異形鋼桁架現場安裝的關鍵技術探討

許傳財

（上海市水利工程集團有限公司，上海 201612）

20 世紀以來，空間鋼結構應用越發廣泛，隨著結構體系越來越新穎、跨度越來越大，對施工技術要求也越來越高。本文以上海市青浦區環城水系治理工程二期上善橋上部異形鋼桁架為研究背景，總結異形鋼桁架在現場安裝過程中的關鍵技術。

1 工程概況

上善橋位于上海市青浦區盈港路北側、青安路西側，為鋼結構橋梁，作為溝通兩岸三地的通道。全橋分為主橋和引橋兩大部分，引橋與主橋三肢尾端相連。其中主橋共三肢，各肢下部為鋼箱梁結構，上部為異形鋼桁架結構，主橋肢1、肢2、肢3 長度分別為32 m、30.5 m、60.5 m，引橋長度分別為32 m、28 m、11 m。主橋上部桁架為不規則雙曲面鋼框架空間結構，桁架有鋼立柱、上弦主桿件、鑲接方形構件和H型組成網架，采用12 mm 厚Q34 5qC 鋼板制作而成，桁架上弦三條主桿件（龍骨）與三個方向的三孔弧拱門洞（龍骨）主桿件采用鋼板焊接成450 mm×450 mm方形弦桿，作為主受拉構件，通過上弦主桿件把受力匯合中心鋼立柱傳遞至橋梁中心支座上（見圖1）。

圖1 上善橋示意圖

2 重難點及解決方案

2.1 桁架造型不規則，下料加工復雜

上善橋橋梁整體造型為異形結構，尤其是上部桁架造型不規則，需要進行精準下料加工。針對該難點，深化設計圖紙進行精確建模，通過三維模型轉換成平面圖紙，采用電腦排版、放樣，導出加工數據后采用數字化控制機床進行鋼材切割下料。桁架各部件加工完成后，先在工廠進行預拼裝，確保各部件尺寸無誤后再分塊運輸至現場安裝[1]。此外，鋼桁架根據材料、吊裝及運輸條件確定分段方案，一共分為17 塊。

（1）按坐標將各肢主桿件在胎架上定位，將主龍骨底面鋼板放于胎架上，調整好整體線形再焊接兩側腹板。

（2）從中心向四周連接各節點，形成各H型單元，完成中心區域桁架的制作。

（3）定位與下部鋼箱梁的連接點，控制好高程及位置后，肢1、肢2、肢3 連接桁架可同時加工。

（4）當桁架整體完成好，確定位置進行分割。

其中各肢分解圖見圖2～圖4。

圖4 肢3、肢1與頂部分解圖

2.2 桁架分塊多，現場拼接定位困難。

上善橋桁架鋼結構尺寸較大且為異形帶弧度、由17 個分塊拼接而成的空間結構，現場拼接定位困難，某一塊的定位有偏差，就會直接影響后續各塊的精確拼裝，可謂一步錯步步錯，嚴重的后果可能發展為塊與塊之間錯位、三條主桿件（龍骨）軸心線不能形成設計要求受力曲線。針對該難點，桁架在廠里加工時嚴格控制構件制作和安裝的尺寸偏差，廠里預拼好后對每塊進行安裝順序標記；現場安裝時按照設計軸線和標高進行嚴格放線和復核；每個分塊吊裝后，在高空采用耳板連接裝置來對鋼桁架實施空中對接，對接完成進行測量復核軸線和標高無誤后，實施最終的焊接（見圖5）。

圖5 各分塊拼裝圖

2.3 水上吊裝吊點調節難度大

鋼結構橋梁架設區域水面寬闊，陸域道路及場地有限，根據橋梁長度、寬度與重量，桁架吊裝設備選擇船舶浮吊和汽車吊配合的吊裝方式。上部桁架為異形帶弧度的結構，不是規則的物件，重心難以確定，桁架塊數多，每塊桁架的重心需要通過浮吊船進行多次移位、試吊來確定吊點位置。針對該難點，先根據每塊桁架的結構特點選擇吊點位置及數量，然后經過計算確定其重心位置，再根據吊點和重心的空間位置通過放樣及計算確定吊索的長度，從而減少浮吊移位的次數和吊點調節的難度[2]。

2.4 施工質量及安全保障。

鋼結構分塊多、造型為異形結構，加工廠焊接及現場焊接量大，做好焊接質量控制尤為關鍵；針對該難點，焊接前，根據焊接工藝評定報告編制焊接工藝，焊接材料通過焊接工藝評定確定，選擇持證上崗的高水平焊工，焊接工作在施焊環境濕度小于80%、環境溫度高于5 ℃情況下進行施焊，做好防風設施，主要桿件在組裝后24 h 內焊接，焊接必須徹底清除（包括定位焊）區域內的有害物，焊后對所有焊縫在全長范圍內進行外觀檢查，不得有裂紋、未熔合、夾渣、未填滿弧坑和焊瘤等缺陷；并根據設計及規范要求進行超聲波探傷和X 光射線檢測。

現場施工過程涉及動火作業、吊裝作業、高處作業、水上作業等多項危險性較大的作業內容，安全保障要求高。針對該難點，制定專項方案，按照批準的方案進行現場安裝；施工前對工人進行安全技術交底，安全教育考核不合格的禁止在現場施工；施焊用的氣罐要分類存放，并有保護措施；吊裝作業專人指揮，嚴格遵守十不吊，六級及以上大風禁止吊裝；高處作業正確佩戴防護用品，專人負責安全監督；水上作業穿救生衣；落實安全責任，加強安全教育，配備相應的安全設施設備，做好現場安全管理工作。

3 現場安裝關鍵技術

3.1 異形鋼桁架的測定和校正

（1）測量流程

現場安裝過程中，測量流程如下:首先對控制點、高程點進行加密布置并定期進行復核，依次對各肢下部鋼箱梁的中心線、高程以及橋面進行復測，然后對鋼箱梁進行安裝控制及沉降觀測，最后進行異形鋼桁架安裝測量控制。

①每肢異形鋼桁架安裝按10 m 設一個測量點，每個測量點測量次數為三次：(a)整肢異形鋼桁架安裝校正后，焊接前測量一次；(b)整肢異形鋼桁架焊接完，卸載前測量一次；(c)整肢異形鋼桁架整體卸載后測量一次;(d) 每次測量結果要有檢查記錄，并作為工程驗收的資料存檔。

②待兩邊肢焊接成型后，安裝前對合攏段實際距離進行實測，然后在拼裝現場進行余量切割。

（2）吊裝前測量

每塊鋼桁架吊裝前，在下部鋼箱梁橋面上放出鋼桁架底部邊線及中心線，便于鋼桁架吊裝定位；同時復核下部鋼箱梁橋面高程是否準確，如誤差超過規范要求，及時進行調整，以免影響鋼桁架吊裝。

（3）吊裝過程中的測量與校正

異形鋼桁架吊裝至既定位置后，如位置與設計位置存在誤差，要對鋼桁架與鋼箱梁橋面安裝位置進行細部精確調整，調整按照先平面再高程的順序進行。

（4）水平方向的調整

①前后位置的調整（順橋向）

桁架上端的調整：在安裝完畢的鋼桁架與待進行調整位置的鋼桁架的方形主桿件兩側腹板上各焊接兩個受力點，然后在兩個受力點間安裝花籃螺絲，通過調節花籃螺絲來完成鋼桁架前后位置的調整。桁架下端的調整：前后方向的調整可通過在下部鋼箱梁橋面板上和桁架下端腹板上焊接受力點，安裝手拉葫蘆來進行調整。

②左右位置的調整（橫橋向）

在承載異形鋼桁架梁段的H型鋼及底板上焊接受力點，然后安裝手拉葫蘆，通過吊機提升以及葫蘆的拉力來完成異形鋼桁架梁段左右位置的調整。

③垂直方向的調整

在鋼桁架分段經過水平方向上的調整以后，進行垂直方向的調整，調整主要通過浮船吊的升降控制，調整時進行精確測量，符合要求后加入鋼墊片或鋼楔，達到固定目的。

④整體的定位

鋼梁位置調整完畢后，在支撐圓管兩側焊接定位碼板與梁底連接[3]。鋼梁每拼裝完畢一節后，應對安裝完畢的鋼梁頂板進行十字測量放線，同時進行高程測量，復核鋼梁平面方向和垂直方向是否安裝正確，如誤差超過規范要求，應及時進行調整。

3.2 焊縫變形控制

（1）下料。下料前用平板機將板料進行平整，確保板料平整度符合規范和設計要求。下料時將焊接變形數量考慮到板塊尺寸中，下料尺寸適當加大，使板材焊接后的尺寸最終符合設計要求尺寸。

（2）裝配及固定。對組裝完畢的梁體加以固定后施焊，防止施焊過程中產生的角變形，同時減少撓曲變形、扭曲變形。

（3）正確選擇工藝方法及工藝參數，嚴格控制線能量。施工前對材料及構件進行焊接變形試驗并據此采取措施控制變形。鋼板焊接變形要考慮節段拼裝過程中產生的變形以及在構件施工過程中產生的變形。盡量采用CO2 保護焊接，減少焊接變形。板料的開坡口不宜過大，坡口坡度宜為45°～55°，組件縫隙宜為5 mm～7 mm。為控制焊接能量輸入量，采用機械冷加工方法打坡口。采用單面焊雙面成型。對各種形式的焊縫，如頂板、底板、腹板板單元的縱向對接焊縫、環形焊縫、橫隔板對接焊縫等采用陶瓷襯墊單面焊雙面成型技術。

（4）選擇合理的施焊順序和方向對焊接變形有較好的控制作用，焊接順序應遵循先約束大部位后約束小部位，焊接方向一致、多層同順序、兩側交替焊接、對稱施焊等原則進行作業。

4 結語

上善橋異形鋼桁架通過以上關鍵技術的實踐運用，圓滿的完成了施工任務，經過檢測單位的最終檢驗，焊縫質量及變形尺寸符合設計及規范要求，外觀造型優美。隨著水利行業的大力發展，類似實用美觀的沿河鋼構橋梁會越來越多，通過本文對其關鍵技術的探討，可為其他類似項目提供借鑒。