对空间扭曲截面钢桁梁安装技术的探讨

徐 杰，胡元峰，唐 靖，武德智，刘小龙

（1.中亿丰建设集团股份有限公司，江苏 苏州 215131；2.海波重型工程科技股份有限公司，湖北 武汉 430207）

0 引 言

某桥梁项目跨越繁忙内河，连接南侧学校与北侧商业广场。通道全长为405 m，其中主桥为220 m桁架桥，引桥为简支钢箱梁桥，南侧为79 m，北侧为106 m，桥梁与河道斜交31.6°（右斜）。南北两端各设置一对坡道和一对踏步，详见图1 所示。

图1 主桥桥型布置图（单位：cm）

主桥起止墩号2#～5#，跨径组合为（50+120+50）m，桥梁净宽10 m。主桥采用连续桁架结构，两榀桁架间采用横梁、风撑连接，主桁下弦杆采用800 mm×1 000 mm 截面，主桁上弦杆采用800 mm×600 mm 截面或600 mm×600 mm 截面，斜腹杆采用800 mm×800 mm、800 mm×600 mm、800 mm×400 mm截面，斜腹杆及桁架节点板整体位于曲面上。直腹板采用800 mm×600 mm、800 mm×400 mm 截面，板厚有40 mm、30 mm、20 mm 三种，主桁架整体位于半径为37 m 的圆曲线上[1]。主墩采用花瓶墩，边墩采用柱式墩+盖梁形式，详见图2 所示。现对主桥的施工进行详细说明。

图2 主桥横断面示意图（单位：cm）

该项目施工关键技术有：（1）陆地汽车吊吊装部分匹配卧拼成吊装分段吊装；（2）河道浮吊吊装部分整体立拼成大节段吊装，立拼以运输分段散拼；（3）陆地区域斜腹杆桥位散装，河道斜腹杆立拼全拼装；（4）风撑拼装成“K”型件后吊装。下文对此进行详细介绍。

1 总体施工工艺介绍

主桥一跨跨越河道，受两岸道路和建筑的影响施工拼装场地有限，主桥主桁梁部分1～3、7～9 节段采用350 t 汽车吊吊装，先吊装桥面系（包括桥面和纵横梁），再吊装主桁梁片体分段（主桁梁先卧拼成单节间或多节间吊装片体，经倒转至桥位附近后再吊装），然后吊装斜腹杆，最后吊装风撑，详见图3 所示。中跨4～6 节段采用500 t 浮吊吊装，沿河岸场地进行立拼，先拼纵、横梁，再拼桥面板，然后拼装下弦、直腹杆、上弦杆，然后拼装斜腹杆，最后拼装风撑成整体大节段后吊装，详见图4 所示。

图3 边跨吊装顺序图

图4 中跨整体吊装截面示意图

主桥两岸同时对称施工，按先边跨再中跨[（L3→L2→L1）/（L7→L8→L9）→L4→L6→L5]的施工顺序进行安装、焊接，完成合格后再补涂油漆和最后一道面漆施工，完成主桥钢结构施工，详见图5 所示。

图5 主桥节段吊装顺序图

2 临时支墩、吊点布置及辅助工装设计

2.1 临时支墩设计

主桥边跨汽车吊吊装的临时支墩结构形式为格构柱形式。单个分段拼装支架主要由φ630×10 mm钢管通过角钢∠100×6 mm，槽钢[20a 连接而成的拼装支架，顶部采用双拼H600×300 型钢，H 型钢上部与调平钢管焊接。全桥支架在横梁顶部设置φ273 mm×8 mm 的调平钢管，同时每套拼装支架上部设置25 t 液压千斤顶，可对钢桁梁高度进行调整，底部采用现浇混凝土扩大基础，详见图6 所示。

图6 主桥边跨陆地临时支墩横断面图（单位：mm）

主桥中跨水中采用φ630×10 mm 钢管桩基础，上部临时支墩采用与边跨相同的结构形式，详见图7所示。所有钢材材质为Q235。经受力计算，临时支墩刚度、横梁立柱强度、抗剪强度、稳定性均能满足规范要求，确保施工安全。

图7 主桥中跨水中临时支墩横断面图（单位：mm）

2.2 吊点布置设计

主桁梁分段为异形结构，吊装重心采用三维建模精准查找[3]，但由于主桁梁为内倾结构，吊点重心线不在上弦顶面，为保证主桁梁片体起吊平衡，上弦顶面布置2 个主吊耳，下弦外弧腹板上布置2 个调平吊耳，采用长短钢丝绳和30 t 手拉葫芦配合调整起吊平衡姿态，详见图8 所示。

图8 单双节间和单节间吊耳布置图

浮吊吊装的整体大节段（4、5、6 节段）采用8 吊耳进行吊装，通过三维查找重心，吊耳分布于左、右上弦拱顶位置，上弦内侧横向布有风撑和临时横撑结构，确保吊装时大节段变形在可控范围内，详见图9 所示。

图9 整体大节段吊耳布置图（单位：mm）

散吊斜腹杆采用相同方法找准重心，在斜腹杆顶板面布置2 个吊耳，通过长短钢丝绳和10 t 手拉葫芦配合调整安装角度，详见图10 所示。

图10 斜腹杆吊耳布置图

上述所采用的吊耳均按规范要求计算满足受力要求，吊耳与主结构间的焊缝按熔透进行焊接，双面附加8 mm 焊角，采用超声波BⅠ探伤合格后方可使用。

2.3 辅助工装设计

2.3.1 临时匹配件设计

为保证4、5、6 节段立拼散装钢桁梁定位精准，在直腹杆环口位置设置临时匹配件固定连接，匹配件结构形式详见图11 所示。采用厚度为20 mm 钢板制作而成，匹配件与腹杆焊接连接，焊角为8 mm，拼装定位时采用M24 冲钉固定。

图11 临时匹配件示意图

2.3.2 定位施工平台设计

边跨桥位吊装主桁梁片体分段时，定位连接只有下弦与横梁位置，上弦横向无任何连接。为保证左、右主桁梁片体吊装能形成稳定连接体系，专门设计了临时横向门字架。门字架结构采用H294×200型钢制作，全桥直腹杆位置均需设置，与主桁梁片体间采用连接板焊接固定。在门字架上部纵桥向采用[20 型钢连接成整体，并铺设钢跳板(主桁梁左、右两侧均铺设)；采用φ16 钢筋作爬梯笼用于施工人员上下，详见图12 所示。该临时门架支撑即起支撑稳固作用，又可用作临时平台。该门字架也适用于中跨4/5/6 节段立拼。

图12 门字架示意图（单位：mm）

2.3.3 临时横支撑设计

采用浮吊吊装节段，4/6 节段顶部有风撑，5 节段顶部无风撑，需设置临时横撑，经计算采用双拼H400×300×10×16 的型钢连接成整体即可满足要求，详见图13 所示。

图13 临时横撑示意图

2.3.4 焊接作业平台设计

主桁梁上弦焊接位置施工平台，采用规格为∠50×5 和[14a 挂笼及钢跳板组成施工平台。挂笼布置在杆件两端头，吊装前点焊固定在杆件顶板上，随杆件一起安装在桥位，栓接完毕后拆除。另在上弦杆顶板外侧搭设钢筋爬梯及护栏作施工通道，详见图14 所示。

图14 焊接作业平台及安全护栏示意图

3 主桁梁卧拼施工工艺介绍

主桥左、右侧主桁梁工厂制作时均已按轮次匹配试拼装，报验合格后汽运发往工地，工地桥位吊装前再将1～3、7～9 节段按节段匹配卧拼成吊装分段（中跨4/5/6 节段除外）。单节段采用H400×300 拼装横梁、连接撑、调节模板等组成卧拼胎架，横梁与地面采用膨胀螺栓连接。拼装横梁需布置在钢结构横隔板处。卧拼时先组装下弦，再组装上弦，最后组装腹杆，详见图15 所示。工地卧拼采用将厂内试线型还原的方法进行施工，主控桁高、桁宽及节段与节段间的开口尺寸。

图15 主桁梁卧拼示意图

4 主桁梁立拼施工工艺介绍

主桥主桁梁4、5、6 节段沿河岸布置胎架进行立拼，纵向布置H400×300 拼装横梁、连接撑（[14a 和∠75×5 型钢）、调节模板（φ273×8 和[14a）等组成立拼胎架，横梁与地面采用膨胀螺栓连接，详见图16所示。拼装横梁需布置在钢结构横隔板处。立拼时，先组装横梁，再组装桥面板，然后组装下弦、直腹杆、上弦，然后组装斜腹杆，最后组装风撑。直腹杆与下、上弦采用匹配件定位，并通过控制半宽尺寸确保主桁梁纵向线型，复测与之相接节段的桁高、桁宽，立拼节段端口尺寸控制在精度要求范围内，确保吊装环口均能合上。立拼节段需在岸上完成油漆补涂和外表面油漆涂装后再进行吊装。

图16 主桁梁立拼示意图

5 桥位吊装施工工艺介绍

该项目主桥采用两侧对称同时施工工艺，互不干扰。同一节段左、右侧拱吊装定位完成后方可进入下一节段的吊装。南岸施工顺序为L3→L2→L1，北岸施工顺序为L7→L8→L9。中跨大节段L4、L5、L6吊装前必须将L2、L3、L7、L8 节段吊装焊接完成后方可施工，L1、L9 节段与中跨吊装施工不冲突，可同时施工。全桥整体施工步骤如下：

（1）复查永久支墩标高、轴线，并进行南北两侧拼装场地硬化处理及河道施工区域清淤处理，清淤后水深不得小于4 m。

（2）利用130t 汽车吊桥位依次吊装L-3→L-2→L-1 或L-7→L-8→L-9 节段桥面系横梁及桥面板，先吊装桥面系横梁再吊装桥面板，根据最不利工况、节段最重和吊车作业半径进行计算分析，负载率均能满足规范施工要求，详见图17 所示。

图17 边跨桥面系吊装示意图

（3）利用350 t 汽车吊将卧拼吊装分段转至吊装吊车作业半径范围内，再利用350 t 汽车吊将片体分段吊装至桥位，并与桥面系和临时门字架固定；利用130 t 汽车吊吊装斜腹杆和拱顶风撑。左、右侧桁架拱的吊装顺序应根据卧拼场地位置来确定，汽车吊负载率均能满足规范施工要求。总体顺序为L-7→L-8→L-9 或L-3→L-2→L-1，详见图18 所示。

图18 边跨主桁梁吊装示意图

（4）利用一台500 t 浮吊，依次对L-6→L-4→L-5节段进行吊装，根据最大作业半径、起重能力和浮吊吃水深度进行计算，均能满足规范施工需求。由于该桥跨越河道为通行航道，通行船只非常多，浮吊吊装施工时需封航，封航时间不得大于4 h。吊装施工前应先将临时施工平台、焊接设备、切割设备、打磨设备、供电设备、救生设备等提前准备到位，每个环口安排2 名焊工对称施焊，先焊立焊，再焊平焊和仰焊，上、下弦环缝焊接完成后浮吊方可松钩，详见图19 所示。

图19 主桁梁立拼示意图

6 钢桁梁安装质量控制

（1）厂内加工制造时，主桁杆件、桥面系分别进行整体匹配总拼装，4～6 节段直腹杆环口安装匹配件，严格控制制造线型。

（2）对杆件平、纵设计参数表、支座设计参数等基本数据进行全面校核，弄清平面及立面曲线要素，立面制造线形还应在总体立面线形的基础上叠加预拱度。安装桁架之前，把每一段梁轴线尺寸(制作单位提交的试装记录定位线)和图纸设计的线形投影在支撑体系上。

（3）在桥两岸上、下游各设置一个基准测量点，施工过程中实时对钢桁梁的安装进行监测，一旦发现偏差及时进行纠正，以保证桥型质量。

（4）在每一组支撑体系的每个格构柱固定位置刻好标记，作为沉降观测的测量点。钢桁架安装前对支撑体系的沉降进行复测，每吊固定完毕后再对支撑体系沉降进行复测，与前一次数据进行对比，看沉降是否均匀。若不均匀，应立即停止安装，一个节间安装完毕后进行整体复测合格后方可进行下一步施工。

（5）严格测量控制桁架安装装过程的上弦内宽坐标、标高、节段端口下挠值等。

7 节段拼装控制措施

（1）严格控制拼装胎架标高及线型，通过工字钢做成片体胎架，并通过模板标高控制线型偏差。

（2）保证拼装地样线的绘制精度，通过地样线控制大节段拼装整体线型。

（3）严格控制焊接变形，采用合理电流电压、焊接方式尽量减小大节段变形量。

（4）严格遵循三检制度[2]，保证地样线绘制、胎架制作、装配、焊接、每道工序合格。

8 结 语

该项目主桥钢桁梁施工充分利用了现场现有条件，以模块化流程施工大大提高了施工效率，河道内整体大节段吊装减少了航道占用时间，合理的工艺方案确保了安装线型和施工质量。