對空間扭曲截面鋼桁梁安裝技術的探討

徐 杰，胡元峰，唐 靖，武德智，劉小龍

（1.中億豐建設集團股份有限公司，江蘇 蘇州 215131；2.海波重型工程科技股份有限公司，湖北 武漢 430207）

0 引 言

某橋梁項目跨越繁忙內河，連接南側學校與北側商業廣場。通道全長為405 m，其中主橋為220 m桁架橋，引橋為簡支鋼箱梁橋，南側為79 m，北側為106 m，橋梁與河道斜交31.6°（右斜）。南北兩端各設置一對坡道和一對踏步，詳見圖1 所示。

圖1 主橋橋型布置圖（單位：cm）

主橋起止墩號2#～5#，跨徑組合為（50+120+50）m，橋梁凈寬10 m。主橋采用連續桁架結構，兩榀桁架間采用橫梁、風撐連接，主桁下弦桿采用800 mm×1 000 mm 截面，主桁上弦桿采用800 mm×600 mm 截面或600 mm×600 mm 截面，斜腹桿采用800 mm×800 mm、800 mm×600 mm、800 mm×400 mm截面，斜腹桿及桁架節點板整體位于曲面上。直腹板采用800 mm×600 mm、800 mm×400 mm 截面，板厚有40 mm、30 mm、20 mm 三種，主桁架整體位于半徑為37 m 的圓曲線上[1]。主墩采用花瓶墩，邊墩采用柱式墩+蓋梁形式，詳見圖2 所示。現對主橋的施工進行詳細說明。

圖2 主橋橫斷面示意圖（單位：cm）

該項目施工關鍵技術有：（1）陸地汽車吊吊裝部分匹配臥拼成吊裝分段吊裝；（2）河道浮吊吊裝部分整體立拼成大節段吊裝，立拼以運輸分段散拼；（3）陸地區域斜腹桿橋位散裝，河道斜腹桿立拼全拼裝；（4）風撐拼裝成“K”型件后吊裝。下文對此進行詳細介紹。

1 總體施工工藝介紹

主橋一跨跨越河道，受兩岸道路和建筑的影響施工拼裝場地有限，主橋主桁梁部分1～3、7～9 節段采用350 t 汽車吊吊裝，先吊裝橋面系（包括橋面和縱橫梁），再吊裝主桁梁片體分段（主桁梁先臥拼成單節間或多節間吊裝片體，經倒轉至橋位附近后再吊裝），然后吊裝斜腹桿，最后吊裝風撐，詳見圖3 所示。中跨4～6 節段采用500 t 浮吊吊裝，沿河岸場地進行立拼，先拼縱、橫梁，再拼橋面板，然后拼裝下弦、直腹桿、上弦桿，然后拼裝斜腹桿，最后拼裝風撐成整體大節段后吊裝，詳見圖4 所示。

圖3 邊跨吊裝順序圖

圖4 中跨整體吊裝截面示意圖

主橋兩岸同時對稱施工，按先邊跨再中跨[（L3→L2→L1）/（L7→L8→L9）→L4→L6→L5]的施工順序進行安裝、焊接，完成合格后再補涂油漆和最后一道面漆施工，完成主橋鋼結構施工，詳見圖5 所示。

圖5 主橋節段吊裝順序圖

2 臨時支墩、吊點布置及輔助工裝設計

2.1 臨時支墩設計

主橋邊跨汽車吊吊裝的臨時支墩結構形式為格構柱形式。單個分段拼裝支架主要由φ630×10 mm鋼管通過角鋼∠100×6 mm，槽鋼[20a 連接而成的拼裝支架，頂部采用雙拼H600×300 型鋼，H 型鋼上部與調平鋼管焊接。全橋支架在橫梁頂部設置φ273 mm×8 mm 的調平鋼管，同時每套拼裝支架上部設置25 t 液壓千斤頂，可對鋼桁梁高度進行調整，底部采用現澆混凝土擴大基礎，詳見圖6 所示。

圖6 主橋邊跨陸地臨時支墩橫斷面圖（單位：mm）

主橋中跨水中采用φ630×10 mm 鋼管樁基礎，上部臨時支墩采用與邊跨相同的結構形式，詳見圖7所示。所有鋼材材質為Q235。經受力計算，臨時支墩剛度、橫梁立柱強度、抗剪強度、穩定性均能滿足規范要求，確保施工安全。

圖7 主橋中跨水中臨時支墩橫斷面圖（單位：mm）

2.2 吊點布置設計

主桁梁分段為異形結構，吊裝重心采用三維建模精準查找[3]，但由于主桁梁為內傾結構，吊點重心線不在上弦頂面，為保證主桁梁片體起吊平衡，上弦頂面布置2 個主吊耳，下弦外弧腹板上布置2 個調平吊耳，采用長短鋼絲繩和30 t 手拉葫蘆配合調整起吊平衡姿態，詳見圖8 所示。

圖8 單雙節間和單節間吊耳布置圖

浮吊吊裝的整體大節段（4、5、6 節段）采用8 吊耳進行吊裝，通過三維查找重心，吊耳分布于左、右上弦拱頂位置，上弦內側橫向布有風撐和臨時橫撐結構，確保吊裝時大節段變形在可控范圍內，詳見圖9 所示。

圖9 整體大節段吊耳布置圖（單位：mm）

散吊斜腹桿采用相同方法找準重心，在斜腹桿頂板面布置2 個吊耳，通過長短鋼絲繩和10 t 手拉葫蘆配合調整安裝角度，詳見圖10 所示。

圖10 斜腹桿吊耳布置圖

上述所采用的吊耳均按規范要求計算滿足受力要求，吊耳與主結構間的焊縫按熔透進行焊接，雙面附加8 mm 焊角，采用超聲波BⅠ探傷合格后方可使用。

2.3 輔助工裝設計

2.3.1 臨時匹配件設計

為保證4、5、6 節段立拼散裝鋼桁梁定位精準，在直腹桿環口位置設置臨時匹配件固定連接，匹配件結構形式詳見圖11 所示。采用厚度為20 mm 鋼板制作而成，匹配件與腹桿焊接連接，焊角為8 mm，拼裝定位時采用M24 沖釘固定。

圖11 臨時匹配件示意圖

2.3.2 定位施工平臺設計

邊跨橋位吊裝主桁梁片體分段時，定位連接只有下弦與橫梁位置，上弦橫向無任何連接。為保證左、右主桁梁片體吊裝能形成穩定連接體系，專門設計了臨時橫向門字架。門字架結構采用H294×200型鋼制作，全橋直腹桿位置均需設置，與主桁梁片體間采用連接板焊接固定。在門字架上部縱橋向采用[20 型鋼連接成整體，并鋪設鋼跳板(主桁梁左、右兩側均鋪設)；采用φ16 鋼筋作爬梯籠用于施工人員上下，詳見圖12 所示。該臨時門架支撐即起支撐穩固作用，又可用作臨時平臺。該門字架也適用于中跨4/5/6 節段立拼。

圖12 門字架示意圖（單位：mm）

2.3.3 臨時橫支撐設計

采用浮吊吊裝節段，4/6 節段頂部有風撐，5 節段頂部無風撐，需設置臨時橫撐，經計算采用雙拼H400×300×10×16 的型鋼連接成整體即可滿足要求，詳見圖13 所示。

圖13 臨時橫撐示意圖

2.3.4 焊接作業平臺設計

主桁梁上弦焊接位置施工平臺，采用規格為∠50×5 和[14a 掛籠及鋼跳板組成施工平臺。掛籠布置在桿件兩端頭，吊裝前點焊固定在桿件頂板上，隨桿件一起安裝在橋位，栓接完畢后拆除。另在上弦桿頂板外側搭設鋼筋爬梯及護欄作施工通道，詳見圖14 所示。

圖14 焊接作業平臺及安全護欄示意圖

3 主桁梁臥拼施工工藝介紹

主橋左、右側主桁梁工廠制作時均已按輪次匹配試拼裝，報驗合格后汽運發往工地，工地橋位吊裝前再將1～3、7～9 節段按節段匹配臥拼成吊裝分段（中跨4/5/6 節段除外）。單節段采用H400×300 拼裝橫梁、連接撐、調節模板等組成臥拼胎架，橫梁與地面采用膨脹螺栓連接。拼裝橫梁需布置在鋼結構橫隔板處。臥拼時先組裝下弦，再組裝上弦，最后組裝腹桿，詳見圖15 所示。工地臥拼采用將廠內試線型還原的方法進行施工，主控桁高、桁寬及節段與節段間的開口尺寸。

圖15 主桁梁臥拼示意圖

4 主桁梁立拼施工工藝介紹

主橋主桁梁4、5、6 節段沿河岸布置胎架進行立拼，縱向布置H400×300 拼裝橫梁、連接撐（[14a 和∠75×5 型鋼）、調節模板（φ273×8 和[14a）等組成立拼胎架，橫梁與地面采用膨脹螺栓連接，詳見圖16所示。拼裝橫梁需布置在鋼結構橫隔板處。立拼時，先組裝橫梁，再組裝橋面板，然后組裝下弦、直腹桿、上弦，然后組裝斜腹桿，最后組裝風撐。直腹桿與下、上弦采用匹配件定位，并通過控制半寬尺寸確保主桁梁縱向線型，復測與之相接節段的桁高、桁寬，立拼節段端口尺寸控制在精度要求范圍內，確保吊裝環口均能合上。立拼節段需在岸上完成油漆補涂和外表面油漆涂裝后再進行吊裝。

圖16 主桁梁立拼示意圖

5 橋位吊裝施工工藝介紹

該項目主橋采用兩側對稱同時施工工藝，互不干擾。同一節段左、右側拱吊裝定位完成后方可進入下一節段的吊裝。南岸施工順序為L3→L2→L1，北岸施工順序為L7→L8→L9。中跨大節段L4、L5、L6吊裝前必須將L2、L3、L7、L8 節段吊裝焊接完成后方可施工，L1、L9 節段與中跨吊裝施工不沖突，可同時施工。全橋整體施工步驟如下：

（1）復查永久支墩標高、軸線，并進行南北兩側拼裝場地硬化處理及河道施工區域清淤處理，清淤后水深不得小于4 m。

（2）利用130t 汽車吊橋位依次吊裝L-3→L-2→L-1 或L-7→L-8→L-9 節段橋面系橫梁及橋面板，先吊裝橋面系橫梁再吊裝橋面板，根據最不利工況、節段最重和吊車作業半徑進行計算分析，負載率均能滿足規范施工要求，詳見圖17 所示。

圖17 邊跨橋面系吊裝示意圖

（3）利用350 t 汽車吊將臥拼吊裝分段轉至吊裝吊車作業半徑范圍內，再利用350 t 汽車吊將片體分段吊裝至橋位，并與橋面系和臨時門字架固定；利用130 t 汽車吊吊裝斜腹桿和拱頂風撐。左、右側桁架拱的吊裝順序應根據臥拼場地位置來確定，汽車吊負載率均能滿足規范施工要求。總體順序為L-7→L-8→L-9 或L-3→L-2→L-1，詳見圖18 所示。

圖18 邊跨主桁梁吊裝示意圖

（4）利用一臺500 t 浮吊，依次對L-6→L-4→L-5節段進行吊裝，根據最大作業半徑、起重能力和浮吊吃水深度進行計算，均能滿足規范施工需求。由于該橋跨越河道為通行航道，通行船只非常多，浮吊吊裝施工時需封航，封航時間不得大于4 h。吊裝施工前應先將臨時施工平臺、焊接設備、切割設備、打磨設備、供電設備、救生設備等提前準備到位，每個環口安排2 名焊工對稱施焊，先焊立焊，再焊平焊和仰焊，上、下弦環縫焊接完成后浮吊方可松鉤，詳見圖19 所示。

圖19 主桁梁立拼示意圖

6 鋼桁梁安裝質量控制

（1）廠內加工制造時，主桁桿件、橋面系分別進行整體匹配總拼裝，4～6 節段直腹桿環口安裝匹配件，嚴格控制制造線型。

（2）對桿件平、縱設計參數表、支座設計參數等基本數據進行全面校核，弄清平面及立面曲線要素，立面制造線形還應在總體立面線形的基礎上疊加預拱度。安裝桁架之前，把每一段梁軸線尺寸(制作單位提交的試裝記錄定位線)和圖紙設計的線形投影在支撐體系上。

（3）在橋兩岸上、下游各設置一個基準測量點，施工過程中實時對鋼桁梁的安裝進行監測，一旦發現偏差及時進行糾正，以保證橋型質量。

（4）在每一組支撐體系的每個格構柱固定位置刻好標記，作為沉降觀測的測量點。鋼桁架安裝前對支撐體系的沉降進行復測，每吊固定完畢后再對支撐體系沉降進行復測，與前一次數據進行對比，看沉降是否均勻。若不均勻，應立即停止安裝，一個節間安裝完畢后進行整體復測合格后方可進行下一步施工。

（5）嚴格測量控制桁架安裝裝過程的上弦內寬坐標、標高、節段端口下撓值等。

7 節段拼裝控制措施

（1）嚴格控制拼裝胎架標高及線型，通過工字鋼做成片體胎架，并通過模板標高控制線型偏差。

（2）保證拼裝地樣線的繪制精度，通過地樣線控制大節段拼裝整體線型。

（3）嚴格控制焊接變形，采用合理電流電壓、焊接方式盡量減小大節段變形量。

（4）嚴格遵循三檢制度[2]，保證地樣線繪制、胎架制作、裝配、焊接、每道工序合格。

8 結 語

該項目主橋鋼桁梁施工充分利用了現場現有條件，以模塊化流程施工大大提高了施工效率，河道內整體大節段吊裝減少了航道占用時間，合理的工藝方案確保了安裝線型和施工質量。