新疆乌昌大道跨头屯河大桥双层焊接钢桁架的制造和安装技术

2018-02-26陶群英刘德文

建筑施工 2018年11期

陶群英刘德文程飞

新疆北新永固钢结构工程有限公司新疆乌鲁木齐 831400

1 工程简介

新疆乌昌大道跨头屯河大桥新建工程全长1 597 m。桥梁总长901.42 m，其中主桥长586.42 m，引桥长315 m。主桥为（71.07＋80＋71.07）m＋（71.07＋71.07）m＋（71.07＋80＋71.07）m＝586.42 m的三联双层钢桁架桥（图1），上层桥面至下层桥面总高7.3 m（设计道路中心线虚焦点处）。主桁为无竖杆的华伦桁式体系，分幅设计，标准节间距10 m。材质Q345qE，节点板厚为35 mm和45 mm。主体工程总量25 000 t，总体工程用量28 000 t（附属结构3 000 t ）。

2 主桥技术特点

2.1 结构特点

1）上下层桥面为正交异性桥面板结构，桥面下设置横梁，横梁联结左右弦杆。上下层桥面通过腹杆联结（图2）。

图1 乌昌大道跨头屯河大桥效果图

图2 桁架标准节点

2）本桥桁架采用无竖杆的华伦式体系，桁架上下轴线间距7.3 m，节间距为10 m，桁架面最大为18.37 m，板厚20～45 mm，上下2层的平均每延米质量20 t左右，每个节间上下2层总质量达到200 t。

2.2 施工技术措施

本桥所处位置为原乌昌快速路，在施工过程中，采用原桥址两侧进行交通分流。工程施工场地狭小，受交通影响；主体结构施工工期为9个月，新疆地区的气候条件可以满足室外施工的时间只有6个月，工期较为紧张。因此，必须采用相应技术措施解决这些问题。

2.2.1 结构标准化

本桥设置有双向0.5%纵坡，并设置竖曲线，根据设计图纸，每个节点都不相同，均存在比较小的差别。利用桁架桥的设计特点，借鉴铁路钢桁架错孔安装的方案进行设计线形优化：采用以直带曲的方式进行节点优化，通过在端口处加余量来保证以直带曲所造成的弦杆处的张口。优化后，桁架节点均为标准化节点，节点类型减少，同时正交异性桥面结构和腹杆的类型同步减少。

2.2.2 模块化装配式施工

焊接桁架结构采用的安装方式，一般是先组装桁架结构面，保证整个结构的稳定性，再进行桁架面之间的结构装焊，或者采用上下2层整体吊装。本桥采用的是无竖杆的结构，整体吊装吨位较大，受地域和现场条件限制，实施难度较大；而若先组装桁架面、后装焊桁架面之间的结构，则正交异性桥面板的焊接会造成整体焊接变形和残余应力较大。

经综合考虑后，我们将左右两侧的下弦杆、横梁和桥面板单元件先组装成一个大的吊装分段（图3、图4），分段吊装完成后再吊装腹杆，然后整体吊装上层结构。其上下桥面结构均为标准化分段模块，可按照“搭积木”的方式依次进行吊装作业。

图3 吊装分段组装流程

图4 横梁定位与桥面定位组装

3 主桥制作和安装的原则性方案

将弦杆、腹杆单独在场内制造成构件运输至现场，桥面结构划分成横梁单元件和桥面单元件（桥面单元件纵向划分），桥面和横梁单独在内场制造成单元件并运输至现场，将左右两侧的下弦杆、横梁和桥面板单元件先组装成一个大的吊装分段，分段吊装完成后再吊装腹杆，然后整体吊装上层桥面板。

V形支墩处由于结构吨位较大，单侧弦杆接近120 t，难以形成整体结构后吊装，故一次性将下弦杆组装成整体吊装，下桥面结构进行散装，上桥面结构整体吊装。桥梁采用支架法架设，辅助结构在内场制造完成并运输至现场安装后吊装。

4 主桥制作和安装的关键技术

4.1 结构标准化

4.1.1 放样

为保证精度，施工时充分利用CAD及Tekla软件进行了工程建模放样及深化设计。

4.1.2 降低施工难度

桥面板和横梁现场散装造成桥面板单元件与横梁之间的焊缝为仰焊（桥面板与横梁齿形板焊缝比较重要），焊接质量不易控制。以往国内大型桥梁的隔板主要有2种形式：整体隔板、分块式隔板（隔板分成2块，即隔板不与面板直接接触，而是通过与桥面板上的齿形板搭接、对接或者T形连接）。

我们将横隔板分成2块，增加1道上翼缘，降低现场面板单元件组装难度，并避免现场仰焊（图5）。

图5 隔板分块示意

4.1.3 标准化技术

1）不考虑竖曲线和其他因素影响，按照水平状态精确放样各节点曲线，并将各弦杆精确放样；精确确定各类弦杆的外形轮廓及轴线。

2）通过CAD精确放样，确定上下弦杆轴线曲线。

3）在保证各弦杆节点中心点的高程、里程条件下，以水平状态的下弦杆轴线拟合下弦杆轴线（曲线）；轻微调整弦杆轴线的水平角度，确保各弦杆端口错边控制在1 mm以内。

4）判断各下弦杆节点上的腹杆轴线与上弦杆轴线的交点，然后将标准上弦杆轴线与上弦杆轴线曲线拟合。

5）轻微调整上弦杆轴线，确保上弦杆端口错边以及与腹杆端口轴线偏差不大于1 mm。

6）在Tekla软件中，根据拟合线形精确放出整个桥梁立体大样，并适当调整轴线，确保端口错边量小于1 mm，保证腹杆轴线偏差不大于1 mm。

在弦杆轴线调整过程中，理论端口间间隙控制在8～12 mm。

由于实际放样结果的弦杆长度不一致，故可以通过在余量端口统一余量长度来保证每根弦杆长度一致。

4.2 模块式施工

通过放样将弦杆、腹杆及桥面单元件优化、标准化之后，弦杆、腹杆、横梁类型及桥面板类型比较少，对生产管理和质量控制较好。

施工时，将左右两侧的下弦杆、横梁和桥面板单元件组装成一个大的吊装分段，然后按照“搭积木”的方式依次进行吊装作业（图6）。

图6 现场吊装流程示意

控制要点：

1）下层桥面的支撑结构必须保证在整个吊装过程中不发生支架变形，并保证瞬时冲击条件下的支架稳定。

2）支架基础（底部基础为老路基）采用混凝土扩大基础以保证不出现沉降。

3）上层支架在落梁时必须满足支撑结构的稳定性，并保证在瞬时冲击情况下的结构稳定。

4）上层大安装节段落架时要有专人指挥及观察两侧，接近下降部位时，要缓缓对准已经安装完成节段的弦杆并注意控制待安装节段弦杆另外一端的中心线以保证与支撑架横梁上的控制线相重合（图7）。

图7 上层桥面吊装

5）施工过程中加强支架变形和沉降观测。

4.3 焊接变形控制措施

本桥焊接变形控制主要是弦杆、桥面板、横梁组装成整体时的焊接顺序及上桥面大段吊装后的焊接顺序控制。

1）大段成型焊接顺序：焊接板单元件间对接焊缝（采用单面焊双面成型的焊接工艺）→焊接完毕后进行桥面整体变形矫正→焊接桥面单元件齿形板与横梁的角焊缝（从中间向两侧对称等速焊接）→焊接横梁与弦杆的角焊缝→焊接桥面单元件与弦杆的角焊缝（下层结构）或对接焊缝（上层结构）。

2）上层大段安装焊接顺序：焊接弦杆腹板对接焊缝→焊接弦杆顶底板焊缝→同时焊接桥面对接焊缝→精确定位腹杆，并焊接（两侧4根腹杆对称等速）→焊接U肋及纵肋嵌补。

4.4 焊缝探伤的超声时差衍射技术（TOFD）

钢结构桥梁设计要求的熔透一级焊缝均需要进行超声波＋射线探伤的无损检测技术，以检测焊缝的内部质量是否符合设计和规范要求。而射线探伤技术适用于探伤时，要求射线源周围50 m内不能有任何闲杂人员，避免被射线照射损伤身体健康的事件发生，而操作人员也要采取一定的防护措施才能保证安全。

在工厂内进行射线探伤作业时，可以清场进行射线探伤作业。但在工地现场（头屯河大桥），施工作业区20 m范围内两边均存在乌昌大道的临时辅道，每天均有大量的车辆往返于乌鲁木齐和昌吉之间，显然焊缝的探伤作业采用射线是不可能的。基于此，工地现场的焊缝探伤均采用超声波＋TOFD（超声时差衍射）探伤技术。此技术既保证了来往车辆上人员和施工现场人员的安全，又保证了钢结构和土建施工的正常进行。