大跨度鋼桁架拱橋施工技術及質量控制分析

吳承武

（廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

大跨度鋼桁架拱橋具有造型美觀、用鋼量較省、跨越能力優越及抗風性能和抗震性能突出等優勢，因此不論從實用性還是觀賞性方面來看，都得到了工程設計和相關研究者的關注。大跨度鋼桁架拱橋設計不僅在國內非常盛行，也在國際建筑領域獲得了較大關注，并且在交通基礎建設中使用大跨度鋼桁架拱橋，促進了交通建設行業的進一步發展，使人們的出行更加便捷。但要注意的是，現階段的鋼桁架拱橋在建設過程中仍然存在著一些問題，需要相關人員對施工技術進行持續改進和創新，進而不斷提高大跨度鋼桁架拱橋的適用性。

1 大跨度鋼桁架拱橋的特點

在對施工技術進行優化的過程中，設計和施工人員必須對大跨度鋼桁架拱橋的特點有充分的了解和把握，只有這樣，采取的施工技術才更具針對性。大跨度鋼桁架拱橋具有較好的經濟性和實用性，但在工程未完成狀態時，其整體的穩定性相比其他類型的橋梁建筑要弱一些，這是大跨度鋼桁架拱橋的腹桿和玄桿具有的自由度造成的[1]，而且大跨度鋼桁架拱橋在使用過程中受到水平推力相比其他橋梁要大一些。但是，大跨度鋼桁架拱橋在豎向剛度方面擁有不可比擬的優勢，其構件能夠承受較大的軸向力，能夠將材料本身的力學特性最大限度地發揮出來，在使用過程中能夠滿足不同情況下的行車需求。

2 大跨度鋼桁架拱橋的施工方法

現階段，大跨度鋼桁架拱橋施工建設過程中主要采用的施工方式如下[2]。

2.1 行走吊機架設法

行走吊機架設法是鋼桁架拱橋施工過程中常見的一種施工方式，吊機包括移動式吊機和步履式吊機兩種類型。這兩種類型的吊機需要在千斤頂和卷揚機的共同作用下實現順利牽引，通過分節段的安裝不停地向外延伸。需要注意的是，在這一過程中，行走吊機需要進行平衡裝置的加設，平衡裝置能保證吊機工作的穩定性。在進行起吊安裝的過程中，吊機和主體結構的錨固是非常重要的，如果在這一環節出現問題，很可能會影響起吊機整體的穩定性，進而影響構件的精準定位與安裝[3]。起吊機運行中各項性能參數，例如起吊重量、懸臂最大長度、起吊速度等，需要根據實際的施工狀況和施工團隊的施工經驗進行科學和合理的確定。

2.2 纜索吊裝架設法

纜索吊裝架設法是大跨度鋼桁架拱橋施工過程中經常使用的施工方法，采用這種方式能夠幫助施工人員實現吊機的自由安裝和拆卸，并且在多個拼裝場景都能發揮出較好的作用，使用纜索吊裝架設法能夠突破對大體積構建運輸和場地的限制。需要注意的是，在使用纜索吊裝架設法的過程中，需要合理利用臨時扣索索塔，而纜索吊機主塔通常會充當索塔，此時的主塔很可能會受到外部作用力的影響而發生形變，最終影響橋梁主體結構的施工。因此，施工人員運用纜索吊裝架設法之前，應該充分考慮該影響因素，并提前采取預防措施。

2.3 浮吊架設法

在現階段的大跨度鋼桁架拱橋施工過程中，技術人員會優先選擇使用浮吊法。采用這種施工方式，能夠使得原本必須在高空進行拼接作業的鋼桁架轉移到地面上開展，降低了高空作業風險，使各個施工環節的安全性大大提高。選擇使用浮吊架設法施工時，需要對當地的地形和氣候條件進行必要的考察，避免不良的施工地質和水文條件及氣候的頻繁變化影響正常施工，以及給工程埋下質量隱患。

2.4 懸臂架設法

懸臂架設法有兩種施工方式，一種是由兩岸不斷地向主跨跨中合攏。這種方式適宜跨徑相差較大的單孔鋼桁架拱橋的建設。懸臂架設法的使用能夠使鋼桁架拱橋的整體結構更加清晰，也能提升各個施工環節的銜接性和施工效率，是一種具有較高經濟性的施工建設方式。還有一種施工方式是從中支點向兩側對稱地進行懸拼至跨中合攏，這種類型的懸臂架設法適宜在跨徑相等或跨徑差距較小的多孔鋼桁架拱橋建設中運用。這種類型的懸臂支架法在施工過程中能夠使支點斷面的抗彎檢能力得到進一步強化，也能縮短工期。在施工中具體選擇使用哪種懸臂架設法，需要根據項目的特點并結合實際施工情況進行仔細的分析與研討，切不可盲目選擇[5]。

2.5 支架架設法

支架架設法是一種較為常見的施工方式，這種施工方式的優點在于能使得大跨度鋼桁架拱橋的施工受力變得更均勻，并在一定程度上降低施工難度。倘若目標鋼桁架拱橋的跨徑較小，那么施工人員可以嘗試使用臨時支架，如果目標鋼桁架拱橋的跨徑較大，那么可以嘗試使用臨時支墩，改善結構的受力情況，縮小邊孔的旋臂長度。

3 施工質量控制方案

為了不斷提高大跨度鋼桁架拱橋的施工技術水平，促進施工質量的提升，施工單位在施工前必須組織項目技術人員根據項目的特點并結合實際的施工情況對各類施工方案進行研究與討論。下文將從大跨度鋼桁架拱橋的施工流程著手，進行有關施工技術和質量控制措施的分析。

3.1 進行必要的放樣、號料和切割

在大跨度鋼桁架拱橋施工前，有關工作人員需要根據最初的設計圖紙，對施工過程中可能會運用到的各類構件通過電腦進行放樣。在這一環節中，工作人員需要對構建尺寸進行仔細的核對，并檢查零件草圖和下料草圖，確保不會出現任何誤差。在檢查零件圖的過程中，必須對零件圖中所有零件的尺寸進行標注，并做好安裝位置的說明。在對零件設計圖中所有零件設計進行檢查后，工作人員便可根據最終的放樣草圖進行畫線和號料。在這一過程中，工作人員還需要標注鋼管的爐批號和零件使用區域，確保不會忙中出錯。在構建號料過程中要做好登記工作，確保能夠在施工建設過程中追蹤材料的使用情況，這樣做的主要目的是在各個施工環節結束后能夠對剩余的鋼材量進行把控。在制作鋼管桁架結構材料時，需要使用到的鋼管并不需要具備較大的彎度，因此可以直接采取成品鋼管制備。

3.2 完成焊接工序

在進行鋼結構焊接之前，工作人員需要對所需使用鋼材的焊接工藝進行詳細的評定，通過實驗確定焊接材料、焊接方式及焊接速度。在焊接施工中，溫度的變化很可能會影響構件的尺寸和形變程度，因此在正式焊接之前，務必要對焊接過程中的各項參數進行嚴格把控，以實際工藝操作為基準，進行焊接方案的制訂，確保最終的焊接結果能夠達到理想狀態。在焊接工序完成后，存在各類突發性狀況，較為常見的焊接缺陷可以分成兩大類，一類是內部缺陷，另一類是外部缺陷。外部焊接缺陷指的是在焊接過程中出現咬邊、燒傷現象，或外部出現氣孔，或表面出現裂紋。這些缺陷較為明顯，因此通過肉眼觀察或使用低倍數的放大鏡就能夠觀測；但內部缺陷則有所不同，內部缺陷包括氣孔、焊接裂紋或未焊透等。這些缺陷會直接影響焊接質量，甚至會在橋梁結構后續使用過程中產生較大的破壞性。但由于內部缺陷通常無法通過肉眼或低倍數的放大鏡觀測，因此需要使用超聲波探測儀器或破壞性實驗等方法進行內部焊接缺陷的考察與測定。為了盡量避免內部缺陷和外部缺陷，在進行焊接的過程中，工作人員要遵守相應的規章和制度，確保焊接工序的合理推進，在焊接過程中一旦出現了焊縫，要及時補焊，盡量減少缺陷。

3.3 進行合理的預拼接

在大跨度鋼桁架拱橋施工過程中，桁架尺寸較大，如果在工廠中進行預拼裝構件的加工和制備，那么后期的運輸難度較大，為了解決這一問題，技術人員通常會采用小拼裝的方式進行相應構建的預拼裝。在進行小拼裝的過程中，工作人員要遵守分段原則，譬如要減少鋼管的對接焊縫，使得這些鋼管材料能夠運輸方便。運輸前，盡量對桁架拱度及桁架的接口質量進行勘察，確保各類細小零件都安裝在正確的位置，只有如此，才能夠使得施工建設變得更加方便和快捷。

3.4 進行中長段的現場立體拼裝

在加工廠內進行小拼裝后，相應構件會被運輸送往施工現場。需要注意的是，構件運輸過程不得盲目，工作人員需要進行運輸前的分類打包，并對待運輸構件進行仔細的清點。在清點完成后方能將所有構件運送出廠。由于運送目的地不同，因此構件的運送方式也有所不同。但無論使用哪種方式，在運送至目的地后都需要使用吊機卸載貨物。通常情況下，運輸人員會使用鐵路、公路或水路3種方式進行材料構件的聯合運輸，保證運輸過程不出現差錯。一旦構件進入施工現場，工作人員就需要開展中長段的立體拼裝和焊接。在現場焊接的過程中，仰焊難度較大，焊縫質量很難保證，因此在進行中長段立體拼裝焊接的過程中，施工人員通常會先進行平焊和立焊，在這兩個環節完成后，使用龍門吊機進行預拼裝節段的翻身，待預拼裝階段完成后，進行另一面的焊接。需要注意的是，在進行翻身焊接之前，施工人員要嚴格按照施工要求對應當進行仰焊的焊縫做手工電焊打底，并預先進行隔板的拼焊，在完成這一系列工序后方能翻身。在翻身的過程中，施工人員必須控制好龍門吊機，確保整個翻身過程平緩，如果無法以平緩的方式翻身，工作人員就必須使用拉繩或支墊，確保整個翻身過程不會出現沖擊或集中受力。在翻身完成后不應當立馬進行平焊，而應當先進行鋼管拱截面的抽樣檢查，在檢查完成后方能進行平焊，只有如此，才能確保預拼裝階段不會發生變形。

3.5 現場支撐的加固

在進行大跨度鋼桁架拱橋施工的過程中，橋梁跨度較大且高層超出了普通橋梁，因此使用傳統的腳手架支撐難以達到良好的效果且需要花費大量的資金。為此，技術研究人員采用拼裝構件節點位置支撐加固的方式代替腳手架進行支撐系統的制作。

在使用拼裝構件節點位置支撐加固方式的過程中，工作人員首先應當進行各節點和高程的精準計算，并計算合攏前桁架總重量，得到準確的數據。從相應的數據資料中進行支撐點支撐重量的推算，通過最終的推算結果，采用合適的“工”字鋼作為支撐柱進行支撐加固。在這一過程中，工作人員要使用全站儀進行構建節點位置的精準定位，在確定位置后使用澆筑混凝土墩及預埋加固鋼板進行節點位置的支撐加固。在進行鋼板預埋的過程中，還應當在鋼板上焊接豎向的“工”字鋼或鋼管確保支撐加固性能。與此同時，工作人員需要應用水準儀進行支撐頂高程的控制，確保桁架能夠在安全、穩定的環境下安裝。邊跨臨時支架立面圖如圖1所示。

圖1 邊跨臨時支架立面圖 （單位：mm）

3.6 優化鋼管混凝土施工方式

現階段使用的鋼管混凝土施工方式有3種，一是人工逐段澆搗法，二是泵送頂升澆筑法，三是高位拋落免振搗法。由于桁架式鋼管拱橋具有一定特殊性，施工難度較大，因此相比較其他的管內混凝土澆筑方法而言，泵送頂升澆筑法適用性更強。這類澆筑法的施工速度更能滿足建設需求，而且不需要工作人員高強度的勞動，就能達到較好的澆筑效果[6]。

4 結語

隨著時代的發展，國民經濟水平的提升，大跨度鋼桁架拱橋等類型的公共交通基礎設施將會愈發受到施工建設者的重視。只有不斷地提升施工技術水平，加強施工質量控制，才能夠滿足人民群眾日益增長的出行需求。