自錨式懸索橋塔梁固接段施工技術(shù)
2018-03-26
1、工程概況
沈陽(yáng)四環(huán)快速路新建高坎渾河景觀橋位于沈撫新城核心地帶，主橋橋型為獨(dú)塔自錨式鋼箱梁懸索橋，跨布置為48m+2×180m+48m，全橋總長(zhǎng)456m。主橋上部結(jié)構(gòu)為鋼箱梁結(jié)構(gòu)，兩主跨為懸吊結(jié)構(gòu)。（圖1）
塔梁固接區(qū)段為索塔鋼殼T3節(jié)段。塔柱與加勁梁之間采用剛性固結(jié)聯(lián)結(jié)。主塔在主橋中央分隔帶處穿過(guò)加勁梁，并通過(guò)設(shè)置于外包鋼殼外側(cè)的加勁板與加勁箱梁頂板及底板連接。塔柱受力主筋在固結(jié)處連續(xù)不斷開(kāi)，塔梁之間的鋼混連接通過(guò)縱橫隔板上的剪力鍵傳力。T3節(jié)段分為T(mén)3-1及T3-2兩部分制造，分別于鋼箱梁D梁段中間分塊的頂板及底板焊接。固結(jié)區(qū)塔壁鋼殼側(cè)壁板借用加勁梁內(nèi)側(cè)直腹板，鋼殼前后壁板與側(cè)壁板熔透焊接，并于前后壁板上開(kāi)設(shè)PBL 剪力鍵孔洞及大尺寸澆筑連通孔；固接區(qū)加勁梁頂?shù)装寮皺M隔板上設(shè)置圓柱頭焊釘，保證與內(nèi)填混凝土的連結(jié)。同時(shí)橫向設(shè)置JL精軋螺紋鋼筋，張拉控制應(yīng)力790.5MPa。（圖2）
2、主塔鋼箱梁原位支架拼裝
采用32根Φ630mm，δ=8mm的鋼管樁立柱作為支撐，其中16根鋼管樁立柱直接支撐在主塔塔座上，與預(yù)埋鋼板焊接牢固，其它鋼管樁插打入土，入土深度不小于6m，單樁承載力不小于50t。管樁立柱之間的縱、橫向連接系采用Φ273mm，δ=8mm以及Φ152mm，δ= 6mm的鋼管進(jìn)行連接。鋼管樁立柱樁頭縱橋向設(shè)置長(zhǎng)為83cm的2Ⅰ20b型鋼作為樁頭分配梁。主塔原位拼裝支架為一個(gè)獨(dú)立拼裝支架，與鋼箱梁滑移支架斷開(kāi)，鋼箱梁梁段鋼箱梁利用主塔旁ZSL34300型動(dòng)臂塔吊進(jìn)行鋼箱梁的原位組拼、焊接施工。（圖3）
3、固接段鋼箱梁梁段與塔殼的連接安裝
3.1 T3-2節(jié)段安裝
主塔T3-2節(jié)段鋼殼制造完畢后，運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)地，采用ZSL34300型動(dòng)臂塔吊吊裝T3-2節(jié)段鋼殼與T2節(jié)段鋼殼定位臨時(shí)匹配連接。測(cè)量人員采用儀器進(jìn)行精確測(cè)量及調(diào)整T3-2節(jié)段及標(biāo)高至設(shè)計(jì)要求，接縫處采用工地焊接連接施工。
主塔鋼殼節(jié)工地連接施工完畢后，割除臨時(shí)匹配件，并將割除部位打磨光滑。
3.2 鋼箱梁梁段拼裝
固接段的鋼箱梁梁段分為E、D段梁，采用多梁段連續(xù)匹配組裝、焊接和預(yù)拼裝同時(shí)完成的方案。按照架梁順序及工期要求進(jìn)行匹配制造。在梁段制造中，按照底板、斜底板→橫縱隔板→錨腹板→頂板→挑臂塊體→組焊臨時(shí)吊耳、臨時(shí)連接件、附屬結(jié)構(gòu)的順序進(jìn)行施工，組裝時(shí)，以胎架為外胎，以橫隔板為內(nèi)胎，重點(diǎn)控制橋梁的線(xiàn)形、鋼箱梁幾何形狀和尺寸精度、相鄰接口的精確匹配等。
?。?）鋼箱梁架設(shè)支架系統(tǒng)安裝完成后，測(cè)量人員對(duì)鋼箱梁D類(lèi)梁段中心線(xiàn)進(jìn)行精確放線(xiàn)定位。確定梁段在支架分配梁上支點(diǎn)的高程。
?。?）D類(lèi)梁采用ZSL34300型動(dòng)臂塔吊在原位拼裝支架上進(jìn)行架設(shè)施工。鋼箱梁的塊段在工廠加工完成后用100t平板運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至塔吊吊裝施工區(qū)域，塔吊通過(guò)鋼箱梁上的臨時(shí)吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝施工，臨時(shí)吊點(diǎn)位置通過(guò)設(shè)計(jì)單位驗(yàn)算滿(mǎn)足施工要求，不會(huì)造成鋼箱梁結(jié)構(gòu)變形。
（3）鋼箱梁架設(shè)支架上，設(shè)置拼裝胎架，D類(lèi)梁段在胎架上組拼，胎架須具有足夠的的剛度和幾何尺寸精度。梁段采用連續(xù)匹配組裝的工藝，每次組裝的梁段數(shù)量不應(yīng)少于3段。組裝過(guò)程中應(yīng)避開(kāi)日照的影響，采用全站儀監(jiān)控測(cè)量主要定位尺寸。
（4）拼裝支架上安裝散拼胎架用于支撐鋼箱梁節(jié)段，梁段之間按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行焊接。吊裝、焊接施工順序?yàn)橹醒雺K段，行車(chē)道塊段，挑梁塊段。（圖4）
?。?）拼裝胎架與樁頂分配梁焊接牢靠，保證鋼箱梁塊段安裝時(shí)不會(huì)晃動(dòng)、偏位。在鋼箱梁的塊和散拼胎架上做上對(duì)位標(biāo)記，起吊安裝時(shí)便于對(duì)位，保證鋼箱梁位置安裝準(zhǔn)確無(wú)誤。
?。?）拼裝方法：
a、頂?shù)装鍐卧訉捊M焊
組裝前要檢查每塊板單元上的定位基線(xiàn)。橫向定位時(shí)板單元寬度方向預(yù)留焊接收縮量?？v向要對(duì)齊U肋組裝基線(xiàn)和坡口定位端，控制板單元定位端的直線(xiàn)度，同時(shí)嚴(yán)格控制頂?shù)装鍐卧系耐恢脵M隔板上接板錯(cuò)位量小于0.5mm。
b、組焊底板單元
將中間底板單元置于胎架上，在無(wú)日照影響的條件下使用經(jīng)緯儀使其橫、縱基線(xiàn)與胎架上的基線(xiàn)精確對(duì)齊，靠近橫基線(xiàn)端底板與胎架牙板點(diǎn)焊固定，確保底板橫縱向位置不會(huì)滑動(dòng)。
c、組焊邊底板
依次對(duì)稱(chēng)組焊兩側(cè)底板單元及斜底板單元，焊接時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行《焊接工藝規(guī)程》，對(duì)稱(chēng)施焊。
d、組焊中央直腹板、中間橫隔板、內(nèi)側(cè)直腹板單元
以底板的橫、縱基線(xiàn)為基準(zhǔn)，按順序先組裝中央直腹板和中橫隔板，并焊接其與底板的焊縫；然后再依次組裝內(nèi)側(cè)直腹板單元，并用經(jīng)緯儀檢查各單元的端部角度和直線(xiàn)度，焊接時(shí)要從梁段中間向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)施焊。
e、組焊邊橫隔板、外側(cè)直腹板單元
以底板的橫、縱基線(xiàn)為基準(zhǔn)，按順序先組裝邊橫隔板及外側(cè)直腹板單元，并焊接其與底板的焊縫；并用經(jīng)緯儀檢查各單元的端部角度和直線(xiàn)度，焊接時(shí)要從梁段中間向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)施焊
f、組焊中間頂板單元
精確定位并組裝中間頂板單元，保證梁段中心高度及橋面橫坡。首先焊接頂板縱向?qū)雍缚p，再焊接橫隔板與頂板焊縫，注意預(yù)留焊縫收縮量，以保證梁高。
g、組焊邊頂板、挑臂板單元
依次組裝邊頂板、挑臂板單元，施焊各頂板間縱向?qū)雍缚p及隔板與頂板焊縫，注意焊接順序以減少梁段變形。 3.3 塔殼T3節(jié)段與D類(lèi)梁段連接
D類(lèi)梁段安裝完成后，T3-2節(jié)段豎向角鋼加勁上端與D類(lèi)梁段底板連接處采用單面角焊縫圍焊，塔殼外圍按設(shè)計(jì)位置焊加勁板。
測(cè)量在D類(lèi)梁段上放出T3-1節(jié)段的位置，采用ZSL34300型動(dòng)臂塔吊將T3-1節(jié)段安裝就位，測(cè)量人員對(duì)其位置進(jìn)行調(diào)整及復(fù)測(cè)。塔殼外側(cè)按設(shè)計(jì)位置焊加勁板。
4、塔梁固接段施工
塔身鋼筋加工驗(yàn)收后進(jìn)行安裝。鋼筋安裝依靠鋼殼弧形加勁及拉桿定位。先安裝主塔鋼殼，接長(zhǎng)主筋，然后安裝環(huán)向箍筋，補(bǔ)齊水平對(duì)拉筋。一般情況下，鋼筋綁扎由一端向另一端依次進(jìn)行，操作時(shí)按圖紙要求劃線(xiàn)、穿箍筋、綁扎、成型。
為減少由于混凝土收縮、徐變、溫變等效應(yīng)的影響，塔梁固接區(qū)段采用C50微膨脹混凝土。為保證塔梁固結(jié)區(qū)混凝土澆筑質(zhì)量，要求該部分混凝土粗骨料粒徑為5～25mm連續(xù)級(jí)配，最大粒徑不大于25mm。
塔梁固結(jié)段預(yù)應(yīng)力筋的張拉需在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上且齡期達(dá)到7天后方可張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完畢后，48小時(shí)內(nèi)進(jìn)行管道壓漿。預(yù)應(yīng)力管道采用真空輔助壓漿工藝。
5、主塔固接區(qū)施工質(zhì)量控制
5.1 梁段組拼質(zhì)量控制
?。?）鋼箱梁焊接順序：為保證鋼箱梁的外形和幾何尺寸，防止產(chǎn)生過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力，鋼箱梁焊接分步進(jìn)行，并遵循先內(nèi)后外、先下后上、由中心向兩邊的施焊原則。優(yōu)先選用COB2B焊方法，同時(shí)全面采用陶質(zhì)襯墊單面焊雙面成型的焊接工藝。
?。?）板單元組裝定位：為控制鋼箱梁的組裝精度，減小溫差影響，橋梁中心線(xiàn)處底板單元、頂板單元、錨腹板單元的定位組裝均需在無(wú)日照影響時(shí)進(jìn)行。
（4）頂（底）板單元、橫隔板單元、錨腹板單元的組裝定位除與基線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)外，并用激光經(jīng)緯儀檢測(cè)，重點(diǎn)控制縱向直線(xiàn)度和端口與中心線(xiàn)垂直度，嚴(yán)格控制吊點(diǎn)縱、橫向中心距，滿(mǎn)足招標(biāo)文件的要求。
?。?）調(diào)整時(shí)，采用對(duì)鋼箱梁縱軸線(xiàn)上前后兩點(diǎn)進(jìn)行控制的定位方法，在較短的時(shí)間內(nèi)即可準(zhǔn)確的完成鋼箱梁的定位。
?。?）鋼箱梁定位完成后通過(guò)測(cè)量鋼箱梁四角點(diǎn)設(shè)定位置的標(biāo)高和軸線(xiàn)進(jìn)一步準(zhǔn)確定位，在進(jìn)行梁段焊接之前需對(duì)梁段位置的復(fù)核，誤差滿(mǎn)足安裝精度要求方可進(jìn)行下一步的焊接工作。
?。?）工地焊接必須采取措施對(duì)母材焊接部位進(jìn)行有效的保護(hù)，配置合適的防風(fēng)、防潮設(shè)備和預(yù)熱去潮的設(shè)施，在符合工藝的條件下，方可進(jìn)行焊接。嚴(yán)禁在無(wú)任何防護(hù)措施下，在雪、雨天及母材表面潮濕或大風(fēng)天氣進(jìn)行露天焊接。
?。?）焊接環(huán)境條件：風(fēng)力<5級(jí)（施焊部位），溫度≥5℃，濕度≤80%。在鋼箱梁內(nèi)焊接時(shí)安裝通風(fēng)防護(hù)安全措施。
?。?）清理接頭后，在24小時(shí)之內(nèi)完成焊接，以防接頭再次生銹或被污染。
（10）焊縫預(yù)熱范圍為距焊縫中心各80mm，焊縫預(yù)熱方法可用電阻加熱法或火焰烘烤法，預(yù)熱溫度及層間溫度滿(mǎn)足表3.6-2的要求，所有預(yù)熱與層間溫度的偏差為0℃～50℃。定位焊接前預(yù)熱比正式焊接預(yù)熱溫度高50℃。焊前預(yù)熱應(yīng)特別注意厚板一側(cè)的預(yù)熱溫度效果，以防止接頭出現(xiàn)層狀撕裂。如定位焊縫出現(xiàn)裂紋或其它嚴(yán)重缺陷時(shí)，把缺陷清除，再行焊接。
?。?1）對(duì)接縫采用手工電弧焊，焊接順序采用從橋中軸線(xiàn)向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)施焊。鋼梁節(jié)段焊接24小時(shí)后按工程技術(shù)要求進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)工作，修補(bǔ)次數(shù)控制不超過(guò)兩次。
5.2 橋塔施工監(jiān)測(cè)
（1）施工中，要實(shí)施監(jiān)測(cè)橋塔應(yīng)力，確保橋塔安全。主塔內(nèi)力監(jiān)測(cè)一般通過(guò)預(yù)埋應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)主塔的絕對(duì)應(yīng)力，在根據(jù)測(cè)試結(jié)果采取相應(yīng)措施來(lái)保證主塔的安全。一般情況下主塔根部截面及塔梁結(jié)合部截面為最不利截面。
?。?）同時(shí)對(duì)橋塔的溫度場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期觀察，每天每隔2小時(shí)，測(cè)量一次，找出橋塔變形隨一天中溫度變化的規(guī)律，以確保橋塔安裝坐標(biāo)的精確。并且橋塔節(jié)段定位安裝一般放在夜間較為穩(wěn)定的條件下進(jìn)行，采用電阻式溫度傳感器。
6、結(jié)束語(yǔ)
懸索橋可以充分利用材料的強(qiáng)度，并具有用料省，自重輕的特點(diǎn)，因此懸索橋在各種體系橋梁中的跨越能力最大，從外觀上又具有美觀性，在今后橋梁發(fā)展中將會(huì)是一個(gè)新的方向。本工程將為類(lèi)似工況的施工提供指導(dǎo)性的依據(jù)，在施工過(guò)程中控制好以上幾點(diǎn)，以保證和提高鋼箱梁的施工質(zhì)量，為新工藝、新材料的推廣和高速公路事業(yè)的發(fā)展，努力爭(zhēng)創(chuàng)國(guó)優(yōu)精品工程。
參考文獻(xiàn)
[1] JTGT F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范
