變高度連續鋼桁架橋施工質量控制研究

紀國亮

（南京市浦口區建設發展有限公司，江蘇 南京 211800）

0 引言

隨著橋梁工程的快速發展，變高度連續鋼桁架梁橋以其具有橋體自重輕、跨越能力大、結構形式美觀等優點而受到廣泛應用。本文以南京市浦云路大橋為例，研究鋼桁架橋施工過程中的主要工序及質量控制措施，并采用計算分析、變形觀測和動靜荷載試驗進行了驗證，取得了較好的結果。

1 工程概況

浦云路大橋的主橋為（61.33+120+60）m 公路與城市道路橋梁三跨變高度鋼桁架連續梁橋，全長 241.33 m，主橋標準寬度 37 m，桁架中心間距為 29 m。上弦桿線形采用圓弧曲線，主桁采用變高度“N”形桁式，桁架跨中桁高為 6 m，中間支點處桁高為 26 m，邊支點處桁高為 6 m，全橋采用變節點布置，兩側端柱及中柱設外包裝飾結構，如圖 1 所示。

圖1 浦云路大橋效果圖

主桁由左右兩片桁架和主塔間的橋門架橫撐組成，兩片桁架各桿件橫橋向寬度均為 1 200 mm。主桁上弦桿為焊接矩形截面，截面高度為 1 500 mm，板厚根據不同區域進行區別，每隔約 3 m 設置一道橫隔板。主桁下弦桿為焊接矩形截面，截面高度 1 660 mm，上下弦桿間通過中塔、邊塔、直腹桿、斜腹桿連接。直腹桿為工字型截面，斜腹桿截面有工字型和焊接矩形兩種。中塔柱和邊塔柱截面均為焊接矩形截面，截面順橋向寬 2 500 mm，橫橋向寬度 1 200 mm。

2 質量控制要點

為確保浦云路大橋在建設過程中及時發現并解決各階段存在的問題，使每個過程和環節始終處于受控狀態，并最終使各項質量活動及結果達到質量要求和預期效果，建設人員充分運用作業技術，并在質量環上開展各項工作。

2.1 鋼桁架預拼裝

2.1.1 胎架驗算

對鋼桁架進行預拼裝是檢驗構件的制造精度、熟悉拼裝流程的重要步驟。項目對鋼桁架采用平面臥拼試裝法，每片桁架試拼裝“4+1”進行（其中上節段端口上下弦桿參與到下一輪組拼）。胎架柱采用 H200×200 型鋼，橫向及縱向鋼梁采用 H200×200 型鋼，材質均為 Q235。胎架驗算時選取最重節段，即中塔柱節點處節段，對胎架進行整體驗算，如圖 2 所示。

圖2 胎架內力分析

胎架最大應力 97.1 N/mm2＜215 N/mm2。胎架滿足強度及剛度要求，可以保證安全施工的需要。

2.1.2 鋼桁架預拼

根據節段的外框形狀放樣，以上下弦桿腹板邊點作為定位點，其中 7～14 # 點為上弦節段的分段環口線，15～22 # 點為下弦節段的分段環口線。預拼時，先將 3 個下弦桿節段定位（采用線墜吊地樣定位點），再將 3 個上弦桿節段定位，最后拼裝腹桿（腹桿以弦桿上的預留環口進行定位），如圖 3 所示。

圖3 鋼桁架預拼裝圖（單位：mm）

2.1.3 預拼裝質量控制

構件預拼裝時，相鄰構件相對位置與鋼桁架吊裝時的線形一致，預拼主要是進一步檢查相鄰梁段之間的端口及整體線型，避免工地裝焊時梁段間出現較大間隙和較大錯邊量，保證工地裝焊工作順利進行［1］。梁段之間的預拼不僅要檢查間隙、調整錯邊量，還需匹配端口尺寸，進行必要的修正和調整，避免產生積累誤差。

梁段預拼裝檢測合格后，對梁段中心點、定位點、端口檢查線及標高測量點等做好標記。預拼裝的主要控制要點如下。

1）支墩的布置：按照地樣線圖紙在車間地面上作出地樣線，根據支墩布置圖擺放支墩及水平橫梁。

2）胎架橫梁固定前必須將胎架面調平，并確保桿件放上后處于同一水平面。

3）參與試裝的桿件均應檢查合格，且將桿件飛刺、電焊熔渣及飛濺清除干凈。

4）試裝過程中避免桿件支墩點不發生沉降，使桿件應處于自由狀態。試裝時，必須使板層密貼，點焊位置應適當多焊幾處。

5）所有試裝桿件拼接完成后，調整各桿件使之水平面放置水平。

6）檢測試拼裝的主要尺寸方法：用水準儀檢測各桿件的水平標高，調整合格后，再對試裝的主要尺寸進行測量。測量試裝桁高、上下節間長度、總長度以及節間對角線長度。

2.2 鋼桁架安裝

2.2.1 中塔柱節點安裝時的固結處理

為保證中塔柱節點安裝就位后，在桁架組拼過程中不發生位移和轉角，保證安裝質量，對中塔柱節點進行固結處理。在中墩柱上設置中支座剛接塊，布置在永久支座兩側，中支座節點安裝就位后，其梁底板與支座間隙留 5 mm，對中塔柱節點與剛接塊焊接固定后，再安裝其它部分斜桿及上弦桿。

中支座剛接塊內部采用沙箱結構，塔柱節點安裝時先放置在沙箱支點處頂緊，然后對外側鋼板與桁架底板圍焊固定，形成剛接點。桁架安裝完成落架前，對外側鋼板整體切割，桁架節點支撐在沙箱支點上，再利用沙箱落架至永久支座，完成主桁架施工。內部沙箱結構要先預壓到位，保證密實。

2.2.2 主桁架支點滑移及橫向調整處理

根據桁架安裝工況，桁架中墩節點固結處理后，其它支點隨著溫度的變化會熱脹冷縮而產生位移，為避免產生內應力，需要對該位移進行釋放，以適應溫度變化。其熱脹冷縮最大差值約 28.32 mm（溫度差值約 20 ℃）。

在桁架安裝過程中，在半幅下弦桿焊接完成后（不含合攏段焊縫），將調節短柱的支點進行置換。利用千斤頂將支點轉移至沙箱結構上，在沙箱頂部與下弦底板間設置不銹鋼板和四氟板，以利用沙箱提供支撐力的同時讓桁架自由伸縮滑移。當主桁架需要橫向調整時，可以在分配梁側面增設水平千斤頂，對下弦桿的橫向位置進行微調。

2.2.3 主桁架合攏段伸縮縫預留處理

根據現場安裝條件，跨中合攏段需要提前吊裝至橋位臨時放置，否則后期將無法安裝。所以合攏段在廠內制造時需要考慮合攏口預留縫的處理，避免安裝后因鋼板熱脹冷縮產生誤差，如圖 4 所示。

圖4 合攏段示意圖（單位：mm）

桁架合攏段安裝時間預計在 3 月底（溫度約 10 ℃），主桁架及橋面板整體合攏段焊接時間預計在 6 月底（最高溫度約 30 ℃）。鋼材的線膨脹系數取 0.000 011 8 mm/°，主桁架在中塔柱位置固結，則考慮中跨合攏段在安裝時和合龍前焊接時因溫度升高引起的膨脹值為 120 000×0.000 011 8×20=28.32 mm，合攏段安裝時與相鄰構件的間隙考慮 20 mm，兩端合計共 40 mm，大于桁架安裝期間中跨桁架的膨脹值，所以合攏段內廠制造時兩端需考慮縮短 20 mm，以保證現場安裝質量。根據設計圖紙對合攏溫度要求為 15 ℃，其合攏段焊接時間選擇夜間，環境溫度在 15 ℃ 左右，滿足設計要求。

2.2.4 桁安裝過程中的穩定及錨固點設置

主桁架下弦桿吊裝時，采用調節短柱（每個梁段 4 個支點）進行支撐，梁底與調節短柱點焊固定，保證穩定。腹桿及上弦安裝時，吊裝定位后，用臨時碼板連接固定，側向用槽鋼支撐，平面外設纜風繩，如圖 5 所示。

圖5 碼板節點示意圖

主桁架采用單件拼裝法，腹桿及上弦桿吊裝定位完成焊接前，需要設置纜風繩進行臨時固定，單個構件設 4 根纜風繩，構件焊接完成后，纜風繩方可摘除。主桁架外側錨固點采用Φ377 鋼管樁，入土深度 5 m，內側錨固點可利用已安裝的下弦桿吊耳。

2.2.5 上弦臨時撐桿結構

由于兩片主桁架之間吊機站位需要，主桁架安裝時橫梁無法全部施工，且桁架上弦只有中塔柱設有橋門架，為保證施工過程中的穩定性，在桁架安裝過程中，在桁架上弦布置 5 道臨時撐桿結構［2］，如圖 6 所示。

圖6 臨時撐桿位置示意圖（單位：mm）

1#臨時撐桿在中塔柱定位完成后安裝就位，2 # 和 3 # 臨時撐桿在對應的桁架上弦桿定位完成后安裝。1 # 臨時撐桿在橋門架安裝后進行拆除，2 # 和 3 # 臨時撐桿在桁架整體落架后進行拆除。安裝過程中，若臨時撐桿對履帶吊主臂形成阻礙，可先對臨時撐桿拆除，待構件吊裝完成后恢復。

2.2.6 拱式門架安裝措施

中塔柱橋門架采用分為下部拱圈結構和上部桁架結構兩部分安裝，拱圈結構起吊安裝時，會對橋塔柱產生向外的水平推力，為控制拱圈結構的水平推力和變形，在拱圈下部設置臨時拉桿，拉桿采用 14 # 槽鋼，與拱圈焊接固定。同時，在拱圈結構安裝前，在兩個橋塔中間設置了管桁架臨時撐桿，對塔柱進行了穩固，保證桁架順利安裝，如圖 7 所示。

圖7 拱式門架臨時撐桿示意圖（單位：mm）

2.3 橋面板焊接

2.3.1 橋面板焊接工藝流程

鋼桁架橫梁及小縱梁安裝焊接完成，開始鋪設橋面板單元。橋面板單元縱向由兩邊依次向跨中進行安裝。橫向以道路中心線為基準，向兩側安裝。

安裝時先焊接橋面板單元與橫梁之間的角接焊縫，再焊接橋面板單元間的縱向對接焊縫，橫向焊縫待全部橋面板鋪設完成后，由跨中向兩邊焊接，以小樁號0 # 橋面板安裝為例。

1）小樁號側橫梁及縱梁安裝完成；

2）第一塊橋面板單元鋪設（共 7 塊板單元）；

3）焊接第一塊橋面板單元與縱橫梁之間的焊縫（共安排 7 個焊工，先焊接橫梁與橋面板角焊縫，再焊接縱梁與橋面板焊縫）；

4）焊接橋面板單元之間的縱向焊縫（共安排 2 個焊工，從面板中間開始對稱施焊）；

5）焊接橋面板單元之間的縱向焊縫（共安排 2 個焊工，從面板中間開始對稱施焊），同時安裝下一節段的橋面板單元；

6）焊接橋面板單元之間的縱向焊縫，同時安裝下一節段的橋面板單元焊縫，共安排 4 個焊工，從面板中間開始對稱施焊；

7）焊接橋面板單元之間的縱向焊縫，同時安裝下節段的橋面板單元焊縫，共安排 4 個焊工，從面板中間開始對稱施焊。

2.3.2 橋面板單元 U 肋連接

橋面板縱向 U 形肋間采用高強度螺栓連接，按孔群的 25 % 打定位沖釘微調接口，安裝其它孔位高強度螺栓并進行初擰，再將沖釘處全部換上高強度螺栓并初擰、復擰；再焊接橋面板對接焊縫。施工中應注意：

1）螺栓安裝前，將栓孔內異物清除干凈；

2）螺栓初擰應從孔群中心向四周進行；

3）高強度螺栓初擰扭矩為終擰扭矩的 50 %。橋面板工地接頭焊縫 CO2打底焊完成后，拆除碼板并自動焊蓋面，探傷合格后，終擰高強度螺栓。

3 變形觀測及荷載試驗

3.1 變形觀測

為檢驗理論值與實際值的吻合度，指導施工正常進行，施工中進行了一系列觀測，包括下弦桿高程、上弦桿軸線以及橋塔偏位的監測。

高程監測采用精密水準儀及銦鋼尺，要求公里往返測量誤差≤ 1 mm。軸線及中塔偏位采用全站儀，要求測距精度高于 1 mm+1 ppm，測角精度高于 0.5”。測試方向由小樁號往大樁號（左→右），橫向按照 A 軸、B 軸分布，測試結果如圖 8、圖 9 所示。

圖8 上弦桿實測值與理論值對比圖

圖9 下弦桿實測值與理論值對比圖

根據觀測數據變化，符合施工進度及施工工況，沉降值整體變化較小，最大觀測沉降值為 A12 和 B13-1點均為 11 mm。根據上、下弦桿線型觀測數值變化，符合施工工況，線型整體平滑、順暢，滿足要求。

3.2 荷載試驗

荷載試驗是檢測成橋質量的重要手段，通過模擬橋跨主體結構在試驗荷載作用下的實際受力狀態，測試橋跨結構在荷載作用下的工作性能［3］，檢驗橋跨結構的強度和剛度是否滿足設計和規范要求，評估實際結構的動力性能。

3.2.1 靜荷載試驗

本次靜力荷載試驗采用 38 t 加載車，軸距、輪距與設計荷載較為接近，分 3 級逐步加載。靜荷載試驗結論如下所述。

1）加載效率。主橋靜力荷載試驗效率介于0.88～1.03，表明試驗荷載所產生的最不利效應反映了設計規范基本可變荷載效應的特征。

2）撓度測試。各工況作用下，主橋實測撓度校驗系數和縱橋向變形校驗系數介于 0.75～0.96，實測撓度均＜計算值。卸載后，測試截面測點的最大相對殘余變形＜20 %，表明橋梁結構剛度滿足設計要求，且結構控制截面在試驗過程中接近彈性工作狀態。

3）應力（應變）測試。各工況作用下，主橋各個測點實測應力校驗介于 0.77～0.90，實測值小于計算值，實測的最大相對殘余應力＜ 20 %，表明結構強度能夠滿足設計要求，且結構接近彈性狀態。

3.2.2 動荷載試驗

本次動荷載采用脈動試驗和激勵試驗。采用脈動法進行自振測試，由國家地震局工程力學研究所研制生產 941B 速度傳感器作拾振器，采用東方所 INV3062 智能信號采集處理分析儀作采集器。激勵試驗沖擊系數計算采用動應變和動撓度的時程曲線計算。其實測振型與理論振型如圖 10、圖 11 所示。動荷載試驗結論如下所述。

圖10 實測振型圖

圖11 理論振型圖

1）由模態試驗實測各階頻率和理論計算值對比可以看出，實測自振頻率值略大于計算值，表明結構的整體剛度較大，滿足設計要求。

2）主橋一階自振頻率實測值 1.578 Hz，在不同速度勻速跑車作用下，主橋實測最大沖擊系數為 0.058（30 km/h），根據實測基頻所得計算沖擊系數為 0.065，實測沖擊系數略小，表明正常行駛下動荷載對橋梁結構的沖擊較小。

4 結語

目前，鋼桁架橋梁在國內應用非常廣泛，橋型多樣且施工工藝及方法紛呈。本文以浦云路大橋為例，研究了施工中的主要工序及質量控制措施，并通過沉降觀測及動靜荷載試驗對成橋質量進行了驗證，取得較好效果，為今后同類鋼桁架橋梁的工程建設提供一定的參考借鑒。