自錨式懸索橋塔梁固接段施工技術
2018-03-26
1、工程概況
沈陽四環(huán)快速路新建高坎渾河景觀橋位于沈撫新城核心地帶，主橋橋型為獨塔自錨式鋼箱梁懸索橋，跨布置為48m+2×180m+48m，全橋總長456m。主橋上部結構為鋼箱梁結構，兩主跨為懸吊結構。（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聯結。主塔在主橋中央分隔帶處穿過加勁梁，并通過設置于外包鋼殼外側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處連續(xù)不斷開，塔梁之間的鋼混連接通過縱橫隔板上的剪力鍵傳力。T3節(jié)段分為T3-1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。固結區(qū)塔壁鋼殼側壁板借用加勁梁內側直腹板，鋼殼前后壁板與側壁板熔透焊接，并于前后壁板上開設PBL 剪力鍵孔洞及大尺寸澆筑連通孔；固接區(qū)加勁梁頂底板及橫隔板上設置圓柱頭焊釘，保證與內填混凝土的連結。同時橫向設置JL精軋螺紋鋼筋，張拉控制應力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的鋼管進行連接。鋼管樁立柱樁頭縱橋向設置長為83cm的2Ⅰ20b型鋼作為樁頭分配梁。主塔原位拼裝支架為一個獨立拼裝支架，與鋼箱梁滑移支架斷開，鋼箱梁梁段鋼箱梁利用主塔旁ZSL34300型動臂塔吊進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，運輸到施工場地，采用ZSL34300型動臂塔吊吊裝T3-2節(jié)段鋼殼與T2節(jié)段鋼殼定位臨時匹配連接。測量人員采用儀器進行精確測量及調整T3-2節(jié)段及標高至設計要求，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、焊接和預拼裝同時完成的方案。按照架梁順序及工期要求進行匹配制造。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→組焊臨時吊耳、臨時連接件、附屬結構的順序進行施工，組裝時，以胎架為外胎，以橫隔板為內胎，重點控制橋梁的線形、鋼箱梁幾何形狀和尺寸精度、相鄰接口的精確匹配等。
?。?）鋼箱梁架設支架系統安裝完成后，測量人員對鋼箱梁D類梁段中心線進行精確放線定位。確定梁段在支架分配梁上支點的高程。
（2）D類梁采用ZSL34300型動臂塔吊在原位拼裝支架上進行架設施工。鋼箱梁的塊段在工廠加工完成后用100t平板運輸車運至塔吊吊裝施工區(qū)域，塔吊通過鋼箱梁上的臨時吊點進行吊裝施工，臨時吊點位置通過設計單位驗算滿足施工要求，不會造成鋼箱梁結構變形。
?。?）鋼箱梁架設支架上，設置拼裝胎架，D類梁段在胎架上組拼，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，每次組裝的梁段數量不應少于3段。組裝過程中應避開日照的影響，采用全站儀監(jiān)控測量主要定位尺寸。
?。?）拼裝支架上安裝散拼胎架用于支撐鋼箱梁節(jié)段，梁段之間按設計要求進行焊接。吊裝、焊接施工順序為中央塊段，行車道塊段，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不會晃動、偏位。在鋼箱梁的塊和散拼胎架上做上對位標記，起吊安裝時便于對位，保證鋼箱梁位置安裝準確無誤。
?。?）拼裝方法：
a、頂底板單元接寬組焊
組裝前要檢查每塊板單元上的定位基線。橫向定位時板單元寬度方向預留焊接收縮量?？v向要對齊U肋組裝基線和坡口定位端，控制板單元定位端的直線度，同時嚴格控制頂底板單元上的同位置橫隔板上接板錯位量小于0.5mm。
b、組焊底板單元
將中間底板單元置于胎架上，在無日照影響的條件下使用經緯儀使其橫、縱基線與胎架上的基線精確對齊，靠近橫基線端底板與胎架牙板點焊固定，確保底板橫縱向位置不會滑動。
c、組焊邊底板
依次對稱組焊兩側底板單元及斜底板單元，焊接時嚴格執(zhí)行《焊接工藝規(guī)程》，對稱施焊。
d、組焊中央直腹板、中間橫隔板、內側直腹板單元
以底板的橫、縱基線為基準，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；然后再依次組裝內側直腹板單元，并用經緯儀檢查各單元的端部角度和直線度，焊接時要從梁段中間向兩側對稱施焊。
e、組焊邊橫隔板、外側直腹板單元
以底板的橫、縱基線為基準，按順序先組裝邊橫隔板及外側直腹板單元，并焊接其與底板的焊縫；并用經緯儀檢查各單元的端部角度和直線度，焊接時要從梁段中間向兩側對稱施焊
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。首先焊接頂板縱向對接焊縫，再焊接橫隔板與頂板焊縫，注意預留焊縫收縮量，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，施焊各頂板間縱向對接焊縫及隔板與頂板焊縫，注意焊接順序以減少梁段變形。 3.3 塔殼T3節(jié)段與D類梁段連接
D類梁段安裝完成后，T3-2節(jié)段豎向角鋼加勁上端與D類梁段底板連接處采用單面角焊縫圍焊，塔殼外圍按設計位置焊加勁板。
測量在D類梁段上放出T3-1節(jié)段的位置，采用ZSL34300型動臂塔吊將T3-1節(jié)段安裝就位，測量人員對其位置進行調整及復測。塔殼外側按設計位置焊加勁板。
4、塔梁固接段施工
塔身鋼筋加工驗收后進行安裝。鋼筋安裝依靠鋼殼弧形加勁及拉桿定位。先安裝主塔鋼殼，接長主筋，然后安裝環(huán)向箍筋，補齊水平對拉筋。一般情況下，鋼筋綁扎由一端向另一端依次進行，操作時按圖紙要求劃線、穿箍筋、綁扎、成型。
為減少由于混凝土收縮、徐變、溫變等效應的影響，塔梁固接區(qū)段采用C50微膨脹混凝土。為保證塔梁固結區(qū)混凝土澆筑質量，要求該部分混凝土粗骨料粒徑為5～25mm連續(xù)級配，最大粒徑不大于25mm。
塔梁固結段預應力筋的張拉需在混凝土強度達到設計強度的90%以上且齡期達到7天后方可張拉預應力鋼筋。預應力鋼筋張拉完畢后，48小時內進行管道壓漿。預應力管道采用真空輔助壓漿工藝。
5、主塔固接區(qū)施工質量控制
5.1 梁段組拼質量控制
（1）鋼箱梁焊接順序：為保證鋼箱梁的外形和幾何尺寸，防止產生過大的內應力，鋼箱梁焊接分步進行，并遵循先內后外、先下后上、由中心向兩邊的施焊原則。優(yōu)先選用COB2B焊方法，同時全面采用陶質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，橋梁中心線處底板單元、頂板單元、錨腹板單元的定位組裝均需在無日照影響時進行。
（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對準外，并用激光經緯儀檢測，重點控制縱向直線度和端口與中心線垂直度，嚴格控制吊點縱、橫向中心距，滿足招標文件的要求。
?。?）調整時，采用對鋼箱梁縱軸線上前后兩點進行控制的定位方法，在較短的時間內即可準確的完成鋼箱梁的定位。
（6）鋼箱梁定位完成后通過測量鋼箱梁四角點設定位置的標高和軸線進一步準確定位，在進行梁段焊接之前需對梁段位置的復核，誤差滿足安裝精度要求方可進行下一步的焊接工作。
?。?）工地焊接必須采取措施對母材焊接部位進行有效的保護，配置合適的防風、防潮設備和預熱去潮的設施，在符合工藝的條件下，方可進行焊接。嚴禁在無任何防護措施下，在雪、雨天及母材表面潮濕或大風天氣進行露天焊接。
?。?）焊接環(huán)境條件：風力<5級（施焊部位），溫度≥5℃，濕度≤80%。在鋼箱梁內焊接時安裝通風防護安全措施。
?。?）清理接頭后，在24小時之內完成焊接，以防接頭再次生銹或被污染。
（10）焊縫預熱范圍為距焊縫中心各80mm，焊縫預熱方法可用電阻加熱法或火焰烘烤法，預熱溫度及層間溫度滿足表3.6-2的要求，所有預熱與層間溫度的偏差為0℃～50℃。定位焊接前預熱比正式焊接預熱溫度高50℃。焊前預熱應特別注意厚板一側的預熱溫度效果，以防止接頭出現層狀撕裂。如定位焊縫出現裂紋或其它嚴重缺陷時，把缺陷清除，再行焊接。
?。?1）對接縫采用手工電弧焊，焊接順序采用從橋中軸線向兩側對稱施焊。鋼梁節(jié)段焊接24小時后按工程技術要求進行無損檢測工作，修補次數控制不超過兩次。
5.2 橋塔施工監(jiān)測
?。?）施工中，要實施監(jiān)測橋塔應力，確保橋塔安全。主塔內力監(jiān)測一般通過預埋應變計監(jiān)測主塔的絕對應力，在根據測試結果采取相應措施來保證主塔的安全。一般情況下主塔根部截面及塔梁結合部截面為最不利截面。
?。?）同時對橋塔的溫度場進行長期觀察，每天每隔2小時，測量一次，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)定的條件下進行，采用電阻式溫度傳感器。
6、結束語
懸索橋可以充分利用材料的強度，并具有用料省，自重輕的特點，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)展中將會是一個新的方向。本工程將為類似工況的施工提供指導性的依據，在施工過程中控制好以上幾點，以保證和提高鋼箱梁的施工質量，為新工藝、新材料的推廣和高速公路事業(yè)的發(fā)展，努力爭創(chuàng)國優(yōu)精品工程。
參考文獻
[1] JTGT F50-2011，公路橋涵施工技術規(guī)范
