大跨徑變高度連續(xù)鋼桁梁施工技術(shù)

馮明鋒

（中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京100176）

1 工程概況

某特大橋128 m雙線下承式道砟橋面鋼桁梁架設(shè)工程，計(jì)算跨度128 m，桁高16 m，主桁中心距12.8 m。主桁上、下弦桿均采用焊接箱型斷面形式，斜桿截面形式以箱型為主，腹板處普遍采用插入式與主桁節(jié)點(diǎn)連接的方法（端斜桿處為對(duì)接拼裝的方法）。全橋M24、M30型高強(qiáng)螺栓的數(shù)量分別為34 952套、48 704套。

2 施工方案概述

項(xiàng)目采用膺架法，即在鋼桁梁橋跨位置搭設(shè)臨時(shí)支墩，并于該處按規(guī)范組織原位拼裝作業(yè)。施工的具體步驟是：（1）測量鋼桁架與周邊主干渠的位置關(guān)系，于鋼桁架的北側(cè)回填便道（寬度按8 m控制、填筑高度按2 m控制），以便施工機(jī)械的高效通行以及物資的進(jìn)場；（2）安排大型吊車進(jìn)入主干渠內(nèi)，于該處開展吊裝作業(yè)，并搭設(shè)臨時(shí)支墩，供后續(xù)施工使用。該項(xiàng)目位置施工回填縱面如圖1所示。

圖1 某特大橋所處位置施工回填縱斷面

3 施工技術(shù)相關(guān)計(jì)算

3.1 支架受力準(zhǔn)備

在連續(xù)鋼桁梁支架拼裝作業(yè)前，施工人員需對(duì)支架的風(fēng)荷載、預(yù)埋件以及地基承載力展開計(jì)算，并以計(jì)算結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)展開后續(xù)作業(yè)，以達(dá)到增強(qiáng)施工安全系數(shù)的最終目的。

3.2 風(fēng)荷載計(jì)算

風(fēng)荷載計(jì)算見式（1）：

式中，W為風(fēng)荷載強(qiáng)度，Pa；W0為基礎(chǔ)風(fēng)壓值，Pa；K1為風(fēng)載體型系數(shù)；K2為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；K3為地形及地理?xiàng)l件系數(shù)。

根據(jù)本工程的地形條件及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可得K1=1.4，K2=1.1，K3=1.1，W0=0.86 kN/m2，則W=1.457 kN/m2，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定并在安全范圍值。

3.3 預(yù)埋件及地基承載力

支架預(yù)埋件計(jì)算可通過對(duì)錨的受筋力和錨固長度這兩方面的計(jì)算得出結(jié)果，而地基承載力的計(jì)算則包括對(duì)其中混凝土基礎(chǔ)的驗(yàn)算和支架地基承載力計(jì)算這兩部分。通過上述對(duì)本工程的預(yù)埋件及承載力論述，可得出預(yù)埋件的抗彎矩及變形折減系數(shù)均在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍值內(nèi)，即地基最大承載力＞300 kPa，具備一定的安全值，不影響施工。

4 施工要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

在該環(huán)節(jié)中，需全面復(fù)核橋墩竣工資料，從而最大限度地減小偏差。

1）現(xiàn)場配備1臺(tái)50 t的汽車吊，以便參與到預(yù)拼裝作業(yè)中；200 t汽車吊1臺(tái)，以滿足橋位吊裝的作業(yè)需求；此外，50 t及100 t的千斤頂、撬棍、扳手（根據(jù)高強(qiáng)螺栓的施擰要求合理選型）等均是重要的施工機(jī)具。

2）提前處理?xiàng)U件堆放場所，并采取平整、壓實(shí)處理措施。

3）桿件運(yùn)抵現(xiàn)場后，分類堆放到位，嚴(yán)格控制堆放高度；同時(shí)，應(yīng)保證桿件可置于枕木或混凝土墊塊上。

4）多層碼放時(shí)，要在兩層間設(shè)置墊塊，以免因桿件直接接觸而受損。

4.2 支架布置

1）施工前，要結(jié)合設(shè)計(jì)要求以及實(shí)際條件，合理規(guī)劃臨時(shí)墩的布置方案。對(duì)此，可按自下而上的順序，臨時(shí)墩的組成含3部分，即：擴(kuò)大基礎(chǔ)、鋼管立柱、墩頂布置。

2）臨時(shí)胎架與下部管樁要分開施工。考慮到臨時(shí)胎架的安裝過程及安裝質(zhì)量對(duì)后續(xù)橋梁施工有直接影響，因此，在臨時(shí)支撐安裝前，需對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行考察和測量，并對(duì)支撐架樁基進(jìn)行安裝前計(jì)算分析，以確保受力穩(wěn)定。同時(shí)，由于鋼桁梁橋現(xiàn)場安裝所用臨時(shí)支架的穩(wěn)定性及其強(qiáng)度會(huì)直接影響相關(guān)的安裝精度和結(jié)構(gòu)安全性，因此，臨時(shí)支架的強(qiáng)度及穩(wěn)定性作為控制重點(diǎn)。性、地基的沉降、支架的實(shí)際穩(wěn)定性、支架的實(shí)際彈性變形、消除支撐架的非彈性變形，以確保后續(xù)安裝的精度。

3）在支撐架安裝完成后，進(jìn)行架體試壓，觀察地基的穩(wěn)定

4.3 桿件安裝及吊裝

在鋼梁拼裝架設(shè)前，需充分考慮橋墩及墊石頂高程、中線及跨距，組織復(fù)測工作，并分析實(shí)際結(jié)果與設(shè)計(jì)值的差距。若超出許可范圍則需及時(shí)調(diào)整，以最大限度減小偏差，并將各項(xiàng)指標(biāo)的誤差控制在許可范圍內(nèi)后，方可正式架設(shè)。此外，需以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)，在橋臺(tái)處精準(zhǔn)測放橋梁中線和端線。主要施工流程如下：

1）施工現(xiàn)場的拼梁場地有限，在此條件下，吊車僅能在所拼橋梁的一側(cè)吊裝，且采取先遠(yuǎn)后近的方法。在施工機(jī)具方面，配備2臺(tái)160 t的汽車吊，讓二者協(xié)同作業(yè)，將桿件吊裝到位，再利用50 t汽車吊對(duì)桿件預(yù)拼裝以及裝車。此后，由加長運(yùn)輸車將施工所需的桿件運(yùn)送至現(xiàn)場。為保證桿件的質(zhì)量，運(yùn)送期間要采取防護(hù)措施，以免桿件母材受損。在吊裝環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)弦桿、縱橫梁等相關(guān)構(gòu)件的方位控制，應(yīng)保持水平的狀態(tài)；而對(duì)于斜桿和豎桿兩部分，則需呈豎直的狀態(tài)。

2）地面拼裝桁梁時(shí)，沖釘、螺栓在節(jié)點(diǎn)上需均勻布置；對(duì)于螺栓孔數(shù)量偏少的節(jié)點(diǎn)，需要保證沖釘、螺栓總量至少達(dá)到6個(gè)。拼裝時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)鋼梁中線、水平線、拱度等指標(biāo)的測量，將實(shí)測結(jié)果與設(shè)計(jì)值展開對(duì)比分析，若偏差超出許可范圍，必須及時(shí)采取處理措施。

3）可用高強(qiáng)螺栓替換普通螺栓和沖釘。首先，全面換下普通螺栓，再按照要求將高強(qiáng)螺栓置于指定位置，進(jìn)行初擰；此后，逐步換下沖釘，進(jìn)一步擰緊高強(qiáng)螺栓，直至其滿足要求為止。

4.4 螺栓連接施工

4.4.1 高強(qiáng)度螺栓連接副的安裝

拼裝前要做好質(zhì)量檢驗(yàn)工作。具體內(nèi)容是：（1）組織抗滑移系數(shù)試驗(yàn)，且要求實(shí)測結(jié)果可滿足要求；（2）測定高強(qiáng)度螺栓連接副的扭矩系數(shù)，以測定結(jié)果為參考依據(jù)，合理組織高強(qiáng)螺栓的施擰作業(yè)；（3）若存在毛刺、飛邊等質(zhì)量問題，應(yīng)予以清理，同時(shí)需保證栓孔內(nèi)維持潔凈的狀態(tài)，若附著油污等雜物，可利用丙酮擦拭干凈；（4）待各項(xiàng)準(zhǔn)備工作均落實(shí)到位后，按要求穿入足量的沖釘，并安裝螺栓。

待橋梁位置經(jīng)過調(diào)整后，方可安裝高強(qiáng)度螺栓連接副.該步驟用扭矩法施擰，選用的高強(qiáng)螺栓、螺母等相關(guān)材料在規(guī)格、質(zhì)量等方面均要滿足要求，以免因原材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而影響整體施工質(zhì)量。

在安裝期間，合理控制螺栓的穿入方向，其需要與施擰方向一致。螺栓頭一側(cè)及螺母一側(cè)均要有1個(gè)墊圈，設(shè)置時(shí)還需控制墊圈的方向，以保證有內(nèi)倒角的一側(cè)可朝向螺栓頭。此外，要按需領(lǐng)用高強(qiáng)螺栓和扳手，由專員記錄領(lǐng)用信息，加強(qiáng)管理，避免工具丟失；而對(duì)于施工后剩余的連接副，則需將其統(tǒng)一裝箱保管，不可隨意丟棄[1]。

4.4.2 高強(qiáng)度螺栓連接副施擰工藝

1）基本要求。（1）施工方法以扭矩法為宜，按規(guī)范擰緊高強(qiáng)度螺栓連接副，擰緊作業(yè)具有階段性，應(yīng)按照初擰、復(fù)擰、終擰的順序依次施工；（2）初擰和復(fù)擰2個(gè)階段的扭矩值為終擰扭矩值的50%；（3）在復(fù)擰和終擰施工中，在螺母與墊圈同一位置做好標(biāo)記（分別刷涂白色、紅色油漆），以便形成醒目的標(biāo)記，避免漏擰現(xiàn)象；（4）擰緊時(shí)，從節(jié)點(diǎn)中央剛度較大處開始，向邊緣處推進(jìn)；（5）對(duì)于大節(jié)點(diǎn)，較為適宜的是從節(jié)點(diǎn)中央處開始，逐步向桿件四周推進(jìn)。

2）施擰工具。（1）根據(jù)初擰、復(fù)擰、終擰的施工要求，選用特定的定扭矩扳手，提前對(duì)其標(biāo)定，嚴(yán)格控制扭矩誤差，即不可超過使用扭矩的±5%；（2）在結(jié)束當(dāng)班工作后，需及時(shí)矯正扭矩扳手，詳細(xì)記錄信息，并以此作為后續(xù)校正以及質(zhì)量分析的依據(jù)；（3）在扭矩校正過程中，若實(shí)際偏差超出許可范圍，則需確定當(dāng)班用該扳手?jǐn)Q緊的所有高強(qiáng)度螺栓連接副，對(duì)其做全面的檢查，若發(fā)現(xiàn)其存在質(zhì)量問題，要采取針對(duì)性的處理措施；（4）電動(dòng)扳手需與控制箱形成配套關(guān)系，同時(shí)為保證施工的順暢性，需采取獨(dú)立供電機(jī)制，并適配合適規(guī)格的穩(wěn)壓電源，從而抵御外部因素的影響，以更好地營造安全、穩(wěn)定的施工環(huán)境；（5）電動(dòng)扳手在開啟后，擰至規(guī)定扭矩時(shí)，將聽到扳手發(fā)出“當(dāng)”的響聲，說明其已經(jīng)到位；（6）在使用階段，應(yīng)做到平穩(wěn)加力，不可出現(xiàn)沖擊加力的情況。

3）扭矩法施擰工藝。（1）施擰前，分批檢驗(yàn)高強(qiáng)度螺栓連接副的扭矩系數(shù)（要求每批檢測數(shù)量至少達(dá)到8套，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加），在測定各套的實(shí)測值后，求得平均值，要求其穩(wěn)定在0.11～0.15，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)偏差需≥0.01；（2）測試期間需詳細(xì)記錄溫度信息；（3）正式施擰過程中，應(yīng)及時(shí)做好復(fù)擰、終擰高強(qiáng)度螺栓的標(biāo)記工作，以免出現(xiàn)漏擰現(xiàn)象；（4）在擰緊時(shí)，需在螺母上施擰，要求相同螺栓的初擰、復(fù)擰、終擰工作在同一天完成。當(dāng)班結(jié)束后，及時(shí)校正扭矩扳手，一經(jīng)校正，后續(xù)不可隨意改變扭矩；（5）若使用期間出現(xiàn)異常狀況，需及時(shí)安排專員處理；（6）電動(dòng)扳手的使用應(yīng)具有規(guī)范性，由具有資質(zhì)的專員操作，做好崗前培訓(xùn)工作，在實(shí)際操作中，不可出現(xiàn)中途松手停機(jī)現(xiàn)象，同時(shí)在使用時(shí)需做到平順加力，既要保證高強(qiáng)度螺栓連接副能夠安裝到位，又要避免裝置受損的情況；（7）若墊圈與螺母存在同步轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象，則需更換后再施擰。

4.5 線形監(jiān)控

在橋梁施工控制中，一般進(jìn)行線形控制的順序?yàn)椤傲繙y→識(shí)別→修正→預(yù)告→施工”。具體來說，在線形控制的過程中，要做到以下3點(diǎn)。

1）根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，以確定箱梁的理論立模高程。

2）確定已經(jīng)完成的梁段的高程以及平面位置，同時(shí)將已完成梁段的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄且和預(yù)計(jì)的高程數(shù)據(jù)做對(duì)比，并在對(duì)偏差進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，調(diào)整澆梁段的立模高程以及平面位置。

3）在監(jiān)控施工過程進(jìn)行線形監(jiān)控，監(jiān)控單位主要負(fù)責(zé)采集和分析各種數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)單位對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，從而在確認(rèn)沒有錯(cuò)誤后，方可將數(shù)據(jù)交給施工單位進(jìn)行施工，以防止在吊裝時(shí)因重力導(dǎo)致形變問題。

5 結(jié)語

在采取科學(xué)的施工技術(shù)后，可順利完成大跨徑變高度連續(xù)鋼桁梁的相關(guān)工作。在此期間。采取的架設(shè)方法切實(shí)可行，不僅可以較有效地滿足鋼桁架的架設(shè)要求，吊機(jī)全程可穩(wěn)定運(yùn)行，還可以解決人工方式工作量偏大、控制精度偏低的問題。因此，本文所提的施工技術(shù)具有較佳的綜合應(yīng)用效果，能夠兼顧安全、質(zhì)量、效率等多層面的要求，有助于推動(dòng)橋梁建設(shè)工作的開展，具有一定的參考價(jià)值。