金小勇 袁冬冬

（南通市交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，江蘇 南通 226000）

1 工程概況

新開北路通啟運(yùn)河大橋是南通開發(fā)區(qū)城市主干道上貫通南北的一個(gè)樞紐。所跨越的通啟運(yùn)河為五級(jí)航道，最低通航水位1.14m，通航凈寬45m，凈高5m。作為南通開發(fā)區(qū)標(biāo)志性建筑，方案設(shè)計(jì)時(shí)主橋采用有觀景平臺(tái)的斜靠下承式系桿拱鋼構(gòu)橋。橋梁全長(zhǎng)318m，其中主橋長(zhǎng)71.6m，主橋?qū)挾龋?1.5~53.5m。

拱圈結(jié)構(gòu)：主拱圈和斜拱圈斷面采用等邊三角形，在三角形的每個(gè)角上設(shè)置一根直徑Φ219的輔鋼管；等邊三角形內(nèi)設(shè)計(jì)一根直徑Φ1050主鋼管外切一層封面鋼板。拱軸線均采用二次拋物線。主拱矢跨比位為1/4，內(nèi)灌注C40補(bǔ)償收縮混凝土；斜拱矢跨比位為1/3.873。

吊桿：主拱吊桿設(shè)計(jì)選用成品的高強(qiáng)鋼絲索，間距為3m，錨固設(shè)計(jì)為帶球面支座的冷鑄墩頭錨，并在上下端設(shè)置防震圈。斜拱吊索設(shè)計(jì)選用成品的不銹鋼鋼絲繩，錨固設(shè)計(jì)為熱鑄錨。

橋面系：橋面系由鋼梁和混凝土面板組成。主系梁為箱形斷面，寬2m，高2.3m。

2 施工工藝流程

施工流程：鉆孔樁、鋼結(jié)構(gòu)加工制造→鋼梁及拱支架搭設(shè)→汽車吊安裝端橫梁及主拱座→浮吊安裝主梁→浮吊安裝橫梁、內(nèi)縱梁→浮吊安裝挑梁、外縱梁、端縱梁→拱支架的加高搭設(shè)→主拱安裝→斜拱安裝→橫系梁安裝→拱座灌漿→主拱灌漿→主梁及吊桿、系桿第一次張拉→橋面板架設(shè)→吊桿第二次張拉→橋面濕接縫、防撞攔桿施工→水平系桿第二次張拉→主梁、挑梁落架→吊桿第三次張拉調(diào)索→橋面鋪裝→成橋。

3 鋼結(jié)構(gòu)加工制造

3.1 材料準(zhǔn)備工作

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求選擇采用Q245D鋼材，其材料牌號(hào)，技術(shù)要求、試驗(yàn)方法符合《低合金高強(qiáng)度鋼》GB/T1591—2008的相關(guān)規(guī)定。焊條、焊絲、焊劑等焊接材料根據(jù)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)確定，選擇焊接材料應(yīng)符合圖紙及規(guī)范要求。焊接材料必須有出廠質(zhì)量證明，并在進(jìn)廠時(shí)按規(guī)范要求進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，并做好復(fù)驗(yàn)檢查記錄。

3.2 施工圖準(zhǔn)備工作

選用CAD軟件繪制鋼結(jié)構(gòu)施工下料圖，主要內(nèi)容包括：桿件施工圖、節(jié)段施工圖、預(yù)拼裝圖、胎架圖、材料明細(xì)表等。

3.3 焊接工藝評(píng)定

加工制造鋼結(jié)構(gòu)之前，先根據(jù)圖紙和規(guī)范進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，并編寫 《通啟運(yùn)河大橋焊接工藝評(píng)定任務(wù)書》，經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后編制焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)方案、焊接指導(dǎo)書，最終形成焊接工藝評(píng)定報(bào)告。

3.4 單元件的加工

鋼結(jié)構(gòu)所有板材在正式下料前均應(yīng)經(jīng)過預(yù)處理工序，經(jīng)過趕平軋制使得鋼板的變形和內(nèi)應(yīng)力消除，減少制造的變形。同時(shí)在鋼板的起吊、搬運(yùn)、堆放過程中，應(yīng)用磁力吊，保證板件平面度。下料時(shí)應(yīng)檢查鋼料的牌號(hào)、規(guī)格、質(zhì)量，對(duì)主要零部件要按《鋼板材料標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)移規(guī)定》進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使其具有可追溯性。下料后必須在明顯位置逐件打?qū)懝翁?hào)和零件號(hào)，加工過程中如有損失，須要及時(shí)做好移植。所有零件優(yōu)先采用精密切割下料，切割面質(zhì)量應(yīng)符合《制造規(guī)則》的要求。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件采用計(jì)算機(jī)等比例放樣，采用數(shù)控切割機(jī)精切下料。精切應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《火焰精密切割工藝守則》的規(guī)定，對(duì)采用數(shù)控切割機(jī)下料的首件，應(yīng)先用機(jī)床劃線驗(yàn)證程序的正確性，首件下料完成后，必須嚴(yán)格的檢驗(yàn)確認(rèn)，合格后方可繼續(xù)下料。

3.5 單元件的組裝

組裝前必須認(rèn)真核對(duì)零件編號(hào)、外形尺寸和坡口，檢查直線度、平面度等偏差符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后組裝。本工程焊接選擇埋弧自動(dòng)焊焊接。組裝均執(zhí)行首件工程制，首件成品經(jīng)檢查合格方可批量生產(chǎn)。

3.6 單元件的焊接

焊接工作應(yīng)盡量在室內(nèi)進(jìn)行，環(huán)境溫度不低于5℃，濕度大于80%時(shí)，應(yīng)采取預(yù)熱措施。組裝后24小時(shí)內(nèi)應(yīng)完成焊接。焊接前將待焊區(qū)域及兩側(cè)30mm內(nèi)的水分、氧化皮、底漆、浮銹、油污等有害物，打磨清理干凈露出金屬光澤。嚴(yán)禁在母材的焊接區(qū)域引弧。埋弧自動(dòng)焊焊接過程中不應(yīng)斷弧。多層焊接時(shí)，應(yīng)將前道焊縫的熔渣清除干凈，進(jìn)行無裂紋缺陷檢查后繼續(xù)施焊。焊接完成后焊接操作人員應(yīng)將焊縫編號(hào)、焊接規(guī)范參數(shù)、質(zhì)量狀況、施焊日期及焊工鋼印號(hào)作好記錄。

3.7 構(gòu)件的矯正

構(gòu)件矯正時(shí)環(huán)境溫度不宜低于5℃，冷矯角變形不得大于2%。矯正變形一般不允許人工錘擊，如局部變形不得已而用人工錘時(shí)應(yīng)加墊板，不得傷及鋼板表面。構(gòu)件變形不適合機(jī)械矯正時(shí)，可采用火焰矯正?；鹧娉C正應(yīng)在平臺(tái)上進(jìn)行，加熱溫度應(yīng)控制在600~800℃，嚴(yán)禁過燒。當(dāng)火焰矯正仍不能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用火焰機(jī)械聯(lián)合矯正的方法。利用簡(jiǎn)易矯形胎進(jìn)行矯正，矯形胎上設(shè)置卡、壓器具，在外力配合下實(shí)施火焰矯正。

3.8 構(gòu)件的預(yù)拼裝

為了保證所制造的節(jié)段現(xiàn)場(chǎng)組裝能滿足要求，減少工地合攏時(shí)的作業(yè)難度。構(gòu)件節(jié)段組裝完畢后必須按成橋線型匹配進(jìn)行檢查，如吊點(diǎn)位置及標(biāo)高的正確性，環(huán)縫接口的平齊、間隙的均勻性等，必要時(shí)加以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使之符合公差要求，并進(jìn)行標(biāo)識(shí)。預(yù)拼裝嚴(yán)格按照預(yù)拼裝工藝執(zhí)行，根據(jù)本橋吊裝線型給出的型值進(jìn)行測(cè)量控制。各構(gòu)件應(yīng)在自由狀態(tài)下對(duì)準(zhǔn)拼裝接口，進(jìn)行誤差矯正，逐個(gè)檢查構(gòu)件的尺寸、平直度及形狀等指標(biāo)。嚴(yán)禁采用錘打、搬扭等強(qiáng)制性方法使各節(jié)段接口、零部件強(qiáng)迫就位。

4 主橋臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)、施工

4.1 施工階段主橋結(jié)構(gòu)分析

依據(jù)《南通市新開北路通啟運(yùn)河大橋施工圖設(shè)計(jì)》對(duì)鋼主系梁、端橫梁、中橫梁、挑梁、縱梁、吊桿、體外索系桿、主拱肋、斜拱肋等構(gòu)件按梁?jiǎn)卧捎肕idas結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行施工階段的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。

4.2 臨時(shí)支墩基礎(chǔ)鋼管樁的設(shè)計(jì)

為滿足17.0m的通航要求，通航孔水中臨時(shí)支墩間距為21.0m。中支墩設(shè)置8φ600×10mm鋼管樁，鋼筋混凝土承臺(tái)尺寸為710×310×80cm；邊支墩鋼管樁設(shè)置為6φ600×10mm，鋼管樁上部設(shè)鋼筋混凝土承臺(tái)，其結(jié)構(gòu)尺寸為510×310×80cm。

4.3 臨時(shí)支墩鋼管拱支架的設(shè)計(jì)

為了安裝分段的鋼拱和鋼拱拱肋，在水中臨時(shí)支墩鋼筋混凝土承臺(tái)面上主系梁兩側(cè)設(shè)置鋼管支架，支架立柱為8φ400×10mm的鋼管，立柱間設(shè)置聯(lián)系梁，材料采用16#槽鋼，臨時(shí)支墩頂部采用鋼管設(shè)置結(jié)構(gòu)平臺(tái)。臨時(shí)支墩、拱支架設(shè)置時(shí)避開主系梁和縱梁。

4.4 通航孔鋼主系梁上導(dǎo)梁式鋼桁貝雷架梁

為了保證通航凈空高度及吊裝中橫梁和人行道側(cè)挑梁使用，在航道中間鋼主系梁兩側(cè)采用2榀一組鋼桁貝雷架梁，安裝完成后拆除。

4.5 通航孔人行道縱梁上導(dǎo)梁式鋼桁貝雷架梁

為了保證吊裝人行道側(cè)挑梁、安裝預(yù)制鋼筋混凝土橋面板使用的，人行道縱梁4榀一組鋼桁貝雷架梁，是待全橋施工完成后拆除。

4.6 主墩與臨時(shí)支墩間鋼主系梁下導(dǎo)梁式鋼桁貝雷架梁

為了保證吊裝和拼裝鋼主系梁、安裝中橫梁和人行道側(cè)挑梁，鋼主系梁下5榀一組鋼桁貝雷架梁，待全橋施工完成后拆除。

5 主梁、主拱、斜拱安裝

5.1 節(jié)段的劃分

為了滿足公路交通和水運(yùn)航道部門的要求，滿足設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)段總體結(jié)構(gòu)的要求，滿足現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備的工況要求。將200×230cm鋼主梁分成5段，靠近拱座節(jié)段長(zhǎng)度8.95m兩段、15.75m兩段和中間通航處22.2m一段。吊裝鋼主系梁最大重量為43.8t。中間通航孔22.2m長(zhǎng)鋼主系梁一次吊裝安置在水中臨時(shí)中支墩上，兩側(cè)鋼主系梁則安置在鋼桁貝雷架梁上進(jìn)行拼接。

經(jīng)過結(jié)構(gòu)受力的分拆研究及設(shè)計(jì)單位的確認(rèn)，主拱、斜拱都分成5節(jié)段。主拱靠近拱座的節(jié)段長(zhǎng)度為6.948m，中間三段分別為兩段17.418m，一段22.363m。斜拱靠近拱座的節(jié)段長(zhǎng)度為6.948m，中間三段分別為兩段17.912m，一段23.103m。拱肋節(jié)段運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后先將靠拱座的兩段拱肋焊接成一個(gè)整體，將拱肋分三個(gè)大節(jié)段進(jìn)行吊裝。最大吊裝重量為39.9t。

5.2 鋼結(jié)構(gòu)及拱肋安裝方案

由于通啟運(yùn)河大橋上部鋼結(jié)構(gòu)橋梁下跨通啟運(yùn)河，河道水面約60米寬，鋼結(jié)構(gòu)主梁長(zhǎng)度、自重比較大，主梁、主拱、斜拱不具備整體吊裝就位條件。因此，需在河道上設(shè)置臨時(shí)支墩安裝鋼管支架，架設(shè)臨時(shí)安裝用貝雷片桁架梁。將鋼主梁縱向劃分為若干個(gè)小節(jié)段，在支架上進(jìn)行逐段拼接安裝。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件和主梁節(jié)段的重量，主梁兩端的節(jié)段以70t汽吊為主150t浮吊為輔完成安裝，中間節(jié)段采用150t浮吊完成安裝，分段吊至跨河貝雷桁架上，然后就位至各預(yù)定位置，進(jìn)行裝配焊接固定。由于主副鋼管拱肋也是分段制作，運(yùn)輸至工地現(xiàn)場(chǎng)，然后進(jìn)行安裝、拼接、焊接成型的。因此，上部拱肋段也必須在臨時(shí)支架上進(jìn)行安裝施工，臨時(shí)支架為鋼管型鋼支架。

圖1 施工步驟示意圖

結(jié)構(gòu)安裝順序由下而上進(jìn)行，主梁、橫梁安裝、焊接固定后，進(jìn)行兩個(gè)主梁間縱橫梁安裝、焊接，待橋面骨架結(jié)構(gòu)形成整體后，搭設(shè)拱肋支架，完全主拱結(jié)構(gòu)安裝，并進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)后，緊接著進(jìn)行挑梁和邊縱梁的安裝、焊接，最后進(jìn)行斜拱的安裝。主梁、拱圈合攏是本橋施工的關(guān)鍵，關(guān)系到本橋結(jié)構(gòu)受力是否合理性，能否滿足設(shè)計(jì)要求。施工中應(yīng)重點(diǎn)控制結(jié)構(gòu)的線形、合攏段的長(zhǎng)度、合攏段施工的溫度、合攏段預(yù)設(shè)拱度、合攏段施焊前應(yīng)力的釋放。因?yàn)橹髁?、拱圈同為鋼結(jié)構(gòu)受溫度的影響較大，根據(jù)設(shè)計(jì)要求合攏溫度控制在18~22℃。因?yàn)橐归g溫差變化較小，一般將合攏時(shí)間定于夜間施工。主梁、主拱圈、斜拱圈合攏時(shí)必須四條焊同步進(jìn)行。

5.3 施工步驟圖

施工步驟示意圖如圖1所示。

結(jié)語(yǔ)

斜靠式系桿拱橋結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的加工安裝精度要求比較高。主梁、拱圈的線形及預(yù)拱度應(yīng)在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，由監(jiān)控單位建模復(fù)核計(jì)算后實(shí)施。嚴(yán)格控制合攏段的溫度，注意合攏前的應(yīng)力釋放。按設(shè)計(jì)要求的步驟進(jìn)行對(duì)稱張拉。工程完成根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行成橋后荷載試驗(yàn)，檢驗(yàn)橋梁受力情況。

[1]TB10212-98，鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].

[2]JTJ041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].