雙層鋼桁梁橋拱梁結合段關鍵施工技術

邵嘉兵 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引言

第一座雙層鋼桁拱橋為1867 年建于美國的Eads Bridge，橋梁為上承式鋼桁架拱橋，主要用于公路交通。由于鋼結構橋梁具有輕巧優雅、抗風性能好等特點，在后來的百年中得到快速發展，橋梁跨度也越來越大[1-2]。目前最大的鋼拱橋是重慶的朝天門大橋，該橋主跨達到552m。

鋼桁架拱橋的主要結構分為鋼桁架、拱肋、橋面系、吊桿索及錨點，其中拱梁結合段是橋梁拱腳、拱肋和桁架結合部位，具有構件單件體量大、結構受力復雜、連接桿件節點多、加工安裝精度要求高的特點，是鋼桁架拱橋施工的關鍵部位[3]。

1 工程概況

引江濟淮繁華大道橋為安徽省內首座市政公路與地鐵軌道合建橋，主橋為跨引江濟淮河道的雙層鋼桁架拱橋，采用153m 跨雙層鋼桁架拱橋方案。上層橋寬度47.5m，為城市雙向6 車道+地鐵。下層橋寬度56m，為雙向4車道+慢形系統，用鋼量達1.2 萬t。其中拱梁結合段是該橋梁中結構最復雜、連接節點最多的鋼構件。單個拱梁結合段連接了6個鋼結構桿件和2個橋面系，節點數量多，連接方式有栓接和焊接，其中箱型主桁架為三面栓接一面焊接結構，對桿件加工及安裝的精度要求非常高。

傳統鋼結構加工工藝采用CAD 進行平面放樣，不能直觀地反映各個細節的尺寸。拱梁結合段拼裝時，由于零件大小不一，采用單一的焊接方式不能保證焊縫質量及外觀，小構件采用手工焊，但焊接效率低[4-6]，因此需要開發出新型拱梁結合段的加工方法。

2 施工工藝流程

拱梁結合段結合BIM 技術在廠內預制加工、現場吊裝的方法施工，各工序必須按照施工工藝流程進行，具體施工流程為圖紙審核→BIM 建模→模型放樣→鋼材采購→鋼材試驗+鋼材預處理→下料、制作胎架→板單元加工→拱梁結合段單元胎架上拼裝→拱梁結合段單元焊接→焊縫檢驗→拱梁結合段下胎架→打磨除銹+噴底漆、噴中間漆→噴面漆→運輸→現場支架搭設→拱腳安裝→腹桿安裝→拱梁結合段吊裝→線型監控調整→螺栓連接、橋面焊接→拱肋安裝。

3 雙層鋼桁梁橋拱梁結合段施工

3.1 拱梁結合段BIM建模

采用REVIT 軟件對鋼桁架結構進行精確建模，鋼材的下料及加工嚴格按照BIM 圖紙進行，根據構建大小設置加工余量，保證了鋼結構加工及試拼裝的準確，減少返工概率。

鋼桿件均采取單個桿件在專用胎架上制造工藝，桿件采用后孔法劃線鉆孔，拼接板均采用先孔法鉆孔。桿件制造完成后，單個桁面按輪次進行試拼裝，在試拼裝工序完成桿件部分孔群的配鉆。拱梁結合段與鋼桁架一起進行“臥拼法”試拼裝，試拼裝合格后進行涂裝、發運。

圖2 拱梁結合段三維立體示意圖

3.2 拱梁結合段廠內加工制造

拱梁結合段以腹板在胎架面進行制造，根據BIM 模型放樣，將鋼板組裝焊接，焊接好的桿件在胎架上試拼裝。

加工前對圖紙和零部件進行檢查，重點檢查零件的編號、外形尺寸、對角線、坡口等。拱梁結合段單元件在胎架上制作，豎板放在組裝平臺上，將節點板端與平臺上的端頭靠模靠齊，縱向基準線對線合格后，在靠模四周的平臺上點焊模板進行限位，組裝誤差在2mm 以內。

圖3 拱梁結合段拼裝

將橫隔板進行對線組裝，控制橫隔板兩側與豎板結構組裝線的位置，以控制橫隔板與豎板的組裝間隙，另一側豎板定位安裝，根據施工圖（節點板端與平臺上的端頭靠模靠齊）對線組裝，利用千斤頂和特制的C 形夾或葫蘆保證豎板的開檔距離，靠模端豎板與限位塊密貼，以控制端口的外形尺寸。桁架箱內焊接，在箱外焊接臨時吊耳，采用航車將梁段翻身，實現多角度焊接箱內焊縫，箱內手工除銹做油漆，多次翻身焊接按《焊接工藝規程》《焊接作業指導書》中的焊接要求，在弦桿組裝平臺或焊接胎架上進行焊接。清除箱內雜物、手工除銹做油漆，最后組裝接頭板、底板及節點加勁板，以節點板端為基準，將桿件底板與靠模端頭對齊。

圖4 拱梁結合段焊接

桿件焊接完成后進行測量和矯正，采用火焰矯正時溫度控制在600℃～800℃，嚴禁過燒、直接錘擊和水冷。桿件下胎架后打碼標記、標識。

3.3 拼接板鉆孔

鉆孔模板由模板加模套組成。模板上設有各方向定位槽，并劃線打樣沖標記。模板的四邊均機加工平直，鉆模套安裝孔由數控鉆床、坐標鏜床等加工，孔的位置度能達到精度要求。鉆模套采用工具鋼車制后淬火再精磨的加工工藝，能確保鉆孔時的高精度與耐磨性。

3.4 廠內預拼裝

主橋鋼桁架采用“臥拼法”試拼裝，拱梁結合段（SA2）與拱腳（SE1、SE2）、相鄰梁段一起試拼裝，在試拼裝工序完成桿件部分孔群的配鉆。所有桿件平面全橋試拼裝，試拼裝合格后進行涂裝、發運。

圖5 鋼桁架試拼裝

3.5 拱梁結合段制孔

拱梁結合段與弦桿、腹桿采用螺栓連接，采用先試拼裝、再制孔的方式施工，為提高現場拼裝誤差容錯率，采用在拱梁結合段上單邊制孔方法在廠內制孔，腹桿在廠內鉆定位孔，螺栓孔在現場安裝時制孔。

試拼裝過程中以拼接板配鉆桿件定位孔。試拼裝結束，桿件上鉆孔平臺，采用單孔群樣板接鉆豎板孔群，桿件翻身，采用單孔群樣板接鉆另一側豎板孔群。

3.6 拱梁結合段運輸及安裝

①拱梁結合段運輸

全橋共8 個拱梁結合段，結構尺寸為1810mm×6465mm×12120mm，單個拱梁結合段最大重量85.3t，由于構件超寬超重，廠內采用運梁車集中一次成隊運輸，鋼梁采用鋼絲繩捆綁牢固，鋼梁及運梁車尾部粘貼反光條。

②鋼桁架桿件吊裝

主橋鋼桁架及橋面系采用龍門吊進行安裝，拱肋采用汽車吊上橋進行安裝，采用BIM 三維動畫模擬機械及鋼構件站位，提前規劃交通導改，充分利用施工場地。鋼構建臨時支墩及吊耳采用MIDAS 軟件進行驗算，符合安全規范設計要求。采用4 臺龍門吊配合汽車吊，按照順序依次吊裝下弦桿、腹板桿、橋面板、上弦桿。

③拱梁結合段現場連接

拱梁結合段連接節點較多，3 個腹桿節點均采用栓接連接，拱梁結合段上螺栓孔為廠內制孔，腹桿上螺栓孔為現場制孔，采用拼接板連接，螺栓采用扭力扳手檢驗扭力。兩個弦桿節點采用三面栓接一面焊接形式連接，栓接孔均為廠內制孔，頂板為焊接，采用陶瓷墊片墊底，手工熔透焊焊接。拱肋結合部均采用焊接連接，手工熔透焊焊接。

3.7 安裝監控測量控制方案

根據設計單位給定的坐標和高程，對結合段定位、標高及鋼構件的定位軸線及標高，再結合土建施工對基礎的中間測量確定施工測量控制點。結合段制造時在鋼構件上標記、標識控制點位置。監控單位在現場設置測量專班，全程監控主桁架等鋼構件的制造及安裝線型。

橋梁的施工監控是一個計算→施工→量測→參數識別→誤差修正→預告→施工的循環過程。影響計算結果精度的因素很多，包括測量誤差、施工誤差、理論計算中的設計參數取值誤差，如彈性模量、徐變系數、施工荷載等。在保證測量精度和施工精度的前提下，設計參數的取值誤差可以隨著施工的進行逐步得到修正。

圖6 拱肋結合段現場安裝

施工監控按如下程序進行，采用MIDAS CIVIL 計算程序，按各項參數的理論值或實測值計算下一階段的施工監控參數，如實測標高、應力變化、桿件變形等。按規定程序檢測各項數據，將數據進行整理并輸入計算程序做跟蹤分析。比較理論計算結果和實測結果的差別，分析出現偏差的原因，調整參數取值重新計算，縮小兩者的差別。按調整后的各項參數計算下一步驟的施工監控數據。

3.8 施工安全保證

進行高處作業施工，應使用腳手架、平臺、梯子、防護圍欄、擋腳板、安全帶和安全網、警戒線等安全防護設施。高處作業安全防護設施的主要受力桿件必須通過力學計算滿足施工使用要求后搭設。

施焊地點潮濕時，焊工應站在干燥的絕緣板或膠墊上作業，配合人員應穿絕緣鞋或站在絕緣板上。絕緣鞋的絕緣情況應定期檢查。

龍門吊安裝后經驗收合格，方可投入使用，嚴禁使用未經驗收或未通過驗收的龍門吊。起重吊裝時，由專人統一指揮，鋼構件下嚴禁站人。

鋼結構分段內部焊接作業時，為了減少有害氣體產生，應選用質量合格的焊條，焊接前清除焊件上的油污、鐵銹等，同時在分段端部設置足夠的抽氣扇，確保分段內部焊接時空氣流通，煙塵及時排出。焊工及周圍施工人員應配戴防塵毒口罩，減少煙塵吸入體內。

3.9 施工質量保證

鋼桁架總裝過程執行“首制件三檢及監檢”，各工序執行“三檢制”，各工序自檢、互檢合格后，填寫報檢單申請專檢人員進行檢驗，有監檢要求的項目需經監檢合格后，方可流入下道工序。當專檢人員簽署“合格”結論后，總裝單位才能將檢驗合格的產品移交下道工序作業。

在總裝、涂裝過程中注意保護好產品的識別標記，下道工序施工者應負責核對上道工序檢驗/試驗狀態的標識（或記錄），對檢驗狀態不明者不施工，并向生產部門反饋信息。

本工程采用的測量器具主要有GPS測量儀、全站儀、激光經緯儀、水準儀等精密測量儀器以及鋼尺、水平尺等量具。測量器具保證校準合格并在校準期內。

4 結束語

采用BIM 技術對拱梁結合段進行三維建模，配合Auto CAD 對BIM 模型放樣結果進行下料及加工，保證構件下料和加工精度。

采用在拱梁結合段上焊接臨時吊耳方法，在胎架上多次翻身的方法，對拱梁結合段進行廠內焊接，焊縫均為平焊和立焊，克服了傳統仰焊質量控制難、安全風險大的問題。

在拱梁結合段試拼裝時桁架上均焊接了定位控制點，廠內采用“臥拼法”試拼裝，采用經緯儀控制桁架線型方便，施工現場采用全站儀對拱梁結合段進行多點定位，保證安裝準確。