大型市政钢桥的制造、安装施工关键技术

裴彦军

中铁建工集团有限公司 北京 100160

我国经济社会的快速发展，城市化程度不断提高，城市道路需求也越来越高，其发挥主要作用的是城市快速路或由主干道构成的高架道路。目前来说，市政及公路桥梁以混凝土结构为主，钢桥大部分应用于立交桥和跨线、跨路桥。但是，随着我国钢材产量的提高，伴随着钢桥设计水平及钢结构焊接技术的提高，为消耗过剩产能，钢桥的建造数量在不断地增加。特别在市政道路的高架桥中，钢桥因其抗扭性能好、截面轻盈、施工速度快、可减少对交通的影响等优点，受到越来越多的桥梁工程师的青睐和关注[1-3]。本文以呼和浩特市海拉尔东街—海拉尔西街—金海路改造提升工程为依托，对大型市政钢桥制造、安装关键施工技术进行总结，为同类工程提供施工经验。

1 工程概况

海拉尔东街—海拉尔西街—金海路改造提升工程位于呼和浩特市北部，起点为海拉尔街/科尔沁路交叉口，终点为金海路/西三环（黄金道）交叉口，全长约26.0 km。全线采用高架主路＋地面辅道形式。上部结构采用钢-混组合梁，直线段结构形式为主梁等高、桥面等宽，主梁为单箱多室开口钢箱梁，支点处横梁为封闭钢箱梁，主梁与钢横梁连接，桥面板采用现浇钢筋混凝土板，与钢箱梁之间通过设置在钢箱梁翼缘板顶面的剪力钉连接在一起。标准桥面宽25.5 m，桥梁竖曲线最大半径25 000 m，平曲线最大半径65 000 m，桥面设双向1.5%的对称横坡或单向横坡（图1）。横梁与主梁、主梁纵横向之间全部采用焊接连接。高架桥钢-混组合梁布设根据不同的路段、十字路口和河道情况，分别由单孔简支梁、多孔连续梁组成。钢-混组合梁桥面板厚度（顶板＋铺装混凝土厚度）为250～350 mm，钢梁上翼缘为24～50 mm，底板厚度12～50 mm。

图1 钢桥横断面效果图

2 施工关键技术

2.1 钢桥分段方案

由于焊接存在缺陷，在应力较大处容易被破坏，故纵向划分应避开跨中、支墩和受力较大处。划分时应尽量减少节段数量，从而减少现场临时支架的数量，降低施工成本，且有利于结构安全。环口选在两横隔板中央处，避免环口焊缝与隔板焊缝集中。综上考虑，本工程采用纵向、横向梁段相结合的分段方案。

钢桥分段细部处理：

1）横向环缝顶板、底板与腹板错开间距不得小于200 mm，为方便吊装，前后梁段对接缝类似“Z”形，腹板离隔板的最小距离不得小于300 mm，如图2所示。

图2 钢桥纵向分段接口示意

2）主纵梁横向分段宜保证纵向各段沿桥长方向在架梁时有相同的挠度，即自重/抗弯刚度相同，且纵向对接缝形式类似凹凸形，如图3所示。

图3 钢桥横向分段接口示意

3）横向环缝处，顶板、底板、腹板的纵肋设一段长度不小于400 mm的嵌补段，如图4所示。

图4 嵌补段纵肋与主板相对位置示意

2.2 拼装胎架线形控制

钢桥加工制造是在工厂胎架上完成的，胎架线形设置和控制是整个钢桥制造线形控制的关键。胎架线形，是指为达到钢桥制造线形，充分考虑加工工艺等影响因素，在制造线形的基础上增设预反变形量后的线形。胎架竖向曲线＝钢桥设计曲线＋设计图纸中设计预拱＋施工预拱。根据以往施工经验，本工程施工预拱确定为10～20 mm。

2.3 临时支撑设计

临时支撑采用格构式支撑设计，考虑临时支撑制作、运输、安装成本，本工程采用标准节＋非标节的支撑设计。在工厂加工制作的临时支撑标准节，以每2 m或6 m为一标准节，采用单片组合，外形基本组合尺寸为2 m×4 m。由a、b、c三个组件构成，可在施工中根据需要随意组合、任意扩展，临时支撑标准节如图5所示。

图5 临时支撑标准节

临时支撑标准节立杆采用法兰系统对接，组件b与组件a、c之间采用螺栓连接。这样的设计可方便临时支撑的安装、拆除，缩短施工周期，同时也方便临时支撑的运输及堆放。根据现场实际情况，确定临时支撑非标节高度。临时支撑计算采用Midas Civil软件，按吊装工况的不同进行分析计算，结果满足规范要求。

2.4 梁段桥位吊装顺序

为确保钢桥成桥轴线偏位在JTG TF50—2011《公路桥涵施工技术规范》允许的偏差范围内，本工程梁段桥位按照边横梁、主纵梁、中间横梁顺序吊装，吊装顺序如图6～图9所示。

图6 边横梁吊装

图7 第一跨纵梁吊装（由纵梁中段往两侧顺序吊装）

2.5 梁段调整方法

梁段桥位施工接口匹配原则：按接口刚性强的位置到刚性弱的位置这一顺序依次完成匹配。梁段接口匹配控制程序为：起吊梁段与前一段平齐→对齐主腹板（横梁）、主隔板（纵梁）→安装顶板对拉螺栓、临时连接件→测量梁段高程及轴线→调整梁段前端高程及轴线→安装底板对拉螺栓、临时连接件→测量主梁前端高程及轴线→调整梁段前端高程及轴线。

图8 中横梁吊装（先吊装中段，后吊装两侧梁段）

图9 依次吊装剩余梁段，至全桥完成

梁段安装至既定位置后，若与设计位置存在偏差，则需对梁段进行精确调整，调整按照先平面位置后高程的顺序进行。以纵梁调整为例，具体操作方法如下：

1）平面位置精确调整方法。在安装完毕的梁段与待进行调整的梁段的顶板及底部腹板上各焊接反力块，然后在2个反力块间安装千斤顶，通过千斤顶的顶推力来完成梁段横桥向及顺桥向位置的调整，第一件纵梁安装时，通过在临时支撑分配梁上设置反力架进行横桥向的调整，具体如图10、图11所示。

图10 梁段横向调整俯视

图11 纵梁横向调整立面

2）垂直方向精确调整方法。在梁段分段经过平面位置的调整以后，再进行垂直方向的调整。梁段垂直方向通过千斤顶进行调整，千斤顶要放在支撑体系钢梁上方。由于单点受力较大，千斤顶不能直接顶在梁段底板，要在液压杆上放置一块钢板，调整时要精确测量，达到设计要求后，在临时支撑顶部型钢上加入薄钢板顶紧下底板，具体如图12、图13所示。

2.6 桥位焊接

为保证钢桥焊接质量，尽量减小焊接残余应力对桥梁受力的影响，吊装调整线形尺寸及块体间定位检查合格后，用码板连接牢固，按如下顺序进行焊接：支点横梁块体间横隔板的对接→节段块体间普通横隔板的对接→横梁底板的纵向对接焊缝→支点位置横梁顶板的纵向对接→支点横梁合龙口腹板（横隔板）与顶、底板T形接头缓焊段→节段块体间底板的纵向对接→节段间底板的横向对接→腹板对接焊缝→节段间顶板的横向对接→腹板与顶、底板T形缓焊段→节段拼口位置纵肋嵌补段。

图12 梁段垂直调整横向立面

图13 梁段垂直调整纵向立面

单条焊缝均从中间向两侧对称施焊，焊接方法采取分段退焊法。

2.7 钢桥卸载施工

钢桥卸载原则：横向由中间向两侧对称卸载，纵向从跨中向支墩处卸载。

钢桥卸载具体思路：在临时支撑调节短管附近采用千斤顶将钢梁顶起，然后火焰切割临时支撑调节短管，切割量控制在10 mm，再松掉千斤顶。

观察调节短管与钢桥脱离情况，继续上述步骤，直到调节短管与钢桥完全脱离。千斤顶与调节短管布置如图14所示。

图14 千斤顶与调节短管布置示意

3 结语

呼和浩特市海拉尔东街—海拉尔西街—金海路改造提升工程自开工以来，通过对钢桥市政、安装一系列关键技术措施进行超前谋划，确保了施工进度和工程质量，取得了良好的社会效益和显著的技术经济效果。本文对此进行了阐述与总结，希望能为同类型工程施工提供借鉴。