高海拔區(qū)多跨鋼桁架橋施工技術(shù)

摘" 要：為解決黃河班多水電站交通橋施工工期緊、場(chǎng)地受限及施工裝備局限大等施工難題，結(jié)合施工區(qū)域場(chǎng)地、交通等具體情況，分析鋼桁架橋施工存在的重難點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，給出解決施工難題的主要方法，形成構(gòu)件組裝、扒桿吊裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鋼桁架粱吊裝等關(guān)鍵的施工技術(shù)。研究表明，設(shè)計(jì)參數(shù)滿足靜荷載、動(dòng)荷載等條件下的安全設(shè)計(jì)要求；采用人字扒桿雙釣魚(yú)法吊裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)施工過(guò)程的安全、有序、可控，避免任何質(zhì)量與安全事故的發(fā)生，達(dá)到保證施工安全、改善作業(yè)環(huán)境、保障施工進(jìn)度的目的。

關(guān)鍵詞：鋼桁架橋；動(dòng)荷載；人字扒桿；雙釣魚(yú)法；設(shè)計(jì)參數(shù)

中圖分類號(hào)：U445" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）06-0177-04

Abstract： In order to solve the construction problems such as tight construction period， limited site and limited construction equipment for the traffic bridge of Banduo Hydropower Station on the Yellow River， combined with the specific conditions of the construction area， traffic and other specific conditions of the construction area， the key and difficult problems existing in the construction of steel truss bridges are analyzed， and the structural design parameters are checked. The main methods to solve the construction problems are given， and key construction technologies such as component assembly， pole hoisting structure design and steel truss beam hoisting are formed. The research shows that the design parameters meet the safety design requirements under conditions such as static load and dynamic load; the use of the chevron pole double fishing method hoisting technology achieves the safety， order and controllability of the entire construction process， avoids any quality and safety accidents. The occurrence of accidents achieves the purpose of ensuring construction safety， improving the working environment， and ensuring construction progress.

Keywords： steel truss bridge; dynamic load; chevron pole; double fishing method; design parameters

鋼桁架作為橋梁、房屋等主要的承力結(jié)構(gòu)，主要由鋼結(jié)構(gòu)焊接或螺栓連接而成，鋼桁架可按照不同的使用要求制成各種需要的外形，其中三面和四面鋼桁架在日常生活中隨處可見(jiàn)。我國(guó)鋼桁架橋的發(fā)展是從建設(shè)鐵路橋開(kāi)始的，相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都采用鉚接制造技術(shù)，隨著我國(guó)國(guó)力的增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，建設(shè)鋼橋所用的材質(zhì)材料也經(jīng)歷了合金鋼、低碳鋼、16錳低合金鋼、15錳釩氮高強(qiáng)度高韌性鋼、14錳鈮新鋼種和低碳貝氏體鋼體Q420qE等演變過(guò)程。

鋼桁架橋梁基礎(chǔ)施工中，修建水中基礎(chǔ)是所有基礎(chǔ)施工中最困難的一種。水中基礎(chǔ)最常用的施工方法是圍堰法、管柱法、沉井法。深水圍堰常采用鋼板樁圍堰，套箱圍堰。現(xiàn)在大多數(shù)橋梁墩、臺(tái)身施工采用定型鋼模支架法。橋梁高墩臺(tái)施工常采用滑模施工與翻模施工的方法。蓋梁采用托架法施工。

一般簡(jiǎn)支梁采用移動(dòng)式架橋機(jī)架設(shè)，其中，鋼桁架連續(xù)梁一般采用懸臂拼裝法架設(shè)，根據(jù)制造、運(yùn)輸、場(chǎng)地等條件，桁架在工廠分成塊體制作，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝成整榀桁架，組裝焊接，最后提升或吊裝就位。

本研究針對(duì)高海拔區(qū)交通不便、地質(zhì)情況復(fù)雜的橋梁施工項(xiàng)目，根據(jù)鋼桁架橋設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)不同荷載條件下的結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，開(kāi)展鋼桁架橋施工技術(shù)研究工作，形成高海拔區(qū)多跨鋼桁架橋施工方法，實(shí)現(xiàn)施工效率的提升，為類似工程提供借鑒。

1" 工程概況

班多水電站位于興海縣和同德縣交界的班多峽谷出口段曲什安鎮(zhèn)，該地距離青海省會(huì)西寧約300 km，海拔約3 100 m，氣候寒冷，交通不便，只有簡(jiǎn)易公路通往壩址近2 km處。橋址分別位于：導(dǎo)流明渠下游212 m附近（樁號(hào)m0+212）；泄洪閘下游202 m附近（樁號(hào)壩下0+202.00）。橋梁結(jié)構(gòu)形式為三跨裝配式鋼桁架橋。上部結(jié)構(gòu)采用1×30 m和2×32 m鋼桁架梁永久橋。橋面寬度10 m。設(shè)計(jì)荷載選擇為汽車－60級(jí)，驗(yàn)算荷載選擇為汽－220。橋面設(shè)計(jì)高程為2 734.5 m。

2" 工程重難點(diǎn)

本工程低高度鋼桁架橋位于海南藏族自治州興海縣曲什安鎮(zhèn)，海拔約3 100 m左右，壩區(qū)河谷呈較對(duì)稱的“V”型，出露主要巖性為三迭系中度灰綠色-深灰色長(zhǎng)石砂巖夾板巖，巖性較均一完整，橋墩臺(tái)地基為紫紅色粉砂質(zhì)泥巖，河床覆蓋層5～15 m，地震基本烈度為Ⅶ度。該工程區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜、海拔高，且存在施工場(chǎng)地狹窄、交通不便、材料采購(gòu)受限等因素，只能在有條件的既有工廠進(jìn)行加工，因此，橋梁梁體制造與施工過(guò)程質(zhì)量控制、鋼桁架運(yùn)輸及安裝和梁體架設(shè)成為本工程重難點(diǎn)問(wèn)題。

2.1" 施工工期緊

從鋼桁架橋的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)與運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工及工程驗(yàn)收僅4個(gè)月時(shí)間，根據(jù)工程量及總工期，工廠制作工期擬2.5個(gè)月，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，拼裝、焊接及吊裝等施工時(shí)間僅1.5個(gè)月，對(duì)于高海拔區(qū)，場(chǎng)地狹小的施工環(huán)境來(lái)說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)施工三跨裝配式鋼桁架橋工期比較緊張，因此，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，各個(gè)工序及時(shí)銜接。

2.2" 運(yùn)輸與施工條件限制

施工場(chǎng)地距離最近的簡(jiǎn)易公路2 km，對(duì)于運(yùn)輸?shù)木嚯x及重量要求嚴(yán)苛，且施工場(chǎng)地位于河谷，河谷呈較對(duì)稱的“V”型，可供操作的場(chǎng)地面積有限。鑒于當(dāng)?shù)亟煌ú槐恪⒉牧喜少?gòu)困難，采取委托給有資質(zhì)的單位在其既有廠房?jī)?nèi)進(jìn)行鋼桁架構(gòu)件的加工、焊接等，選擇具有大件運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)輸公司運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，然后在現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行組裝、連接焊接。工廠在制造過(guò)程中質(zhì)量嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)與相關(guān)的規(guī)范規(guī)程、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，加強(qiáng)施工工藝、工序質(zhì)量全過(guò)程控制，保證施工質(zhì)量。

2.3" 施工裝備選擇局限大

當(dāng)前采用架橋機(jī)架梁較為普遍，但本工程由于受交通運(yùn)輸?shù)缆窐蛄汉奢d、梁體數(shù)量、搬運(yùn)距離、體積、拼裝場(chǎng)地和拆裝工程量等諸多因素影響，采用架橋機(jī)架梁非常困難而且也不經(jīng)濟(jì)。通過(guò)方案比選，采用了具有拆裝便捷、操作靈活的人字扒桿雙釣魚(yú)法進(jìn)行架設(shè)。人字扒桿雙釣魚(yú)法架梁設(shè)備簡(jiǎn)單、操作可靠，具有安全、輕巧、經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)捷的優(yōu)點(diǎn)，事實(shí)證明比較適合該類型工程的施工。

3" 鋼桁架橋設(shè)計(jì)參數(shù)驗(yàn)算

在本工程實(shí)際結(jié)構(gòu)中將桁架自身重量、均布荷載、橋面系重量等效為節(jié)點(diǎn)荷載，汽車荷載按杠桿原理法求出橫向分布系數(shù)后等效為結(jié)點(diǎn)荷載作用到桁架結(jié)構(gòu)上。鋼桁架計(jì)算跨徑L=30.8 m，桁高H=3 m，主桁弦桿截面取箱形截面520 mm×360 mm×20 mm，腹桿截面取箱形截面520 mm×280 mm×20 mm。文中對(duì)恒載、運(yùn)營(yíng)階段（公路二級(jí)）進(jìn)行計(jì)算及施工階段（汽-220）進(jìn)行驗(yàn)算。其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。

為了驗(yàn)算鋼桁架在靜荷載、動(dòng)荷載和汽車荷載條件下設(shè)計(jì)參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，文中采用Midas單向受拉-受壓?jiǎn)卧M(jìn)行數(shù)值模擬分析，主要分析荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化情況。Midas中模擬的桁架鉸接模型，如圖2所示。

對(duì)班多鋼桁架簡(jiǎn)支橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行恒載、活載、汽車荷載分析，模擬得到結(jié)構(gòu)應(yīng)力如圖3—圖5所示。對(duì)比圖3—圖5中的分析結(jié)果可知，弦桿的軸力在恒載和動(dòng)載條件下相差較小（誤差在2%左右），而腹桿的軸力相差更小（誤差在1%左右）。通過(guò)對(duì)比鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力破壞臨界值可知，設(shè)計(jì)的參數(shù)可以滿足班多水電站鋼桁架的安全運(yùn)營(yíng)要求。

4" 鋼桁架橋施工方案

本工程共3片梁，分為1根30 m和2根32 m鋼桁架梁，桁弦桿截面取箱形截面520 mm×360 mm×20 mm，腹桿截面取箱形截面520 mm×280 mm×20 mm，每片梁安裝重量約為80 t。本工程低高度鋼桁橋主梁體采用人字扒桿雙釣魚(yú)法架設(shè)。

4.1" 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)組裝

當(dāng)工程制作的鋼架運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，采用吊車將構(gòu)件運(yùn)輸至焊接平臺(tái)，并采用定位器對(duì)各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行定位，對(duì)擺放的構(gòu)件進(jìn)行水平及垂直度檢查合格后進(jìn)行焊接，逐步開(kāi)展吊運(yùn)、平整度檢查及焊接，最終完成整個(gè)鋼衍架的制作。現(xiàn)場(chǎng)組裝如圖6所示。

4.2" 扒桿結(jié)構(gòu)及吊裝設(shè)計(jì)

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼衍架的長(zhǎng)度及架設(shè)高度，設(shè)計(jì)的扒桿及架設(shè)示意圖如圖7所示，人字形爬桿高度18 m。

4.3" 鋼桁架橋梁吊裝施工

大型鋼構(gòu)件均采用機(jī)械吊裝。主鋼架采用人字扒桿雙釣魚(yú)法吊裝，其余構(gòu)件采用25 t或16 t吊車吊裝。

4.3.1" 鋼桁架梁運(yùn)輸

待鋼桁架橋梁焊接完成并進(jìn)行防銹處理后，采用4個(gè)50 t液壓千斤起梁，采用爬桿、15 t手拉倒鏈、2臺(tái)10 t慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)及圓木等輔助設(shè)備將梁體逐步運(yùn)輸至橋臺(tái)處，現(xiàn)場(chǎng)吊裝運(yùn)輸如圖8所示。

4.3.2" 鋼桁架梁過(guò)墩

當(dāng)鋼桁架梁運(yùn)輸至橋臺(tái)后，通過(guò)人形扒桿吊起梁體，采用鋼索牽引梁體進(jìn)行逐步的縱向移動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)施工情況如圖9所示。

5" 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合黃河班多水電站進(jìn)場(chǎng)交通鋼桁架橋的設(shè)計(jì)與施工情況，主要對(duì)鋼桁架橋施工難點(diǎn)和施工工藝進(jìn)行探討，采用了適用于低高度多跨鋼桁架橋的人字扒桿雙釣魚(yú)法施工技術(shù)。工程采用該吊裝施工方法，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)施工過(guò)程的安全、有序、可控，未發(fā)生任何質(zhì)量與安全事故，達(dá)到了保證施工安全、改善作業(yè)環(huán)境、保障施工進(jìn)度的目的。本施工組織設(shè)計(jì)和橋梁架設(shè)技術(shù)可以給類似工程的施工提供參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《中國(guó)鐵路橋梁史》編委會(huì).中國(guó)鐵路橋梁史.[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1987.

[2] 鐵道部大橋工程局.九江長(zhǎng)江大橋技術(shù)總結(jié)[M].武漢：測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1996.

[3] 周孟波，秦順全.撫湖長(zhǎng)江大橋大跨度低橋塔斜拉橋板桁組合結(jié)構(gòu)建造技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2004.

[4] KOROL R M， et al. On Primaryand Secondary Stresses in Trian gulated Trusses[J]. ConstructSteel，1986，6（2）：123-142.

[5] BUICK" D， GRAHAM" W，OWENS.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[6] HARDY C. Analysis of continnaus frames by diatributing fixed-end moments[J].Amer.Soc.C.E，1932：9.

[7] SHU T C. Secondary stresses in bridge trusses[J].Institution journal，1952：5.

[8] JOHNSON， BRYAN， TURNEAURE. Theory and practice of modern framed structures[Z].1929：Part2.

[9] EGBERT S N， LEROY A" B. Analysis of vierendeel Truss by moment-distribution and deformeter methods.[J].Institution journal，1939：10.

[10] STALEY M C. Steel Buildings[M].NewYork：John Wiley and Sons Inc，1984.

[11] 小西一郎.鋼橋[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1980.

[12] RISKOWSKI G L， UKEN G D. Strength of self-drilling screw joints for light-gage steel greenhouses trusses[J].Transaction of the ASAE，1991，34（3）：998-1001.

[13] NAIR R， SHANKAR. Secondary stresses in trusses[J]. Engineering Journal of the American institute of Steel Construction，1988，25（4）：144-145.

[14] FRATER" G S，PACKER J A. Modelling of hollow structure section trusses[J].Canadian Journal of Civil engineering，1992，19（6）.

[15] 王元良，陳輝.我國(guó)焊接鋼橋及其發(fā)展[J].鋼結(jié)構(gòu)，2009，24（5）：8.

作者簡(jiǎn)介：田勝利（1973-），男，碩士，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)橥聊竟こ獭蛄汗こ痰取?/p>