180 m自锚式桁吊组合全焊钢结构桥现场安装施工技术

代敬辉

(中铁十八局集团第五工程有限公司,天津 300451)

1 工程概况

天津市进步桥工程西起南开区东马路,沿规划通南路线分别跨越张自忠路,海河以及海河东路,终止于河北区进步道与平安街交口处。桥梁跨径布置为26 m+128 m+26 m,为一座自锚式桁吊组合钢结构桥,其设计中线桥与海河河道斜交角度为8°,桥梁总长度180 m,桥梁面积4 985.2 m2。桥梁支座以上梁体和桁架结构全部为钢结构,全桥钢结构总质量4 654.298 t,材质为Q345qD。如图1所示。

图1 进步桥纵断面(单位：cm)

桥梁上部结构主要由主桁、吊杆、主梁构成。主梁采用钢箱梁结构形式,正常段梁高为1.5 m,梁宽为20.3 m,箱梁顶板厚度为14 mm,底板厚度12 mm。主桁由上弦杆、竖杆、斜杆以及横撑、V撑构成,全部为钢结构。主上弦杆共2根,为单箱单室钢箱梁结构形式,标准段宽100 cm,高140 cm,钢板厚40 mm,每隔4.0 m设置1道横隔板；次上弦杆2根，为φ60 cm的圆钢管,壁厚16 mm。竖杆是异形组合构件,沿纵桥向每16 m设置1道,共8榀。横撑均为箱形断面,钢板厚度20 mm。吊杆采用直径为10 cm的钢拉杆,分别锚固在主梁及主桁上。进步桥横断面见图2。

图2 进步桥横断面(单位:mm)

2 总体施工方案

钢箱梁段及上部桁架等钢构件均在工厂按节段制造,用大型平板车运至施工现场,在平台上现场拼装；施工平台采用在河中打设钢管桩,上面架设型钢的形式,在拼装钢箱前,对施工平台支架进行超载预压；通过在箱梁底安装滚轮采用拖移法拖拉钢箱梁就位,分段进行钢箱梁的拼装焊接；在安装就位完毕的钢箱梁顶面搭设支架,利用汽车吊分步吊装上部桁架杆件,同时用全站仪和水准仪从平面和空间两个方面进行精确定位。在钢箱梁开始安装到所有钢结构安装完毕采用大型结构分析软件ANSYAS,将整桥分为3部分建立分部模型,利用应变片和应变计电脑中控对钢构件进行应力和变形监控,随时掌握构件变形和受力变化情况。

3 施工平台的搭设

跨海河设2座长180 m、宽2.6 m的栈桥,栈桥采用φ600×10 mm长22 m的钢管桩,每4根桩为1组,采用剪力撑连接。钢管桩的施工采用20 t浮吊和DZ60振动打拔桩机进行,每根钢管桩入土至少12 m。栈桥钢管桩打桩完成后,安装栈桥上部结构,栈桥钢管桩顶上横向铺双拼I36B型钢,在工字钢上纵向放置一道500 mm×400 mm×16 mm×16 mm H型钢,作为运梁快速滚轮行走轨道。在轨道上放快速滚轮托架,托架用角钢焊成,以保证钢梁行走过程中4个点同步。在H型钢的另一侧铺设1道双拼I22型钢,将全桥横向双拼I36b型钢连接起来,用于增加全桥的纵向稳定性。钢管上的纵横梁搭设完毕后,在全桥横向两钢管间的双拼型钢外露的1.3 m位置铺上3 mm厚的钢板,作为上部箱梁安装时的施工平台和施工通道。现场栈桥搭设见图3。

图3 现场栈桥搭设

4 钢箱梁的安装

钢箱梁运至施工现场后,应对钢箱梁的外形几何尺寸进行复测校核,确认钢梁外形几何尺寸准确后,方可进行钢箱梁的安装工作。根据钢梁段的质量,采用4台65 t吊车将钢箱梁从运梁车上吊至临时栈桥运梁轨道上,然后安装快速滚轮。钢梁行走动力采用2台5 t手动卷扬机牵引。钢梁节段拖拉到设计位置后,在快速滚轮轨道上放置千斤顶,在轨道侧面安装水平千斤顶,用于精确调节钢梁的横纵位置及高程。首先采用4个千斤顶支撑起钢梁,精确调整钢梁高程到位后,再用4个φ300 mm×10 mm钢管支架代替千斤顶,钢管支架上端铺设四氟板,再用千斤顶精确调整钢梁横纵向位置,将钢梁精确调整就位后,焊接钢箱梁外侧支架,然后进行钢梁单元段的对接焊接。

预先在箱梁底部支座处的垫板上刻出纵横轴线,安装时,垫板上的纵横轴线应该与墩柱上支座的纵横轴线对准。先将支座位置箱梁进行精确定位,调整相邻箱梁的间隙,再进行钢梁段的焊接作业。在焊接过程中,保证箱梁底座位置的准确,不可变动。带拱脚段的第一段钢箱梁安装前,应先根据桥梁的中心线在河岸两侧各设置一个定位点,并对所要安装的第一段钢梁的外形尺寸及拱脚段下节点位置进行复测,在箱梁纵向中心线上设置两个点,箱梁安装时,保证桥梁中心线和箱梁纵向中心线在一条直线上。安装其他段箱梁时,确定桁架下节点位置的箱梁位置的精确,调整节点之间箱梁的间隙,精确就位后记录安装位置的坐标值,然后进行焊接,焊接完成后复测坐标值,计算出每道焊缝的焊接收缩量,确保节点位置处箱梁位置的精确。避免安装累积误差出现。

5 上部桁架结构的安装

5.1 桁架安装的工艺流程

搭设上部桁架安装支架→安装主竖杆→安装上节点→安装主横撑→安装主上弦杆→安装V撑→安装斜杆→安装次竖杆、次横撑、次上弦杆→安装吊拉杆。

5.2 安装支架的搭设

(1)上部桁架结构复杂,各杆件的连接均存在不同的角度,在桁架构件安装过程中搭设钢管支架,并在钢管支架上设置限位装置,以保证杆件安装的角度。支架安装包括：安装主竖杆支架,安装拱脚处支架,安装次竖杆和次横撑支架。

(2)支架竖向主钢管采用φ600 mm×10 mm(4根)钢管,横撑及斜撑采用φ300 mm×8 mm钢管,与主钢管横桥向中心距离3.5 m,纵桥向中心距离5 m。支架主钢管底部安装法兰,用压板将法兰与箱梁顶板焊接。在纵桥向横撑钢管与主管之间用法兰连接,以便于支架的拆卸安装。主钢管顶部放置双拼I22b型钢,工字钢与钢管之间采用法兰连接,在工字钢上根据主上弦杆的位置及倾斜角度设置限位板(限位板应根据上弦杆的角度加工而成),用于上节点安装角度的精确限位。如图4～图6所示。

图4 安装主竖杆支架

图5 安装拱脚处支架

图6 安装次竖杆和次横撑支架(单位：mm)

5.3 上部桁架结构精确安装

(1)安装主竖杆前,在临时支架上的双拼工字钢中间划出竖向中心线,并与钢梁的纵向中心线一致。根据设计图两个主竖杆分叉处的角度,制作一块限位板,用作主竖杆安装时的限位,并在下节点与主竖杆的接口处外侧和两个侧面焊接限位板。在主竖杆的四周刻出箱体的竖向中心线,安装时采用2台50 t吊车将其吊装就位,用U形卡环将主竖杆固定(U形卡采用精轧螺纹钢筋制作)。

(2)主竖杆调节就位后,安装上节点,之前支架上双拼I22型钢的上节点位置限位板已经固定点焊,上节点吊装就位后,通过两个限位板移动进行微调,保证上节点中心线与桥梁中心线平行,且上节点到桥面距离符合设计要求。

(3)一对上节点安装完成后再安装主横撑,先在横撑杆件和主上弦杆上刻出箱体中心线,并根据主横撑与主上弦杆的位置,在主上弦杆上设置限位板,吊装横撑直接落在限位板上。

(4)两个相邻的上节点安装就位后,进行其间的主上弦杆的安装。先在上节点与主上弦杆的接口处,三面焊接限位板。在主上弦杆上设置吊篮作为主上弦杆与上节点的焊接平台。

(5)横撑和主上弦杆安装完成后,拆除钢管支架,安装V撑和斜杆。安装斜杆时可以在主上弦杆上安装倒链,采用倒链调整斜杆的具体位置。

(6)斜杆安装完成后,安装次横撑和次竖杆,先在主竖杆上分别安装次竖杆和次横撑的限位板,然后将次竖杆和次横撑作为一个整体在临时支架上进行安装。

(7)次上弦杆φ600 mm×16 mm无缝钢管的安装,应在全桥竖状桁架其他部分全部拼装完成后进行。次上弦杆安装前,应先根据吊车的起重能力,对钢管在长度方向上最大限度的进行拼装。

(8)最后安装吊杆,箱梁上面吊点的安装位置应根据吊杆的角度进行微调。

5.4 桁架安装控制要点

上部桁架各杆件安装空间位置和角度的准确与否直接决定了桁架结构受力状况。为保证上部桁架杆件安装的精确性,场内加工制作桁架杆件时,应在大部分杆件的拼接口处均预留20 mm的修口量,在箱体杆件的接口500 mm的范围内采用点焊固定,以利于现场接口的调整,待杆件接口调整好后再将其焊接,这些都增加了现场施工的难度。桁架的安装采用2台50 t汽车吊在钢箱梁上面吊装就位,通过限位板进行限位,用千斤顶进行精确调整。

(1)拱脚安装的施工控制：拱脚加工时分为4段,第一段安装在箱梁内部,现场安装第二段至第四段,安装时测量每个接口位置测量点的三维坐标值,按照坐标值进行修磨接口,保证线形顺滑、安装位置准确(图7)。

图7 拱脚安装顺序

(2)竖杆安装的施工控制：为保证上部桁架安装位置和角度的准确,在安装过程中需要实时对杆件上的控制点进行测量,尤其是主竖杆和上节点的准确安装是整个桥梁桁架精确就位的关键。现场采用三维坐标来控制安装尺寸,保证安装精度；每个桁架用多个三维坐标点保证杆件位置准确。

(3)现场监控：运至现场的桁架每个杆件在安装前,必须复测其线型及外形尺寸,只有其外形尺寸符合设计图纸要求时方可进行安装。钢箱梁加工完成后,出胎以前,应根据设计图纸尺寸在箱梁上画出箱梁纵向中心线、主上弦杆中心线在箱梁上的投影位置及次上弦杆中心线在箱梁上的投影位置,并以此作为现场安装主上弦杆和次上弦杆的基准。支架搭设完成后,根据桁架结构和空间位置对其限位装置进行测量,必要时对其限位板进行机加工处理,限位板的斜度、垂直度都应该准确无误后方可进行杆件的安装,尤其是主竖杆安装的精度直接影响着全桥桁架的安装精度。安装树状结构支架时必须精确就位,支架上部双拼工字钢中间应预先标记出竖向中线,每次移动支架到一个节点的位置时,必须使其前后工字钢梁的竖向中线延长线都与钢梁的纵向中心线相交,以保证支架安装位置的准确,支架上的所有限位装置位置准确。对桁架杆件箱体进行施焊时,应采用对称焊,避免由于焊接变形对杆件空间位置产生影响。

4 结语

随着国内外桥梁向大跨方向发展,在技术水平提高的前提下,钢桥必将得到长足的发展,由于施工方便、施工速度快,全焊钢桥将成为今后钢桥的重要桥型。天津进步桥“飞鱼式”外形的自锚桁吊组合全焊钢桥结构设计新颖独特,与海河环境相协调,工程施工难度大,科技含量高,在施工中形成的成套技术不但填补了我国自锚式桁吊组合全焊钢结构桥施工经验的空白,并为以后类似全钢桥梁的设计施工提供了有力借签。桥梁通车1年多来,受到了社会广泛好评。

[1]TB10212—2009,铁路钢桥制造规范[S].

[2]GB50205—2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].

[3]郜振宇,孙晓军.钢箱梁施工中的吊装及测控技术[J].公路交通技术,2008(1).

[4]梁丽斌.钢箱梁施工要点分析[J].科学之友,2009(1).