陶群英 劉德文 程 飛

新疆北新永固鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司 新疆 烏魯木齊 831400

1 工程簡介

新疆烏昌大道跨頭屯河大橋新建工程全長1 597 m。橋梁總長901.42 m，其中主橋長586.42 m，引橋長315 m。主橋為（71.07＋80＋71.07）m＋（71.07＋71.07）m＋（71.07＋80＋71.07）m＝586.42 m的三聯(lián)雙層鋼桁架橋（圖1），上層橋面至下層橋面總高7.3 m（設(shè)計道路中心線虛焦點處）。主桁為無豎桿的華倫桁式體系，分幅設(shè)計，標準節(jié)間距10 m。材質(zhì)Q345qE，節(jié)點板厚為35 mm和45 mm。主體工程總量25 000 t，總體工程用量28 000 t（附屬結(jié)構(gòu)3 000 t ）。

2 主橋技術(shù)特點

2.1 結(jié)構(gòu)特點

1）上下層橋面為正交異性橋面板結(jié)構(gòu)，橋面下設(shè)置橫梁，橫梁聯(lián)結(jié)左右弦桿。上下層橋面通過腹桿聯(lián)結(jié)（圖2）。

圖1 烏昌大道跨頭屯河大橋效果圖

圖2 桁架標準節(jié)點

2）本橋桁架采用無豎桿的華倫式體系，桁架上下軸線間距7.3 m，節(jié)間距為10 m，桁架面最大為18.37 m，板厚20～45 mm，上下2層的平均每延米質(zhì)量20 t左右，每個節(jié)間上下2層總質(zhì)量達到200 t。

2.2 施工技術(shù)措施

本橋所處位置為原烏昌快速路，在施工過程中，采用原橋址兩側(cè)進行交通分流。工程施工場地狹小，受交通影響；主體結(jié)構(gòu)施工工期為9個月，新疆地區(qū)的氣候條件可以滿足室外施工的時間只有6個月，工期較為緊張。因此，必須采用相應(yīng)技術(shù)措施解決這些問題。

2.2.1 結(jié)構(gòu)標準化

本橋設(shè)置有雙向0.5%縱坡，并設(shè)置豎曲線，根據(jù)設(shè)計圖紙，每個節(jié)點都不相同，均存在比較小的差別。利用桁架橋的設(shè)計特點，借鑒鐵路鋼桁架錯孔安裝的方案進行設(shè)計線形優(yōu)化：采用以直帶曲的方式進行節(jié)點優(yōu)化，通過在端口處加余量來保證以直帶曲所造成的弦桿處的張口。優(yōu)化后，桁架節(jié)點均為標準化節(jié)點，節(jié)點類型減少，同時正交異性橋面結(jié)構(gòu)和腹桿的類型同步減少。

2.2.2 模塊化裝配式施工

焊接桁架結(jié)構(gòu)采用的安裝方式，一般是先組裝桁架結(jié)構(gòu)面，保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，再進行桁架面之間的結(jié)構(gòu)裝焊，或者采用上下2層整體吊裝。本橋采用的是無豎桿的結(jié)構(gòu)，整體吊裝噸位較大，受地域和現(xiàn)場條件限制，實施難度較大；而若先組裝桁架面、后裝焊桁架面之間的結(jié)構(gòu)，則正交異性橋面板的焊接會造成整體焊接變形和殘余應(yīng)力較大。

經(jīng)綜合考慮后，我們將左右兩側(cè)的下弦桿、橫梁和橋面板單元件先組裝成一個大的吊裝分段（圖3、圖4），分段吊裝完成后再吊裝腹桿，然后整體吊裝上層結(jié)構(gòu)。其上下橋面結(jié)構(gòu)均為標準化分段模塊，可按照“搭積木”的方式依次進行吊裝作業(yè)。

圖3 吊裝分段組裝流程

圖4 橫梁定位與橋面定位組裝

3 主橋制作和安裝的原則性方案

將弦桿、腹桿單獨在場內(nèi)制造成構(gòu)件運輸至現(xiàn)場，橋面結(jié)構(gòu)劃分成橫梁單元件和橋面單元件（橋面單元件縱向劃分），橋面和橫梁單獨在內(nèi)場制造成單元件并運輸至現(xiàn)場，將左右兩側(cè)的下弦桿、橫梁和橋面板單元件先組裝成一個大的吊裝分段，分段吊裝完成后再吊裝腹桿，然后整體吊裝上層橋面板。

V形支墩處由于結(jié)構(gòu)噸位較大，單側(cè)弦桿接近120 t，難以形成整體結(jié)構(gòu)后吊裝，故一次性將下弦桿組裝成整體吊裝，下橋面結(jié)構(gòu)進行散裝，上橋面結(jié)構(gòu)整體吊裝。橋梁采用支架法架設(shè)，輔助結(jié)構(gòu)在內(nèi)場制造完成并運輸至現(xiàn)場安裝后吊裝。

4 主橋制作和安裝的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 結(jié)構(gòu)標準化

4.1.1 放樣

為保證精度，施工時充分利用CAD及Tekla軟件進行了工程建模放樣及深化設(shè)計。

4.1.2 降低施工難度

橋面板和橫梁現(xiàn)場散裝造成橋面板單元件與橫梁之間的焊縫為仰焊（橋面板與橫梁齒形板焊縫比較重要），焊接質(zhì)量不易控制。以往國內(nèi)大型橋梁的隔板主要有2種形式：整體隔板、分塊式隔板（隔板分成2塊，即隔板不與面板直接接觸，而是通過與橋面板上的齒形板搭接、對接或者T形連接）。

我們將橫隔板分成2塊，增加1道上翼緣，降低現(xiàn)場面板單元件組裝難度，并避免現(xiàn)場仰焊（圖5）。

圖5 隔板分塊示意

4.1.3 標準化技術(shù)

1）不考慮豎曲線和其他因素影響，按照水平狀態(tài)精確放樣各節(jié)點曲線，并將各弦桿精確放樣；精確確定各類弦桿的外形輪廓及軸線。

2）通過CAD精確放樣，確定上下弦桿軸線曲線。

3）在保證各弦桿節(jié)點中心點的高程、里程條件下，以水平狀態(tài)的下弦桿軸線擬合下弦桿軸線（曲線）；輕微調(diào)整弦桿軸線的水平角度，確保各弦桿端口錯邊控制在1 mm以內(nèi)。

4）判斷各下弦桿節(jié)點上的腹桿軸線與上弦桿軸線的交點，然后將標準上弦桿軸線與上弦桿軸線曲線擬合。

5）輕微調(diào)整上弦桿軸線，確保上弦桿端口錯邊以及與腹桿端口軸線偏差不大于1 mm。

6）在Tekla軟件中，根據(jù)擬合線形精確放出整個橋梁立體大樣，并適當調(diào)整軸線，確保端口錯邊量小于1 mm，保證腹桿軸線偏差不大于1 mm。

在弦桿軸線調(diào)整過程中，理論端口間間隙控制在8～12 mm。

由于實際放樣結(jié)果的弦桿長度不一致，故可以通過在余量端口統(tǒng)一余量長度來保證每根弦桿長度一致。

4.2 模塊式施工

通過放樣將弦桿、腹桿及橋面單元件優(yōu)化、標準化之后，弦桿、腹桿、橫梁類型及橋面板類型比較少，對生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制較好。

施工時，將左右兩側(cè)的下弦桿、橫梁和橋面板單元件組裝成一個大的吊裝分段，然后按照“搭積木”的方式依次進行吊裝作業(yè)（圖6）。

圖6 現(xiàn)場吊裝流程示意

控制要點：

1）下層橋面的支撐結(jié)構(gòu)必須保證在整個吊裝過程中不發(fā)生支架變形，并保證瞬時沖擊條件下的支架穩(wěn)定。

2）支架基礎(chǔ)（底部基礎(chǔ)為老路基）采用混凝土擴大基礎(chǔ)以保證不出現(xiàn)沉降。

3）上層支架在落梁時必須滿足支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并保證在瞬時沖擊情況下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

4）上層大安裝節(jié)段落架時要有專人指揮及觀察兩側(cè)，接近下降部位時，要緩緩對準已經(jīng)安裝完成節(jié)段的弦桿并注意控制待安裝節(jié)段弦桿另外一端的中心線以保證與支撐架橫梁上的控制線相重合（圖7）。

圖7 上層橋面吊裝

5）施工過程中加強支架變形和沉降觀測。

4.3 焊接變形控制措施

本橋焊接變形控制主要是弦桿、橋面板、橫梁組裝成整體時的焊接順序及上橋面大段吊裝后的焊接順序控制。

1）大段成型焊接順序：焊接板單元件間對接焊縫（采用單面焊雙面成型的焊接工藝）→焊接完畢后進行橋面整體變形矯正→焊接橋面單元件齒形板與橫梁的角焊縫（從中間向兩側(cè)對稱等速焊接）→焊接橫梁與弦桿的角焊縫→焊接橋面單元件與弦桿的角焊縫（下層結(jié)構(gòu)）或?qū)雍缚p（上層結(jié)構(gòu)）。

2）上層大段安裝焊接順序：焊接弦桿腹板對接焊縫→焊接弦桿頂?shù)装搴缚p→同時焊接橋面對接焊縫→精確定位腹桿，并焊接（兩側(cè)4根腹桿對稱等速）→焊接U肋及縱肋嵌補。

4.4 焊縫探傷的超聲時差衍射技術(shù)（TOFD）

鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計要求的熔透一級焊縫均需要進行超聲波＋射線探傷的無損檢測技術(shù)，以檢測焊縫的內(nèi)部質(zhì)量是否符合設(shè)計和規(guī)范要求。而射線探傷技術(shù)適用于探傷時，要求射線源周圍50 m內(nèi)不能有任何閑雜人員，避免被射線照射損傷身體健康的事件發(fā)生，而操作人員也要采取一定的防護措施才能保證安全。

在工廠內(nèi)進行射線探傷作業(yè)時，可以清場進行射線探傷作業(yè)。但在工地現(xiàn)場（頭屯河大橋），施工作業(yè)區(qū)20 m范圍內(nèi)兩邊均存在烏昌大道的臨時輔道，每天均有大量的車輛往返于烏魯木齊和昌吉之間，顯然焊縫的探傷作業(yè)采用射線是不可能的?；诖?，工地現(xiàn)場的焊縫探傷均采用超聲波＋TOFD（超聲時差衍射）探傷技術(shù)。此技術(shù)既保證了來往車輛上人員和施工現(xiàn)場人員的安全，又保證了鋼結(jié)構(gòu)和土建施工的正常進行。

5 結(jié)語

烏昌大道跨頭屯河大橋雙層鋼桁架橋是新疆標志性工程，其制作和安裝難度較大，技術(shù)含量高。雙層鋼桁架橋梁較多，采用的制作和安裝方式需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。本橋借鑒裝配式結(jié)構(gòu)的思路，將構(gòu)件標準化、模塊化，有效地降低施工難度，提高施工效率，保證施工質(zhì)量，為雙層鋼桁架橋的施工提供了另外一種思路和可能。