大跨度鋼架連廊拼裝技術(shù)的施工應(yīng)用

鐘龍慶

（江西中煤建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 贛州 341000）

1 工程概況

某特大橋梁工程全長1.1km，根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)為鋼結(jié)構(gòu)的形式，包含地下與地上混凝土柱，鋼結(jié)構(gòu)的種類和尺寸比較多樣化，變化比較明顯，且跨度尺寸比較大，對于設(shè)計(jì)與施工來說有著比較高的要求。同時(shí)，該工程的鋼結(jié)構(gòu)自重比較大，橫向以及縱向跨度較大、桿件數(shù)量多，如果使用分件的高空散裝方式，不僅高空組裝、焊接工作量巨大，還會引發(fā)嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)，工程事故的發(fā)生率較高。因此，本文探討應(yīng)用鋼架連廊散件的地面胎架現(xiàn)場原位、錯(cuò)位拼裝的方式，以降低項(xiàng)目建設(shè)成本。

2 工程項(xiàng)目施工難點(diǎn)

其一，跨度尺寸較大，所以鋼結(jié)構(gòu)的主體部件全部都是桁架的形式。因?yàn)檫\(yùn)輸現(xiàn)場的重量限制，所以在施工現(xiàn)場應(yīng)進(jìn)行二次拼裝，以構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)。其二，大跨度鋼架連廊主體結(jié)構(gòu)安裝結(jié)構(gòu)的中心到邊緣距離比較大，高度較高，導(dǎo)致吊裝作業(yè)無法順利進(jìn)行，所以現(xiàn)場應(yīng)使用原位、錯(cuò)位地面拼裝的方式。其三，大跨度鋼連梁存在24 個(gè)受力點(diǎn)，各個(gè)受力點(diǎn)保持均勻性，并且做好每個(gè)牛腿標(biāo)高與水平精度的控制，這也是工程建設(shè)的難點(diǎn)。

3 大跨度鋼架連廊的拼裝及驗(yàn)算

3.1 大跨度鋼架連廊拼裝

在此次工程項(xiàng)目中，A、B 橋墩結(jié)構(gòu)之間安裝的鋼桁架廊橋?yàn)殇摾葮颍浣Y(jié)構(gòu)頂部標(biāo)高為94.75m，高16.18m，寬22m。該結(jié)構(gòu)組成包含：4 榀主鋼桁架、箱型梁、H 型鋼，整體自重為2600t 左右。因?yàn)楝F(xiàn)場安裝施工單個(gè)部件的重量比較大，所以分段組拼的方式難以施工，需要選擇單根構(gòu)件的方式進(jìn)入現(xiàn)場，通過應(yīng)用200t 履帶吊實(shí)施現(xiàn)場拼裝作業(yè)。具體來說，大跨度鋼架廊橋的現(xiàn)場拼裝工藝流程如下：

第一，應(yīng)用4 根加固梁雙拼工字鋼上部安裝10 根輔助廊橋的擱置梁，具體的安裝位置要根據(jù)梁體分段進(jìn)行設(shè)置確定，以保證主梁、次梁可以正常的拼裝施工。第二，先在擱置梁的表面進(jìn)行拼裝施工，必須確保兩側(cè)的底平面在同一水平的標(biāo)高部位，確保提升到位，并且安裝到支座上，各個(gè)部位配合施工。第三，擱置梁結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置輔助胎架，主要的作用是輔助中間兩榀桁架梁安裝施工，水平頂部與桁架的梁底標(biāo)高完全相同。二層胎架應(yīng)該確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性合格。胎架之間應(yīng)用斜梁與系梁穩(wěn)定連接。第四，主橫梁結(jié)構(gòu)中安裝立柱，保證定位符合設(shè)計(jì)方案的要求，左右前后垂直偏差限定在規(guī)定區(qū)間之內(nèi)。第五，現(xiàn)場使用的二層橫梁為87.75m 標(biāo)高的主次梁結(jié)構(gòu)，先進(jìn)行主梁的拼裝施工，合格后再進(jìn)行次梁安裝，使4 根主梁結(jié)構(gòu)的下部標(biāo)高完全一致，并且和主梁保持垂直布置。第六，在現(xiàn)場安裝二層柱時(shí)，應(yīng)該在柱體之間設(shè)置斜撐，從而使立柱結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定性要求，并且垂直度偏差在2mm 以下。第七，主次梁安裝使用三層的形式，確保4 根主梁的下部設(shè)置在同一水平標(biāo)高，并且與下部的梁體結(jié)構(gòu)達(dá)到垂直的狀態(tài)。第八，設(shè)置二層斜撐的結(jié)構(gòu)，拼裝時(shí)應(yīng)該保證主框架梁的施工效果合格，斜撐梁與主框架梁的結(jié)構(gòu)之間切口達(dá)到順滑的標(biāo)準(zhǔn)，端面平整度合格。桁架與連系梁的組裝工作結(jié)束后，進(jìn)行幾何尺寸檢測，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后才能焊接施工。焊接環(huán)節(jié)執(zhí)行焊接工藝方案的要求，經(jīng)過無損檢測合格后才能進(jìn)行驗(yàn)收檢測；表面涂抹一層油漆與防火涂料，達(dá)到性能的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)[1]。

3.2 施工工藝要求

第一，地面拼裝桁架執(zhí)行工藝方案的要求，對各個(gè)部件進(jìn)行桁架順序編寫，還要確保連接點(diǎn)方向符合要求。第二，桁架拼裝時(shí)，因?yàn)榭缍瘸叽巛^大，應(yīng)根據(jù)1/700 比例進(jìn)行預(yù)拱設(shè)置。第三，接縫時(shí)應(yīng)在焊縫單面45°坡口制作，內(nèi)部設(shè)置襯板結(jié)構(gòu)，焊縫為一級焊縫，并且執(zhí)行100% 探傷檢測。第四，現(xiàn)場安裝施工中，根據(jù)要求做好主梁的水平度與垂直度的控制，每一層都符合要求。第五，鋼柱、鋼梁安裝時(shí)應(yīng)分層逐根施工，并且按照主梁、次梁、支梁、立柱的順序進(jìn)行施工。第六，每一根鋼梁都必須編號且要對號入座，不能混裝施工。第七，因?yàn)?9.7m 框架并不是主要的受力梁體，上部的桁架為主要承受的部件，為了減小底部梁應(yīng)力，通過分段臨時(shí)后固定焊接。第八，鋼連廊在地面拼裝作業(yè)，通過原位安裝的方式提升時(shí)容易和鋼支腿發(fā)生碰撞，所以要在地面上應(yīng)用錯(cuò)位拼裝的方法，考慮到鋼支腿的寬度，錯(cuò)位2.0m 在地面拼裝，提升完成后及時(shí)滑移到位，使其符合安裝標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 工況分析

3.3.1 選擇合適拼裝吊車。在此次鋼連廊的拼裝中，主要是在兩者之間加固胎架。使用200t 履帶吊在拼裝施工區(qū)域內(nèi)開展施工，其來回行走的長度為36m。履帶吊結(jié)構(gòu)的重量比較大，體積也很大，因此散件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行拼裝作業(yè)。因?yàn)楝F(xiàn)場施工的空間比較小，通過使用SCC2000C 型變幅副臂LG 工況，主臂37m，副臂43m 履帶吊，并且在現(xiàn)場要進(jìn)行加固處理。空中鋼廊橋散件采取現(xiàn)場的拼裝方式，通過計(jì)算確定在規(guī)定部位上安裝設(shè)備，保證回轉(zhuǎn)半徑和吊裝能力符合要求。在此次工程的施工中，應(yīng)用的吊裝設(shè)備停放位置如圖1 所示。

圖1 履帶吊停放位置示意圖（單位：mm）

3.3.2 拼裝輔助結(jié)構(gòu)。在廊橋拼裝工作實(shí)施中，因?yàn)楦鱾€(gè)部件都是采用焊接的形式，所以焊接作業(yè)量很高，后續(xù)的防火漆涂料的任務(wù)量較大，這就需要在拼裝工作中保持操作方便與安全性，結(jié)合拼裝的高度與進(jìn)度控制、逐層搭設(shè)操作平臺的方式進(jìn)行腳手架的輔助拼裝作業(yè)，使結(jié)構(gòu)施工效果合格。

3.3.3 拼裝注意事項(xiàng)1：胎架設(shè)置工作結(jié)束后進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)拼裝作業(yè)，并且根據(jù)空中廊橋的主體結(jié)構(gòu)尺寸投影位置向右偏移2.0m 定位。安裝79.7m 框架，承載部分是上部的桁架梁，為了可以更好地減小底部梁應(yīng)力，采取分段點(diǎn)固定焊接的方式，后續(xù)焊點(diǎn)在試提升卸載完成后實(shí)施焊接，焊點(diǎn)布置見圖2。

圖2 層后焊點(diǎn)布置圖

拼裝注意事項(xiàng)2：遵循設(shè)計(jì)方案的要求，拼裝環(huán)節(jié)應(yīng)根據(jù)1/700 的比例設(shè)置，并且交錯(cuò)設(shè)置焊縫，確保結(jié)構(gòu)的性能合格。

3.4 吊點(diǎn)布置的計(jì)算分析

根據(jù)此次工程的需要，在鋼架連廊提升吊點(diǎn)布置時(shí)，綜合分析經(jīng)濟(jì)、安全等方面的因素，確保吊裝方案符合要求。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行建模分析，模型設(shè)計(jì)符合要求，并且使用有限元軟件對結(jié)構(gòu)部件整體強(qiáng)度展開分析、檢測，提高結(jié)構(gòu)的性能。在此次項(xiàng)目中，選取的是SAP2000 有限元軟件進(jìn)行分析，具體模型見圖3。

圖3 大跨度鋼架連廊整體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

通過軟件模擬分析，對連廊的各個(gè)結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行有限元分析，分析桿件的運(yùn)行情況，材料的彈性模量為2.06×105MPa，密度為7850kg/m3，泊松比為0.3。經(jīng)過計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的變形量在合理的范圍，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，鋼架連廊結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力比為0.657，不能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求的最大應(yīng)力比；吊點(diǎn)部位的設(shè)計(jì)符合要求，滿足大跨度橋梁的提升標(biāo)準(zhǔn)要求，項(xiàng)目施工安全性合格。由此可見，通過使用SAP2000 軟件設(shè)計(jì)分析吊點(diǎn)，可以完全符合工程的施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

4 大跨度鋼連廊吊裝施工控制

4.1 鋼柱、鋼梁吊裝

大跨度鋼連廊吊裝現(xiàn)場作業(yè)環(huán)節(jié)，通常來說，選取的鋼柱是焊接H 形柱的結(jié)構(gòu)，使用一點(diǎn)起吊的方式進(jìn)行施工。吊裝作業(yè)開始前，把爬梯安裝到鋼柱上，便于工作人員進(jìn)行現(xiàn)場操作。在鋼柱的加工制造階段，應(yīng)根據(jù)柱面作為基準(zhǔn)面的方式進(jìn)行樁體長度、各個(gè)部件的安裝控制。在柱底標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整時(shí)，要調(diào)節(jié)螺母的參數(shù)，螺母頂面標(biāo)高應(yīng)該達(dá)到柱樓面水平。柱放置結(jié)束后，需要在底盤下部應(yīng)用螺母調(diào)節(jié)高度。在鋼柱、鋼梁安裝全部結(jié)束之后，及時(shí)進(jìn)行縫隙內(nèi)灌注混凝土施工，確保結(jié)構(gòu)的密實(shí)度合格，整體性能符合工程的標(biāo)準(zhǔn)要求。在鋼柱吊裝工作的環(huán)節(jié)，組合形成穩(wěn)定的受力結(jié)構(gòu)，性能和質(zhì)量符合要求，此時(shí)應(yīng)該同時(shí)穿插鋼柱件鋼梁。鋼梁使用兩點(diǎn)等彎矩吊裝的方式。吊裝部件設(shè)置時(shí)，使用吊索與鋼梁進(jìn)行，兩者的夾角設(shè)定在45°以上，鋼梁表面焊接吊耳，吊裝能力滿足要求。在開始吊裝作業(yè)前，應(yīng)進(jìn)行螺栓檢查，核對鋼梁的編號，同時(shí)還要標(biāo)注好鋼梁的方向，根據(jù)安裝的順序進(jìn)行鋼梁擺放，并且在地面應(yīng)用鋼梁進(jìn)行連接，兩側(cè)都必須通過高強(qiáng)度螺栓緊固。每個(gè)部件以及工具都必須保持連接的穩(wěn)定性，避免存在空中掉落的情況，保護(hù)現(xiàn)場人員以及設(shè)備的安全性，切實(shí)規(guī)避現(xiàn)場的任何安全事故。

4.2 鋼桁架吊裝

在現(xiàn)場開展鋼構(gòu)拼裝與吊裝時(shí)，技術(shù)人員需對桁架結(jié)構(gòu)展開全面的分析。綜合考慮吊裝作業(yè)現(xiàn)場的情況，最終選擇使用拼裝兩層主桁架的形式。在拼裝工作全部結(jié)束后，應(yīng)用噸位符合要求的汽車吊開展桁架的吊裝；四榀主桁架安裝到位后，設(shè)置臨時(shí)纜風(fēng)繩以達(dá)到固定的效果；遵循設(shè)計(jì)方案安裝次梁，在安裝結(jié)束后即可進(jìn)行上弦、腹桿、次梁的安裝。

單榀桁架安裝中，選擇應(yīng)用兩點(diǎn)等彎矩吊裝的方式進(jìn)行。鋼絲繩經(jīng)過對現(xiàn)場進(jìn)行綁扎，與桁架上弦鋼梁組合形成整體結(jié)構(gòu)，不需要設(shè)置吊耳裝置，并確定最佳的吊點(diǎn)位置。執(zhí)行吊裝工藝方案的要求，各個(gè)結(jié)構(gòu)部分保持穩(wěn)定吊裝施工，在上下弦的鋼梁安裝工作結(jié)束后，即可在結(jié)構(gòu)中形成空間鋼構(gòu)單元形式，并立即組織人員展開偏差部位的檢測，如果發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)無法達(dá)到規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要及時(shí)做出調(diào)整，并應(yīng)用高強(qiáng)度螺栓、翼緣板等進(jìn)行連接，以形成整體的結(jié)構(gòu)[3]。

4.3 高強(qiáng)度螺栓施工

現(xiàn)場的連接使用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行，強(qiáng)度性能合格，穿入的方向應(yīng)該保持一致性，可以自由進(jìn)入孔內(nèi)，每日安裝的螺栓要在當(dāng)日完成緊固作業(yè)。如果發(fā)現(xiàn)螺栓穿入存在較大阻力的情況，不能使用氣割的方式擴(kuò)孔，應(yīng)該使用合適的工具進(jìn)行，并要使直徑以及數(shù)量都符合工程的要求。使用扳手進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓的緊固處理，拆除臨時(shí)螺栓，全部更換為高強(qiáng)度螺栓。在現(xiàn)場安裝施工中，應(yīng)確保摩擦面都達(dá)到干燥性。高強(qiáng)度螺栓緊固要分為兩次進(jìn)行，按照初擰與終擰的工序進(jìn)行施工，以此從螺栓的中間部位向外側(cè)擰緊，并且確保接頭部位可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定連接，達(dá)到連接性能標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 鋼結(jié)構(gòu)連廊的焊接

在桁架焊接的環(huán)節(jié)，保證受力從大到小、從受拉到受壓的順序落實(shí)施工。主桁架的焊接尤為重要，確保焊接的質(zhì)量合格，并遵循單杠雙焊、雙杠單焊的基本原則，還要確保在桁架兩側(cè)同時(shí)焊接，組合成為整體結(jié)構(gòu)。在焊接環(huán)節(jié)要綜合分析鋼構(gòu)件的對稱設(shè)計(jì)要求，選擇合適的自由端，防止出現(xiàn)累計(jì)誤差的情況。同時(shí)，焊接作業(yè)人員使用最小角度、最小熱輸入量、最小焊道的方式完成焊接。焊接的坡口設(shè)置符合要求，盡量避免過大收縮問題的出現(xiàn)。

4.5 鋼筋桁架樓承板安裝

鋼筋桁架樓承板與鋼梁按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行搭接設(shè)置，確保和鋼梁電焊固定達(dá)到穩(wěn)定、可靠性的要求。預(yù)留孔洞在設(shè)置的位置以及板邊的異形部位，或者經(jīng)過切割處理的位置，需要加強(qiáng)檢查，確保沒有發(fā)生漏漿的問題。按照設(shè)計(jì)方案要求進(jìn)行臨時(shí)支撐的設(shè)置，保持整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[4-5]。

4.6 現(xiàn)場防腐補(bǔ)涂

在焊接完成后，對于焊縫兩側(cè)、補(bǔ)焊部位、油漆脫落的部位進(jìn)行現(xiàn)場補(bǔ)涂處理，在開始補(bǔ)涂前把雜質(zhì)清理干凈。對于涂裝的結(jié)構(gòu)，需要除銹后再進(jìn)行涂裝處理，不能存在漏涂的問題，并且確保涂層結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生剝落、銹蝕等問題。涂層表面應(yīng)達(dá)到均勻、平整、豐滿的要求，不能存在褶皺、裂縫、流掛、氣泡等。如果存在質(zhì)量問題則要及時(shí)處理，以免影響后續(xù)的正常使用。

5 結(jié)語

在工程項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)，應(yīng)用大跨度鋼架連廊拼裝技術(shù)，可以滿足現(xiàn)場建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，各個(gè)環(huán)節(jié)處于可控范圍內(nèi)。本文從案例出發(fā)進(jìn)行分析，分析研究大跨度鋼架連廊整體拼裝現(xiàn)場工藝方案和具體要求，并通過有限元軟件展開模型分析，掌握荷載以及受力條件，最終整體結(jié)構(gòu)性能合格，說明該施工方式可以達(dá)到工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)參數(shù)都處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，確保了工程的安全與穩(wěn)定，提高了工程綜合效益。