梁，橫橋向布置間距為2.15 m。縱梁端部與橫梁加勁鉚接，頂面與橫梁頂面齊平。混凝土行車道板支承于縱橫梁頂面，設置雙向1.5%橫坡，線路中線處路面與縱橫梁頂面高差約367 mm；相應地，路緣側高差約248 mm。

改造后采用正交異性鋼橋面板，頂板厚度20 mm，縱橫向加勁肋均為T形結構。行車道板縱向加勁肋橫橋向布置間距為340 mm，翼緣板寬度為60 mm，厚度為20 mm；腹板厚度為10 mm,高度為230～332 mm。行車道板橫梁順橋向布置間距為4 m，布置位置與鋼桁梁橫梁相對應。橫梁腹板厚度為12 mm;翼緣板厚度為20 mm,標準寬度為200 mm。行車道板在橫橋向每個斷面劃分為4塊，縱橋向每8 m設置1塊，全橋合計為200塊。板塊最大平面尺寸為8 m×3.875 m，最大吊裝重量約為8.3 t。總體上采用半幅封閉施工，兩幅之間橋梁中心線附近設置縱向接縫。

由于原路面至鋼桁梁縱橫梁頂面高度很小，在橋面高程不變的情況下為盡可能地提高行車道板的高度，采用專門設計的超薄弧形支座，厚度僅40 mm。支座布置于鋼桁梁縱橫梁交叉處，橫橋向8套，縱橋向間距為4 m，全橋合計776套。支座密布體系對行車道板安裝精度要求高，對安裝初應力影響大。

行車道板架設施工總體上應遵循施工進度有保障、支座傳力可靠、架設后線形平順的原則，總體施工流程如圖1所示。

圖1 行車道板架設施工總體流程

3 行車道板架設施工關鍵技術

3.1 行車道板架設

行車道板架設采用專用架板機，設計起重能力為10 t。架板機由主梁、前中后支腿、電氣及液壓系統、防護系統等組成。前支腿支撐于鋼桁梁橫梁上，中后支腿支撐于已架設的行車道板上。架板機支腿的位置應嚴格控制。在縱橋向，支腿的位置應作用于鋼桁梁橫梁的上方，即行車道板的橫梁處。在橫橋向，支腿的位置應位于鋼桁梁縱梁上方。在該狀態下，已經架設行車道板的最大應力僅為28.6 MPa，架設中結構安全可靠。

架板機前移采用軌行走式自平衡過孔。天車系統具有橫向移動功能；架板機支腿的橫橋向凈寬達到5.56 m。一方面，運板車可在不需支腿升起的情況下將行車道板運輸至天車下方；另一方面，可通過天車移動實現吊裝板塊順橋向、橫橋向位置調整。

架板機構成及行車道板架設安裝布置見圖2。

圖2 架板機構成及行車道板架設安裝布置示意(單位：mm)

行車道板的架設總體上是分幅施工，利用架板機由一側向另一側單方向實施安裝，架設施工流程如圖3所示。

圖3 行車道板架設施工流程

3.2 支座安裝

項目中支座的安裝和調整是施工控制的關鍵。施工前應確認支座放置位置處縱橫梁均無明顯的缺陷，如變形、裂紋、銹蝕等。支座應具有明顯的規格、擺放方向、定位標記等標識。

在平面布置上，首先放樣支座頂底板擺放位置的十字中心線。在高程方面，應首先調整同一縱梁下方支座頂面高程。以全橋支座最大高程點為基準點計算出各點所需的調整高度，制備2、4、6、8 mm等不同厚度的鋼板進行調整。支座成品安裝完成后，測量同一道橫梁上8個支座頂面高程，以同一道橫梁上標高最大的數值為基準通過調高墊板調節其余支座高度，使同一橫梁上的支座頂面高程一致。

通過現場配孔、降低預緊力的方式保證高強螺栓的安裝精度和使用耐久性。主桁橫梁螺栓孔現場放樣鉆制，位置偏差控制在0.5 mm以內。高強螺栓預緊力按照規范要求的80%施加，以避免延遲破壞。同時該預緊力滿足使用中螺栓錨固的要求。支座的預偏量設置是控制的關鍵點。支座的下板錨固于鋼桁梁橫梁上，通過調整支座上蓋板(錨固于行車道板上)位置的方式設置預偏。

3.3 行車道板板塊吊裝

3.3.1 安裝預偏量設置

鋼主梁安裝總體上應保證縱肋、橫肋對接線形平順，橋面高程準確、線形平順。第一塊板塊的定位、高程影響全橋行車道板的平面線形、高程、調整工作量等，質量控制至關重要，必須保證定位精準以避免誤差累積。

安裝控制應以支座中心線為控制基準，在滿足已安裝板塊支座、鋼桁梁縱梁、待安裝板塊三者中心線重合的狀態下就位。原則上應在安裝板塊溫度與主桁溫度一致時吊裝，即在凌晨時段。在板桁存在溫差的情況下，必須精確測量并設置相應的預偏量。

預偏量設置包括兩個組成部分、兩個維度。兩個組成部分為：板桁溫差、焊接收縮變形。其中，焊接收縮變形根據類似工程的施工經驗以及該項目焊接工藝特點進行總結歸納確定，通常按照0.5～1 mm進行設置。板桁溫差引起的預偏量根據板塊邊緣距離支點的距離、線膨脹系數、溫差等參數參考公式ΔL1=α×ΔT×L1，進行理論計算。

橫橋向分半幅施工，每幅內存在一條縱向焊縫，按照外側向內側收縮變形0.5 mm設置。兩幅之間的連接焊縫，按照每幅均由外側向內側收縮0.5 mm設置。所以每幅的中間兩排支座橫向按照0.5 mm、外側的兩排按照1 mm設置焊縫收縮預偏量。橫橋向板桁溫差以中線兩排橫向固定支座為基準，按照縱梁間距(2.15 m)的整數倍距離進行設置。

縱橋向預偏量設置與橫橋向類似，但是應防止誤差累計導致的支座位移超限、行車道板出現折角等。

3.3.2 橋面板線形控制

鋼橋面板高程控制涉及到與引橋、引路順接，調整主梁線形與橋面線形間的偏差，是保證橋面線形的決定條件。原有行車道板拆除后應全面測量鋼主梁頂面線形。由于運營時間較長，鋼主梁線形成波浪形。與橋面線形之間存在較大不一致，最大偏差達到了56 mm。為實現橋面線形平順，在支座與鋼桁梁之間設置調平鋼板。在測量數據的基礎上，以安裝第一塊板塊為基準，對每個支點進行初步調整，使鋼主梁基本平順。

橋面板平面線形調整控制因素包括板塊四角點位置、距離橋中線距離、縱肋及橫梁對齊等。為了減少其他荷載對調整線形的影響，應在夜間全橋封閉期間進行測量和調整。

縱橋向位置根據理論預偏量并總結施工經驗進行調整，在每塊板塊上標定調整方向和距離，借助千斤頂進行精確調整，措施如圖4所示。

圖4 正交異性板精調措施

頂板對接接口錯臺調整采用壓力矯正的方法，錯臺高度不得超過1 mm。精確調整后，板塊之間間隔約為40 cm焊接定位馬板以防止在后續工序中板塊位置變動并滿足架板機行走需求。

3.4 焊接及質量檢驗

行車道板采用全斷面焊接，現場焊接包括頂板、縱肋、橫梁，均采用熔透焊接。橋面板吊裝到位、精調并與馬板固定后，首先進行面板的焊接，然后依次是縱肋及橫梁。

為了保證橋面板連接焊縫質量、各板塊之間精準對接，板塊交界位置采用預留100 mm甩焊工藝。在板塊之間縱向接縫的端部預留100 mm長度不焊接或僅打底焊2道，在完成板塊之間橫橋向焊縫之后，施焊該預留的焊縫。該工藝能夠有效保證板塊之間橫向對接焊縫的質量，降低焊縫交叉對焊接質量的影響。同時，甩焊工藝有利于各板塊端部對接高程及線形誤差調整。

另外，橋梁為分幅施工，兩幅之間的縱向焊縫的施焊質量及焊縫收縮應高度重視。一方面，該橋為單向四車道行駛，該焊縫位于橋梁中心線附近，受力相對較大；另一方面，焊縫縱向長度大，焊縫尺寸較大，對收縮變形、板塊的形狀均有較大影響。因此該焊縫必須打底焊兩道之后小電流多道施焊，不可一次性焊接成型。

3.5 線形調整

橋面線形與主桁線形、橋面標高有關。橋面板結構類似于漂浮體系，每一聯均為多點支撐，最少的支撐點為104個，導致橋面線形不能一次調整到位。因此采用了分階段多次調整方案。

總體上，線形調整是通過在支座上下方加墊板的方式進行調整，鋼墊板的厚度選為1、2、4 mm。第一次調整在行車道板安裝階段，第一塊板塊的安裝應綜合考慮橋面線形、引橋標高、主桁線形、橋面板頂標高等多項因素。第二次調整在橋面板焊接為整體后開放交通前，測量及檢查的重點包括每個支點的橋面高程、支座與橋面板間有無間隙。橋面線形調整后應控制在3 mm之內。第二次調整對成橋線形影響較大，調整工作量大，應重視。第三次在開放交通并運營1年后，重點對支座運營狀態、支座頂板與橋面板之間的脫空進行檢查和調整。

4 結語

該鋼桁梁橋采用專用架板機實現行車道板的快速化安裝，吊裝速度滿足現場焊接、調整的時間要求。在支座及行車道板的安裝施工過程中，采取了科學的精調措施、精準的預偏量設置、合理的焊接和質量檢驗工藝，有利地保證了多點支撐體系運轉正常、降低了行車道板安裝初應力。目前該橋梁已經通車運營1年，橋面線形良好，行車平順、無噪音等，優異的施工工藝和質量控制標準可為類似工程提供參考。