忽國奇

（運(yùn)城高速公路有限責(zé)任公司，山西 運(yùn)城 044000）

1 大橋概況

風(fēng)陵渡黃河公路特大橋位于山西省芮城縣風(fēng)陵渡鎮(zhèn)西王村東200m與陜西省潼關(guān)縣港口鎮(zhèn)七里村之間的河道上，是連接晉、陜、豫三省的重要交通樞紐，該橋于1994年11月建成通車。風(fēng)陵渡黃河特大橋全長1 409m，由主孔橋和邊孔橋組成，其中，主孔橋?yàn)榫趴缫宦?lián)，跨徑組成為87+7×114+87m，邊孔橋?yàn)槲蹇缫宦?lián)，跨徑組成5×87m，橋面凈寬13.0m。主孔橋上部結(jié)構(gòu)為三向預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，箱梁采用單箱單室截面，支點(diǎn)截面梁高6.5m，跨中截面梁高2.8m；箱梁底寬7.0m，全寬13.0m；頂板厚25 cm，梁底按二次拋物線變化，底板厚59～30 cm，肋板厚60～40 cm。施工方法采用掛藍(lán)懸澆工藝，九跨連續(xù)箱梁由8個(gè)在橋墩上按“T構(gòu)”用掛籃分段對稱懸臂澆筑的梁段、吊架澆筑的跨中合攏段及落地支架澆筑的邊跨梁段構(gòu)成；下部結(jié)構(gòu)為空心雙室等截面鋼筋混凝土薄壁橋墩，鋼筋混凝土輕型橋臺；主孔橋基礎(chǔ)為高樁承臺、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；支座采用大噸位盆式橡膠支座；伸縮縫為模數(shù)型伸縮縫裝置。原橋設(shè)計(jì)時(shí)采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)：汽車-超20級，掛-120級。

（2）人群荷載：3.5 kN/m2。

（3）設(shè)計(jì)洪水頻率：0.33%。

（4）地震基本烈度：Ⅷ度。

（5）設(shè)計(jì)通航標(biāo)準(zhǔn)：四級航道，凈高8m，凈寬44m。

2 主要加固措施

（1）在邊孔橋邊跨靠橋臺36.9m處增設(shè)橋墩，以改善邊中跨比，調(diào)整主梁受力狀況。

（2）由于主邊孔橋相連的過渡墩位于黃河主河槽內(nèi)，不能設(shè)置橋墩，因此，在過渡墩箱梁兩側(cè)新增4個(gè)鋼拱箱協(xié)同全橋統(tǒng)一變形，且不會(huì)因新增結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生其他問題。通過吊桿與梁下新增鋼桁架的連接，對箱梁施加提升力，防止日后再發(fā)生梁體下?lián)犀F(xiàn)象。主拱圈計(jì)算跨徑84.3m，拱腳與0#塊和箱梁端橫梁固結(jié)，形成鋼梁柔拱體系，計(jì)算矢高16.86m。每個(gè)拱圈上共設(shè)5對吊桿和一對系桿，吊桿間距15m，邊吊桿與拱腳間距離12.15m。吊桿下端采用鋼橫梁通過整體擠壓式錨與吊桿連接，防止梁體繼續(xù)下?lián)稀?/p>

（3）為了支撐增長0#塊與拱腳固結(jié)處傳來的豎向力，故在4#、5#、6#橋墩頂設(shè)置鋼托架，來抵御拱腳豎直力。此方案借助鋼箱拱提供外力，能很好地解決邊中跨比的問題，施工工期短、工藝簡便易行，對現(xiàn)行交通影響較小。

本橋主要加固工程鋼拱箱概貌見圖1。

圖1 風(fēng)陵渡大橋主要加固工程鋼拱箱概貌

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要分為鋼拱箱、吊桿錨固系統(tǒng)、鋼拱箱橫撐、鋼橫梁、支撐鋼架、托架等，主要材質(zhì)為Q345D和Q235，總重共計(jì)約802 t。

全橋共4片鋼拱箱，每片鋼拱箱劃分成7個(gè)小節(jié)段進(jìn)行制造，小節(jié)段單節(jié)重量為8.849～10.5 t。鋼拱箱采用等截面，截面尺寸為1 200mm×800mm；鋼拱箱長度為12.074～14.407m，鋼拱箱段總長92.651m；鋼拱箱橋位連接接口為全焊連接形式；吊桿錨固系統(tǒng)上端在箱拱上設(shè)置錨固構(gòu)造，下端在吊桿支撐鋼板上設(shè)置錨固構(gòu)造；鋼拱箱橫撐設(shè)置在鋼拱箱之間，左右兩拱之間設(shè)置3道橫撐，截面尺寸為800mm×800mm，長度為13.54m；鋼橫梁設(shè)置在混凝土梁下方，為槽鋼、H型鋼構(gòu)件組成的桁架，接頭間通過高強(qiáng)螺栓連接；墩處支撐鋼架為槽鋼、H型鋼構(gòu)件組成的桁架，在橋墩處通過錨栓與橋墩固結(jié)。

3 風(fēng)陵渡大橋加固工程的主要特點(diǎn)

（1）鋼拱箱、鋼拱箱橫撐均為箱形全焊結(jié)構(gòu)，鋼板多為中厚板，而且隅角焊縫、隔板與蓋腹板焊縫為全熔透焊縫。

（2）鋼拱箱采用全焊縫接頭，全方位焊接，焊縫復(fù)雜，焊接工作量大。

（3）吊桿錨固構(gòu)造空間較小，焊縫密集，錨點(diǎn)平面度要求高。

（4）支撐鋼架、橫梁均為高強(qiáng)螺栓連接結(jié)構(gòu)，孔群連接接頭較多。

4 關(guān)鍵工序及質(zhì)量控制

風(fēng)陵渡大橋加固鋼結(jié)構(gòu)工程中，鋼結(jié)構(gòu)制作的關(guān)鍵技術(shù)在于鋼構(gòu)件幾何尺寸精度的控制、焊接質(zhì)量的控制及防腐處理的控制。針對各部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、受力狀態(tài)、鋼結(jié)構(gòu)組裝及安裝裝配要求，現(xiàn)有以下幾項(xiàng)關(guān)鍵工藝項(xiàng)點(diǎn)，應(yīng)在制造中加以重點(diǎn)控制。

4.1 箱形拱肋、鋼拱箱橫梁桿件制造精度控制

鋼箱拱肋為等截面箱形桿件，且拱軸線處于懸連線上，整體組裝精度較難控制，故應(yīng)采取如下控制措施：

（1）針對該類桿件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)專用箱形組裝胎型，采用機(jī)械頂彎和火焰矯正相結(jié)合的方法來確保頂?shù)装宓墓岸?，同時(shí)調(diào)整板塊單元的組裝順序。

（2）箱形桿件隔板作為桿件組裝的內(nèi)胎，是控制桿件組裝精度的關(guān)鍵。因此，對隔板周邊全部采用機(jī)加工，根據(jù)焊接收縮情況確定工藝留量。

（3）對影響桿件箱口尺寸的腹板板塊采用先荒料對接，再采用放樣切割成形的施工方法，以確保鋼拱箱的組裝精度。

（4）在箱口部位設(shè)置臨時(shí)支撐，以控制箱口尺寸。

4.2 鋼橫梁、支撐鋼架、托架的制孔工藝

鋼橫梁為雙腹式桁架結(jié)構(gòu)。上下弦桿均為槽鋼拼接箱型，腹桿為“米”字形結(jié)構(gòu)，采用工字鋼連接，兩桁架之間采用工字鋼通過高強(qiáng)螺栓連接，上下弦桿均貼加強(qiáng)鋼板。

橫梁制造時(shí)，型鋼采用鋸切機(jī)下料，上下弦桿先拼接成箱形，然后再用數(shù)控鉆床進(jìn)行鉆孔，腹桿鋸切后劃線、鉆孔。鉆孔后，各構(gòu)件在平臺上進(jìn)行栓接，拼裝過程中要注意預(yù)拱度的設(shè)置，以滿足吊裝后的要求，當(dāng)有接頭不能滿足要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行配孔。支撐鋼架、托架形狀與鋼橫梁相似，制造過程同鋼橫梁。

4.3 鋼橫梁、支撐鋼架、托架組裝精度控制

鋼拱箱橫梁、支撐鋼架、托架是本項(xiàng)目加固工程的關(guān)鍵構(gòu)件，由于其結(jié)構(gòu)特殊、孔群復(fù)雜，故組裝精度控制是重點(diǎn)控制點(diǎn)之一，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：

（1）單元件幾何尺寸精度控制。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，主要單元件是縱梁、豎桿、斜桿和節(jié)點(diǎn)板。

縱梁由雙槽鋼及蓋板組焊成。首先，鋼板進(jìn)場復(fù)驗(yàn)合格后，采用滾板機(jī)滾板以消除內(nèi)應(yīng)力；對槽鋼進(jìn)行調(diào)直；在專用胎架上精密組裝；采用線能量較小的CO2氣體來保護(hù)半自動(dòng)焊接工藝，控制焊接變形；采用高精度的制孔工藝裝備，來保證孔群的精度。

豎桿、斜桿為工字型，下料前進(jìn)行調(diào)直，之后采用高精度的制孔工藝裝備，以保證孔群精度。節(jié)點(diǎn)板鋼板進(jìn)場復(fù)驗(yàn)合格后，采用滾板機(jī)滾板以消除內(nèi)應(yīng)力，數(shù)控下料，采用數(shù)控鉆孔為主，樣板鉆孔為輔的方法，以保證孔群精度。

（2）鋼拱箱橫梁、支撐鋼架、托架整體組裝精度控制。結(jié)合鋼拱箱橫梁、支撐鋼架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在地平臺上先將散件采用平面展轉(zhuǎn)法組裝成單片，之后再采用立體組裝的方法，組裝成整體桁架。組裝時(shí)，先組裝豎桿，再組裝斜桿。

4.4 鋼箱拱、鋼橫梁、支撐鋼架、托架等預(yù)拼裝質(zhì)量控制

預(yù)拼裝工藝是制造精度和橋位架設(shè)精度的聯(lián)系紐帶，是必不可少的一道重點(diǎn)工藝。為保證鋼箱拱、鋼橫梁、支撐鋼架、托架等構(gòu)件的整體線形及幾何尺寸，擬采取如下措施：

（1）預(yù)拼裝在專用的胎架上進(jìn)行，胎架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以確保試拼裝過程中不產(chǎn)生變形；試拼裝前，對胎架測平，確保試拼裝平面度的精度要求。

（2）預(yù)拼裝時(shí)，各單元均處于自由狀態(tài)進(jìn)行，以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，達(dá)到預(yù)拼裝的目的。

（3）每次定位下一節(jié)段鋼拱箱時(shí)，均需檢測預(yù)拼裝長度、拱度、鋼拱箱平面度、箱口對角線差等項(xiàng)點(diǎn)，以確保整體預(yù)拼裝精度。

（4）對于鋼橫梁、支撐鋼架、托架等桁架結(jié)構(gòu)，若整體尺寸滿足汽車運(yùn)輸要求，則先進(jìn)行涂裝作業(yè)，預(yù)拼裝后不解體，直接裝車運(yùn)抵現(xiàn)場。否則，先預(yù)拼裝后再涂裝。

4.5 鋼拱肋橋位架設(shè)控制

鋼拱肋為曲線形箱型結(jié)構(gòu)，橋位架設(shè)時(shí)，易產(chǎn)生彈性壓縮變形及環(huán)縫焊接收縮變形，從而影響拱肋成型曲線及豎向拉索角度位置。架設(shè)時(shí)，在支架上擺放就位，通過全站儀測量控制系統(tǒng)找正其接口空間位置，調(diào)整拱肋接口精確匹配，就位后，連接鋼拱箱節(jié)段構(gòu)成整體。