双层钢桁梁桥拱梁结合段关键施工技术

邵嘉兵 （安徽省公路桥梁工程有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引言

第一座双层钢桁拱桥为1867 年建于美国的Eads Bridge，桥梁为上承式钢桁架拱桥，主要用于公路交通。由于钢结构桥梁具有轻巧优雅、抗风性能好等特点，在后来的百年中得到快速发展，桥梁跨度也越来越大[1-2]。目前最大的钢拱桥是重庆的朝天门大桥，该桥主跨达到552m。

钢桁架拱桥的主要结构分为钢桁架、拱肋、桥面系、吊杆索及锚点，其中拱梁结合段是桥梁拱脚、拱肋和桁架结合部位，具有构件单件体量大、结构受力复杂、连接杆件节点多、加工安装精度要求高的特点，是钢桁架拱桥施工的关键部位[3]。

1 工程概况

引江济淮繁华大道桥为安徽省内首座市政公路与地铁轨道合建桥，主桥为跨引江济淮河道的双层钢桁架拱桥，采用153m 跨双层钢桁架拱桥方案。上层桥宽度47.5m，为城市双向6 车道+地铁。下层桥宽度56m，为双向4车道+慢形系统，用钢量达1.2 万t。其中拱梁结合段是该桥梁中结构最复杂、连接节点最多的钢构件。单个拱梁结合段连接了6个钢结构杆件和2个桥面系，节点数量多，连接方式有栓接和焊接，其中箱型主桁架为三面栓接一面焊接结构，对杆件加工及安装的精度要求非常高。

传统钢结构加工工艺采用CAD 进行平面放样，不能直观地反映各个细节的尺寸。拱梁结合段拼装时，由于零件大小不一，采用单一的焊接方式不能保证焊缝质量及外观，小构件采用手工焊，但焊接效率低[4-6]，因此需要开发出新型拱梁结合段的加工方法。

2 施工工艺流程

拱梁结合段结合BIM 技术在厂内预制加工、现场吊装的方法施工，各工序必须按照施工工艺流程进行，具体施工流程为图纸审核→BIM 建模→模型放样→钢材采购→钢材试验+钢材预处理→下料、制作胎架→板单元加工→拱梁结合段单元胎架上拼装→拱梁结合段单元焊接→焊缝检验→拱梁结合段下胎架→打磨除锈+喷底漆、喷中间漆→喷面漆→运输→现场支架搭设→拱脚安装→腹杆安装→拱梁结合段吊装→线型监控调整→螺栓连接、桥面焊接→拱肋安装。

3 双层钢桁梁桥拱梁结合段施工

3.1 拱梁结合段BIM建模

采用REVIT 软件对钢桁架结构进行精确建模，钢材的下料及加工严格按照BIM 图纸进行，根据构建大小设置加工余量，保证了钢结构加工及试拼装的准确，减少返工概率。

钢杆件均采取单个杆件在专用胎架上制造工艺，杆件采用后孔法划线钻孔，拼接板均采用先孔法钻孔。杆件制造完成后，单个桁面按轮次进行试拼装，在试拼装工序完成杆件部分孔群的配钻。拱梁结合段与钢桁架一起进行“卧拼法”试拼装，试拼装合格后进行涂装、发运。

图2 拱梁结合段三维立体示意图

3.2 拱梁结合段厂内加工制造

拱梁结合段以腹板在胎架面进行制造，根据BIM 模型放样，将钢板组装焊接，焊接好的杆件在胎架上试拼装。

加工前对图纸和零部件进行检查，重点检查零件的编号、外形尺寸、对角线、坡口等。拱梁结合段单元件在胎架上制作，竖板放在组装平台上，将节点板端与平台上的端头靠模靠齐，纵向基准线对线合格后，在靠模四周的平台上点焊模板进行限位，组装误差在2mm 以内。

图3 拱梁结合段拼装

将横隔板进行对线组装，控制横隔板两侧与竖板结构组装线的位置，以控制横隔板与竖板的组装间隙，另一侧竖板定位安装，根据施工图（节点板端与平台上的端头靠模靠齐）对线组装，利用千斤顶和特制的C 形夹或葫芦保证竖板的开档距离，靠模端竖板与限位块密贴，以控制端口的外形尺寸。桁架箱内焊接，在箱外焊接临时吊耳，采用航车将梁段翻身，实现多角度焊接箱内焊缝，箱内手工除锈做油漆，多次翻身焊接按《焊接工艺规程》《焊接作业指导书》中的焊接要求，在弦杆组装平台或焊接胎架上进行焊接。清除箱内杂物、手工除锈做油漆，最后组装接头板、底板及节点加劲板，以节点板端为基准，将杆件底板与靠模端头对齐。

图4 拱梁结合段焊接

杆件焊接完成后进行测量和矫正，采用火焰矫正时温度控制在600℃～800℃，严禁过烧、直接锤击和水冷。杆件下胎架后打码标记、标识。

3.3 拼接板钻孔

钻孔模板由模板加模套组成。模板上设有各方向定位槽，并划线打样冲标记。模板的四边均机加工平直，钻模套安装孔由数控钻床、坐标镗床等加工，孔的位置度能达到精度要求。钻模套采用工具钢车制后淬火再精磨的加工工艺，能确保钻孔时的高精度与耐磨性。

3.4 厂内预拼装

主桥钢桁架采用“卧拼法”试拼装，拱梁结合段（SA2）与拱脚（SE1、SE2）、相邻梁段一起试拼装，在试拼装工序完成杆件部分孔群的配钻。所有杆件平面全桥试拼装，试拼装合格后进行涂装、发运。

图5 钢桁架试拼装

3.5 拱梁结合段制孔

拱梁结合段与弦杆、腹杆采用螺栓连接，采用先试拼装、再制孔的方式施工，为提高现场拼装误差容错率，采用在拱梁结合段上单边制孔方法在厂内制孔，腹杆在厂内钻定位孔，螺栓孔在现场安装时制孔。

试拼装过程中以拼接板配钻杆件定位孔。试拼装结束，杆件上钻孔平台，采用单孔群样板接钻竖板孔群，杆件翻身，采用单孔群样板接钻另一侧竖板孔群。

3.6 拱梁结合段运输及安装

①拱梁结合段运输

全桥共8 个拱梁结合段，结构尺寸为1810mm×6465mm×12120mm，单个拱梁结合段最大重量85.3t，由于构件超宽超重，厂内采用运梁车集中一次成队运输，钢梁采用钢丝绳捆绑牢固，钢梁及运梁车尾部粘贴反光条。

②钢桁架杆件吊装

主桥钢桁架及桥面系采用龙门吊进行安装，拱肋采用汽车吊上桥进行安装，采用BIM 三维动画模拟机械及钢构件站位，提前规划交通导改，充分利用施工场地。钢构建临时支墩及吊耳采用MIDAS 软件进行验算，符合安全规范设计要求。采用4 台龙门吊配合汽车吊，按照顺序依次吊装下弦杆、腹板杆、桥面板、上弦杆。

③拱梁结合段现场连接

拱梁结合段连接节点较多，3 个腹杆节点均采用栓接连接，拱梁结合段上螺栓孔为厂内制孔，腹杆上螺栓孔为现场制孔，采用拼接板连接，螺栓采用扭力扳手检验扭力。两个弦杆节点采用三面栓接一面焊接形式连接，栓接孔均为厂内制孔，顶板为焊接，采用陶瓷垫片垫底，手工熔透焊焊接。拱肋结合部均采用焊接连接，手工熔透焊焊接。

3.7 安装监控测量控制方案

根据设计单位给定的坐标和高程，对结合段定位、标高及钢构件的定位轴线及标高，再结合土建施工对基础的中间测量确定施工测量控制点。结合段制造时在钢构件上标记、标识控制点位置。监控单位在现场设置测量专班，全程监控主桁架等钢构件的制造及安装线型。

桥梁的施工监控是一个计算→施工→量测→参数识别→误差修正→预告→施工的循环过程。影响计算结果精度的因素很多，包括测量误差、施工误差、理论计算中的设计参数取值误差，如弹性模量、徐变系数、施工荷载等。在保证测量精度和施工精度的前提下，设计参数的取值误差可以随着施工的进行逐步得到修正。

图6 拱肋结合段现场安装

施工监控按如下程序进行，采用MIDAS CIVIL 计算程序，按各项参数的理论值或实测值计算下一阶段的施工监控参数，如实测标高、应力变化、杆件变形等。按规定程序检测各项数据，将数据进行整理并输入计算程序做跟踪分析。比较理论计算结果和实测结果的差别，分析出现偏差的原因，调整参数取值重新计算，缩小两者的差别。按调整后的各项参数计算下一步骤的施工监控数据。

3.8 施工安全保证

进行高处作业施工，应使用脚手架、平台、梯子、防护围栏、挡脚板、安全带和安全网、警戒线等安全防护设施。高处作业安全防护设施的主要受力杆件必须通过力学计算满足施工使用要求后搭设。

施焊地点潮湿时，焊工应站在干燥的绝缘板或胶垫上作业，配合人员应穿绝缘鞋或站在绝缘板上。绝缘鞋的绝缘情况应定期检查。

龙门吊安装后经验收合格，方可投入使用，严禁使用未经验收或未通过验收的龙门吊。起重吊装时，由专人统一指挥，钢构件下严禁站人。

钢结构分段内部焊接作业时，为了减少有害气体产生，应选用质量合格的焊条，焊接前清除焊件上的油污、铁锈等，同时在分段端部设置足够的抽气扇，确保分段内部焊接时空气流通，烟尘及时排出。焊工及周围施工人员应配戴防尘毒口罩，减少烟尘吸入体内。

3.9 施工质量保证

钢桁架总装过程执行“首制件三检及监检”，各工序执行“三检制”，各工序自检、互检合格后，填写报检单申请专检人员进行检验，有监检要求的项目需经监检合格后，方可流入下道工序。当专检人员签署“合格”结论后，总装单位才能将检验合格的产品移交下道工序作业。

在总装、涂装过程中注意保护好产品的识别标记，下道工序施工者应负责核对上道工序检验/试验状态的标识（或记录），对检验状态不明者不施工，并向生产部门反馈信息。

本工程采用的测量器具主要有GPS测量仪、全站仪、激光经纬仪、水准仪等精密测量仪器以及钢尺、水平尺等量具。测量器具保证校准合格并在校准期内。

4 结束语

采用BIM 技术对拱梁结合段进行三维建模，配合Auto CAD 对BIM 模型放样结果进行下料及加工，保证构件下料和加工精度。

采用在拱梁结合段上焊接临时吊耳方法，在胎架上多次翻身的方法，对拱梁结合段进行厂内焊接，焊缝均为平焊和立焊，克服了传统仰焊质量控制难、安全风险大的问题。

在拱梁结合段试拼装时桁架上均焊接了定位控制点，厂内采用“卧拼法”试拼装，采用经纬仪控制桁架线型方便，施工现场采用全站仪对拱梁结合段进行多点定位，保证安装准确。