馬開(kāi)峰

（陜西重型機(jī)械制造有限公司 陜西 西安 710032）

1 工程概述

神州大橋位于天山-陰山東西向復(fù)雜構(gòu)造帶的中段，及阿拉善弧形構(gòu)造的內(nèi)側(cè)，屬于繼承性斷陷復(fù)合盆地。橋梁起點(diǎn)樁號(hào)K1+715,終點(diǎn)樁號(hào)K1+863，全長(zhǎng)148米，主橋?yàn)?0米跨單塔雙索面無(wú)背索斜拉橋，引橋?yàn)?×30米連續(xù)箱梁，全橋結(jié)構(gòu)連續(xù)。主塔采用鋼箱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部灌微膨脹混凝土，主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，斜拉索采用高強(qiáng)度平行鋼絲索。

箱梁采用支架現(xiàn)澆的施工方法，橫斷面為等截面單箱三室，頂板寬18米，底板寬13.8米，梁中心高1.8米，翼緣板懸臂長(zhǎng)2.1米，邊腹板厚90cm，中腹板厚40cm，頂?shù)装寰?2cm，在腹板與頂、底板交匯處均設(shè)倒角，與頂板交匯處倒角60×30cm，與底板交匯處倒角30×20cm。箱內(nèi)橫梁按照功能不同分為厚35cm的拉索橫梁、厚250cm的引橋墩橫梁、厚250cm的引橋頂橫梁、厚300cm的塔根大橫梁及100cm和144cm的橋臺(tái)端橫梁。

主引橋箱梁橫斷面相同，縱向?yàn)槿珮蚪Y(jié)構(gòu)連續(xù)，連續(xù)箱梁在腹板上設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力束，預(yù)應(yīng)力束通長(zhǎng)布置，采用連續(xù)器接長(zhǎng)。在拉索橫梁下緣區(qū)域設(shè)置橫梁預(yù)應(yīng)力束。見(jiàn)圖1。

圖1 神州大橋整體結(jié)構(gòu)示意圖（單位為：厘米）

2 鋼索塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

鋼索塔橫橋向豎立面為半橢圓弧門(mén)形塔，塔縱橋向背向黑河傾斜，與水平線(xiàn)傾斜58度夾角。鋼索塔垂直高度42米，順著塔方向高49.526米。順橋向?qū)挾葹榈葘?.0米，下部與承臺(tái)面成銳角，側(cè)設(shè)半徑5.6米的圓弧倒角；橫橋向?yàn)樽兘孛?，在承臺(tái)頂面處寬度為3.0米，塔頂寬度為1.8米。

為了保證鋼索塔與承臺(tái)連接的可靠性，塔柱底部與承臺(tái)頂預(yù)埋鋼板熔透焊接，承臺(tái)的主鋼筋伸入塔柱，鋼索塔內(nèi)表面焊有剪力釘。

鋼索塔的一個(gè)塔柱分四個(gè)節(jié)段，第一節(jié)段長(zhǎng)13.041米，第二、三節(jié)段長(zhǎng)15.0米，第四節(jié)段長(zhǎng)7.734米，其中第一節(jié)段在直線(xiàn)上，其余三個(gè)節(jié)段在橢圓曲線(xiàn)上。第三、第四節(jié)段上分別有5個(gè)和2個(gè)斜拉索錨箱，即每個(gè)塔柱有7個(gè)錨箱。

節(jié)段的橫截面尺寸為4×3-4×1.8米，斷面上除四周帶有加勁肋的壁板外，在第四和第三節(jié)段塔箱內(nèi)還設(shè)有兩道腹板，即第一和第二節(jié)段為單箱單室結(jié)構(gòu)，第三和第四節(jié)段為單箱三室結(jié)構(gòu)。壁板的厚度分兩種，面向黑河的壁板25mm，第三第四節(jié)段面向橋岸壁板為25mm，其余壁板厚度都為16mm，壁板和腹板上加勁肋的規(guī)格統(tǒng)一為12×180mm。

節(jié)段上設(shè)置橫隔板或橫肋板，間距1.5米。橫隔板和橫肋板厚12mm，其加勁肋厚10mm。

鋼索塔的材料采用Q345qC（GB/T714-2000）,總重量近410噸。鋼索塔是整個(gè)橋梁的關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高，是整橋制造的關(guān)鍵。鋼索塔詳圖如圖2。

圖2

3 鋼索塔制造的難點(diǎn)

按照鋼索塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其制作的尺寸要求，在制作過(guò)程中需控制以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

3.1 幾何尺寸精度的控制

由于構(gòu)件相互連接處尺寸公差要求高，特別是分段之間尺寸公差的控制尤其困難。而且各分段板厚較大，構(gòu)件尺寸長(zhǎng)、大，焊接質(zhì)量要求高，焊接變形大，構(gòu)件精度不易控制。采取如下控制措施：

3.1.1 認(rèn)真分析分段構(gòu)件的變形規(guī)律，通過(guò)焊接變形試驗(yàn)確定焊接變形量的大小，以確定采取反變形措施；

3.1.2 采取理論計(jì)算與模擬試驗(yàn)相結(jié)合的方法確定各焊縫預(yù)留的焊接收縮量，并在生產(chǎn)過(guò)程中跟蹤測(cè)量，及時(shí)修正，板單元預(yù)留焊接收縮補(bǔ)償量如表1。

表1

3.1.3 對(duì)零件下料、坡口加工、分段構(gòu)件整體組裝等生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格把關(guān)，并采取合理的焊接方法、優(yōu)化焊接順序并在專(zhuān)用平臺(tái)上焊接等措施，控制焊接變形。

3.2 焊接質(zhì)量控制

鋼索塔的壁板接料焊縫、整體組裝四角焊縫等處極易產(chǎn)生裂紋，對(duì)其焊接質(zhì)量的控制是焊接工藝的關(guān)鍵。采取以下措施：

3.2.1 根據(jù)不同接頭形式，分別進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，確定焊接方法、焊接設(shè)備、焊接材料、焊接工藝參數(shù)、焊接順序、坡口形式等。四條主焊縫必須同向焊接；內(nèi)部加勁肋焊縫必須對(duì)稱(chēng)焊接；由于箱體截面尺寸較大容易變形，在箱體內(nèi)部焊接前，加工藝支撐；檢測(cè)箱體寬度、高度、對(duì)角線(xiàn)差、扭曲、水平立向彎曲等應(yīng)符合工藝要求；

3.2.2 按照焊接試驗(yàn)結(jié)果編制合理的焊接工藝，設(shè)計(jì)保證焊接質(zhì)量和便于控制焊接變形的工藝裝備，確保焊接工藝的有效實(shí)現(xiàn)和焊接變形的有效控制；

圖3 典型橫隔板圖及工藝流程圖

3.2.3 編制關(guān)鍵焊縫的質(zhì)量控制計(jì)劃。從原材料的復(fù)驗(yàn)、下料、拼裝、焊接、探傷等生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格把關(guān)。

4 典型零件的制造流程

4.1 橫隔板的制造

橫隔板是鋼索塔的關(guān)鍵零部件，是保證鋼索塔截面尺寸的重要部件，采用精密切割下料，保證長(zhǎng)度、寬度、對(duì)角線(xiàn)尺寸差滿(mǎn)足工藝要求。其工藝流程如圖3。

4.2 壁板的制造

壁板是鋼索塔箱型結(jié)構(gòu)的外圍板，是整個(gè)鋼索塔的重要部件，其尺寸及拼接焊縫質(zhì)量的好壞關(guān)系著整個(gè)鋼索塔的質(zhì)量。其典型結(jié)構(gòu)及工藝流程如下圖4。

圖4 典型壁板圖及工藝流程圖

5 鋼索塔節(jié)段的制造

鋼索塔整個(gè)由8節(jié)段組成，左右兩側(cè)每?jī)晒?jié)對(duì)稱(chēng)，總共8節(jié)段發(fā)現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)。

5.1 T1,T2節(jié)段在拼好的平臺(tái)上進(jìn)行組裝，組裝時(shí)以壁板作基準(zhǔn)組對(duì)橫隔板、橫肋板、縱向加勁肋、前后側(cè)板、另一壁板使其成整體，并在端口加井字形工藝支撐，測(cè)量外形尺寸及對(duì)角線(xiàn)尺寸應(yīng)符合工藝要求。組對(duì)過(guò)程見(jiàn)照片。

5.2 T3,T4節(jié)段在拼好的組裝胎具上進(jìn)行組裝，組裝時(shí)以側(cè)板作基準(zhǔn)組對(duì)橫隔板、縱向加勁肋、前后壁板、橫肋板、兩個(gè)中腹板、橫肋板、錨固箱、另一側(cè)板使其成整體，并在端口加井字形工藝支撐，測(cè)量外形尺寸及對(duì)角線(xiàn)尺寸應(yīng)符合工藝要求。組對(duì)過(guò)程見(jiàn)照片。

6 整體試拼裝

為了確保鋼索塔現(xiàn)場(chǎng)的安裝質(zhì)量，檢查各節(jié)段的尺寸狀況，結(jié)合廠(chǎng)內(nèi)場(chǎng)地情況，我們對(duì)整個(gè)鋼索塔分兩部分進(jìn)行了試拼裝。如圖5所示。

圖5

第一步，試拼時(shí)按圖五左側(cè)先拼T1-T2-T3-T4-T4五塊，墊支平整后測(cè)量各種尺寸，應(yīng)符合圖紙及工藝文件的規(guī)定。第二步按圖五右側(cè)拼T4-T4-T3-T2-T1五塊，同樣墊支平整后測(cè)量各種尺寸，應(yīng)符合圖紙及工藝文件的規(guī)定。需要注意的是T4-T4兩塊必須參與試拼兩次。只有這樣才能保證整體配合尺寸。

7 現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)及吊裝

7.1 現(xiàn)場(chǎng)支架搭設(shè)

鋼索塔第一節(jié)重量52.4077噸，第二節(jié)重45.49噸，第三節(jié)重66.784噸，第四節(jié)重39.14噸，鋼索塔安裝采用汽車(chē)起重機(jī)起吊，采用鋼管支架對(duì)鋼索塔進(jìn)行臨時(shí)支撐（臨時(shí)支撐支架設(shè)計(jì)如圖），立撐采用∮273×8，橫連桿采用槽鋼22a。立撐頂平放橫梁，橫梁采用雙拼槽鋼24，每側(cè)寬出鋼管50cm，在鋼索塔底端連接梯形箱體楔塊，采用 M16螺栓連接，楔塊下加工高34cm鋼板箱，以便鋼索塔臨時(shí)微調(diào)。立柱底端基礎(chǔ)采用擴(kuò)大C25混凝土基礎(chǔ)，混凝土底鋪設(shè)30cm厚三七灰土墊層，四邊各寬出基礎(chǔ)20cm，鋼索塔立柱設(shè)計(jì)高度37.8564米，最低10.0804米，根據(jù)每節(jié)重心布設(shè)鋼管支架位置。第一節(jié)不設(shè)鋼管支架，塔架在高16米與28.5米處順橋向。橫橋向設(shè)置鋼絲風(fēng)纜繩，以抵抗橫向風(fēng)力。根據(jù)鋼管立柱平面坐標(biāo)，采用全站儀對(duì)鋼管支架精確放線(xiàn)，并控制設(shè)計(jì)高度。鋼索塔支架加工誤差控制在3mm以?xún)?nèi)。如圖6及照片所示。

圖6

圖7

7.2 吊裝工藝方法

施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆氛架?chē)位置暢通無(wú)障礙，地面平整。支車(chē)位置地耐力不小于8t/m2。塔柱第一節(jié)段、第二節(jié)段采用160噸汽車(chē)吊單機(jī)主吊、35噸汽車(chē)吊尾部調(diào)整吊裝就位；塔柱第三、第四節(jié)段采用160噸汽車(chē)吊和200噸汽車(chē)吊雙機(jī)抬吊就位。如圖為第三、第四節(jié)段吊裝吊車(chē)站位示意圖。

7.3 現(xiàn)場(chǎng)焊接

現(xiàn)場(chǎng)焊接全部采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行，內(nèi)側(cè)焊完后，外側(cè)碳弧氣刨清根后再焊，焊接工藝規(guī)范參數(shù)按照工藝規(guī)定進(jìn)行。現(xiàn)場(chǎng)最后一道焊縫焊前應(yīng)檢查錯(cuò)邊量，滿(mǎn)足要求后方可焊接。因?yàn)闃蛄核诘販夭畲?，兩個(gè)鋼索塔柱日照方向不同，變形不一致，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)T4-T4之間最大錯(cuò)邊量達(dá)60mm，因此這道焊縫只有等兩邊日照一致時(shí)，錯(cuò)變量滿(mǎn)足要求后，突擊焊接，這一點(diǎn)是必須注意的。

8 結(jié)束語(yǔ)

鋼索塔通過(guò)按照以上工藝制造和安裝，取得了滿(mǎn)意效果。為類(lèi)似橋梁鋼索塔制造積累了經(jīng)驗(yàn)。該項(xiàng)目獲得國(guó)家建筑質(zhì)量“魯班獎(jiǎng)”。

［1］焊接手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

［2］GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［3］GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

［4］鋼結(jié)構(gòu)[J].2010（4）.