顶推法钢结构桥梁施工质量监督管理

2022-08-02黄光辉石泉彬方水才

泰州职业技术学院学报 2022年3期

黄光辉，石泉彬，方水才

（1.泰州市建设工程质量监督站；2.泰州职业技术学院，江苏泰州 225300；3.济南城建集团有限公司，山东济南 250031）

随着大跨径桥梁需求的不断增多，钢结构作为一种新型的桥梁结构类型的优点不断显现。相对于普通钢筋砼结构形式，钢结构工程质量管理有其自身特点，当前对钢结构工程制作和安装过程的质量管理研究较多[1-4]，而有针对性的施工质量控制方面的研究较少。因此，对钢结构桥梁工程的质量监督管理开展针对性研究，尤其是结合具体工程实例进行分析和总结，具有较强的必要性和重要的现实意义。本文以泰州市青年路北延新通扬运河桥主桥钢结构工程为例，具体探讨顶推法施工钢结构桥梁工程质量监督管理要点与相关措施。

1 工程概况

泰州市青年路北延（海阳东路—站前路）工程位于泰州市海陵区，南起海阳东路，北至站前路，总长约2510m，为城市主干路，道路一般段规划红线宽40m。因该路段需跨越五叉港及新通扬运河，故新建新通扬运河桥，其中主桥上跨新通扬运河、引桥上跨五叉港，主桥宽41.5m、引桥宽39m。

2 钢结构制造阶段

钢结构制造质量是钢结构桥梁工程质量得以保证的前提和基础[5]，对其厂内单元件制作原材料、焊接质量和尺寸精度的把控是质量控制的关键。

本工程在钢构件加工过程中利用焊接参数控制、预变形技术、焊缝内应力消除技术等多方严格控制焊缝质量和尺寸精度；对于箱式拱肋，其计算跨径长达165m，且线型为抛物线，厂内制造时通过多节段拱肋之间连续匹配拼装技术保证制造精度，以为后续顺利完成整体成桥拼装奠定基础。

2.1 专家评审及施工条件核验

钢梁制作前针对本工程桥梁结构特点和架设安装工法，首先组织开展施工工艺专家评审会，形成本工程专属文件，以此来指导全过程施工。

正式施工前，对承包单位的施工设备、检测设备的精度及完好状态进行核验，并对现场焊接设备、检测仪器、测量设备等进行抽检，保证所有设备功能运转正常。

2.2 钢梁制作

钢梁制作前，首先从源头处严把质量关，对进场材料进行第三方取样复验，抽检样品的划分批次和数量符合本工程制造规则及国家规范相关要求。钢梁制造过程中，重点关注焊接首制件和涂装首制件检验环节，按照钢构件结构形式不同，对各种类型的杆件成品分别进行首制件外观尺寸质量、焊缝质量、涂装质量等方面检查；钢梁质量评定，由现场监理和第三方检测机构共同监督进行，全部检测结果均达要求后方可进行后续批量加工。

（1）构件焊接。焊接施工前，对作业人员的从业资格证书以及有效期进行查验，并组织电焊工上岗前实际操作考试，经考试合格满足要求方可上岗作业。正式开始焊接作业前还需检查焊接电压、焊材的烘干情况和焊道打磨情况，确定满足焊接要求方可进行下道工序。焊接过程中，必须焊接与工件相同标准的产品试板并送检，做到制造全过程焊缝质量控制。构件焊接完成后检查焊接外观，根据焊缝探伤要求实行100%的超声波无损探伤[6]、磁粉探伤和一定比例的X射线探伤[7]来判定焊缝质量，不合格的焊缝必须返修补焊，返修次数不得超过两次，对于多次出现不合格焊缝的作业人员不得再从事本工程焊接作业。

（2）梁段拼装。当主梁第一批梁段制造完成后，选择3个节段进行试拼装以检验制造水平和质量。试拼装时，使板层紧密贴合，并检查拼接位置有无相互抵触或较大缝隙的情况，检查需在无日照影响的条件下进行，以减少温度引起的热胀冷缩效应，同时留存检查记录，试拼装检查合格后，后续构件方可进行批量生产。

（3）构件涂装。构件生产完成后要在厂内进行底漆和封闭漆的涂装。涂装前需要进行喷砂除锈，尤其是对焊缝、自由边等部位的处理一定要到位，避免这些部位成为薄弱环节。涂装时严格控制温度、相对湿度等因素，使之与不同品牌型号油漆的使用要求相符。构件表面残余水分、温度以及涂装后的保护也是影响涂装质量的重要因素。施工完成后需对涂层进行外观质量检测，在漆膜厚度满足要求的基础上，检查涂层表面有无流挂、针孔、橘皮、漆雾等涂层缺陷，如有缺陷需清除该区域涂层后重新进行涂装施工。

3 钢结构拼装阶段

3.1 拼装方案论证

在拼装开始前，由施工单位组织召开施工方案工艺评审会，参加评审的除五方责任主体外，还邀请相关行业主管部门、高校和企业专家等。经专家组审议，一致认为本工程顶推安装方案内容完整，施工方案可行，可用于指导本工程施工。

3.2 拼装胎架准备

整体拼装前需检查钢梁拼装胎架是否符合要求，胎架支墩顶面的面积和位置是否满足杆件不发生局部变形要求。胎架上布设纵、横基线及基准点，用以控制构架拼装的位置，确保各部件尺寸符合图纸及施工要求。

3.3 水准控制网布设

胎架外设立不受其他因素影响的水准控制网，用以在钢结构制造过程中对胎架上所有测量点进行随时监测，确保胎架测量系统准确可靠。

当箱梁节段安装定位后，需再次进行复测，在保证箱梁中心线位置、高程、竖曲率、起拱、斜度和宽度等检测项目满足要求后，方可吊装下一节段或进行焊接作业。

3.4 钢梁安装定位

系梁是全桥尺寸把控的关键点，必须对其精准定位。系梁安装时，在各系梁对接环口处设立测量点，通过观测其拱度、线型及左右两系梁宽度进行精准定位。系梁定位过程中，为减少焊接收缩对尺寸的影响，在宽度方向预留12mm加量。

横梁定位以系梁基准线为准，采用龙门吊精确吊装就位后，为减少横梁拼装过程下挠沉降，需在横梁中部下方增加反力支撑，固定完成后再解除吊装。

桥面板安装采用龙门吊，吊装完成后对桥面板对角线及桥面横坡进行检查，外观尺寸检测合格后方可进行焊接工序。采用焊接机器人自动焊接，中部桥面板全部焊接完成后，进入两侧外挑臂安装工序，之后重点对桥梁全宽，横向线型进行检查复核。

系杆拱肋拼装时，遵循两侧对称拼装、从拱脚至拱顶逐节段合龙的原则。为避免损伤拱肋防腐油漆结构，采用焊接吊耳配合钢丝绳进行吊装，避免安装过程中吊点升降产生的滑动。

根据理论拱肋节段位置、标高数据（考虑基础沉降、支架变形等因素），安装前在支架上设置测量控制点对支架线型、高程进行跟踪观测。拱肋节段吊装至安装位置后，用手拉葫芦和千斤顶调节节段的平面位置和高程，当坐标及高程误差调整到允许误差范围后，在节段拼缝四周焊接定位马板，然后进行节段的精确调位。当安装节段坐标、高程调整至符合设计或规范要求后，全断面进行施焊拼缝。合拢应选择无日照时段进行，阴天合拢为宜，合拢气温20℃左右。

3.5 钢梁现场焊接

现场钢梁构件安装定位完成后进入焊接工序，焊接作业前逐一查验现场施焊人员执业资格，且经现场焊工考试合格后进行桥梁主焊缝施工作业。

焊接施工作业温度宜控制在5℃以上，环境相对湿度不大于80%，风力小于等于5级。有雨、雪、大风、严寒气候或焊工暴露等恶劣条件时，必须采取相应预热、除湿、防风等措施方可作业。

焊接前应检查待焊区域清理情况，接口的错边、间隙及坡口尺寸。焊接作业时杜绝在母材的非焊部位引弧，焊接完成后必须及时清理干净焊缝表面熔渣及两侧飞溅物。

当钢箱内施作CO2气体保护焊时，操作工人必须佩戴防护面罩，同时还必须按规范配备通风防护安全设施，以免焊接过程中产生的CO2影响操作工人健康甚至危及生命安全。

3.6 钢梁拼装检测结果

钢梁结构拼装完毕后，五方责任主体联合建设工程质量监督站对钢梁拼装结果逐一检测，全部检测结果必须满足规范要求（如表1）。

3.7 钢梁现场涂装

钢梁涂装前须检查焊缝表面打磨情况，要求其表面光顺，锐边、棱角等部位要打磨成圆角，不得出现凹凸不平的角落。开始涂装前还需清扫钢结构表面浮尘、附着物、表面油污及杂质，要求表面清洁度达到St3级。

表面清理完成后按不同部位的涂装体系分别涂装。涂装完成后，严格按照涂装工艺要求进行检查，尤其注重对漆膜厚度及涂层附着力的检查。

4 钢结构顶推阶段

4.1 顶推设备检查

施工设备进场后，对所有设备进行检查核验，确保其型号、参数与专项施工方案一致。同时检查所有设备的出厂合格证与试验检测报告。

设备安装时，重点检查千斤顶的型号、编号与安装位置，逐一与施工方案核对并做好记录；检查液压系统的管路接口，避免出现渗油现象。

4.2 顶推作业

顶推作业前，应检查技术人员和作业人员资质和数量是否满足要求，明确现场指挥与主要技术负责人，做到定岗、定位、定责。

顶推作业过程中，一方面，对多点同步液压控制系统进行全过程监管，重点关注检查各类原始数据输入及设定值与施工方案中规定数值是否一致。另一方面，观察监控相关数据，确认每一标准行程和最大顶推速度是否受控，观察预设荷载的加载量和实际顶升行程是否匹配。及时反馈和汇总各个观察点的实测情况，比较实测数据与理论数据的差异，若数据偏差超过限定值，及时逐级汇报，并会同有关各方进行综合分析研判，找出原因后予以适时调整。

以本工程为例，步履式顶推距离为249m，在顶推施工前通过MIDAS软件建模，按照步距1m对连续顶推全过程各工况条件下的顶推点受力状态进行详细数值分析，得出顶推过程中各个支墩的顶推反力，并通过理论数据分析作为指导现场施工的重要参考。在实际顶推施工过程中，通过监控各油顶油压数据及支反力，判定各支点受力是否均匀，顶推是否偏移，同时通过全站仪测量数据监测桥梁顶推过程中桥梁轴线是否偏离。

当导梁尾部离开墩台支架，累计行进24.5米时，全站仪测量发现梁体轴线向东偏移7.2cm。根据既定方案，调节相应的动态纠偏装置，即在梁体动态运动过程中施加与偏移反向的纠偏力，但在行进2个行程后，测量结果显示几乎未产生任何纠偏效果，随即启动应急预案，立刻锁紧动态纠偏装置、保持梁体现有姿态。顶推负责人召集技术人员与专家进行现场实地查勘与原因分析，推定该问题是因较大固有偏载力施加于梁体引起的。后经现场检测，断定确属梁体重心偏移造成的：本工程顶推形式为连续多点顶推，顶推支点较多且顶推纵向线型复杂，梁底面高差变化较大，顶推油顶上方抄垫没有及时进行动态调整使得梁体重心偏移，从而最终导致问题发生。通过对抄垫高程进行复核计算，调整16#～19#支墩顶面抄垫厚度，同时施加反向纠偏力，当再次行进3个行程后，发现梁体轴线复位，问题得以解决。为避免此类问题在后续施工中继续发生，增加抄垫高程测量复核项目、缩短支墩顶面抄垫厚度调整周期，每顶推行进5m即对各抄垫数据进行高程调整，以适应梁底面高差变化，从而保证钢梁整体水平行进。