姜洪偉

（山東省公路設(shè)計(jì)咨詢有限公司，山東 濟(jì)南 250102）

1 引言

懸索橋作為目前大跨徑橋梁的首選橋型之一[1]，跨徑紀(jì)錄一直被刷新，整體結(jié)構(gòu)朝輕柔方向發(fā)展，鋼材的“輕質(zhì)高強(qiáng)”特性發(fā)揮的淋漓盡致。扁平鋼箱梁作為懸索橋常用的梁截面形式之一，所采用的技術(shù)相對成熟。王鵬飛、韓金鎖等[2，3]分別結(jié)合福建沙埕灣跨海大橋和福州長門特大橋詳細(xì)闡述了扁平流線型鋼箱梁的現(xiàn)代化制造工藝，具有借鑒意義。但由于這類加勁梁節(jié)段自重大，拼裝單元件多，焊接接縫多，拼裝精度要求高，導(dǎo)致單元件加工問題多，拼裝施工過程復(fù)雜，因此，其制造工藝仍需不斷優(yōu)化和改進(jìn)[4，5]。加工制造工藝從最初的人工焊接發(fā)展到現(xiàn)在的自動(dòng)化焊接，未來將引入人工智能，使其朝著更加智能化的方向發(fā)展，給鋼箱梁制造技術(shù)的發(fā)展帶來革命性的變化。

2 工程概況

重慶長壽長江二橋工程位于渝懷鐵路大橋下游1.85km、長壽長江一橋上游6.4km處。該工程北起化中大道轉(zhuǎn)盤以北390m 處，往南下穿化中轉(zhuǎn)盤，形成化中立交，并上跨川維鐵路支線，跨越長江后，上跨重鋼鐵路太陽頂隧道，在江南鋼城西南側(cè)與江南循環(huán)經(jīng)濟(jì)地塊道路形成重鋼立交，終點(diǎn)止于茶涪路支線交叉口，設(shè)計(jì)路線全長約3833m，并配套建設(shè)道路、排水、照明、交通標(biāo)識(shí)、綠化等附屬工程。大橋作為重慶市交通樞紐骨架路網(wǎng)“四縱線”中的跨江關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，也是重慶長壽國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要客貨運(yùn)通道，對長江兩岸經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)一步融合發(fā)展具有十分重要的意義。

大橋橋型采用雙塔單跨懸索橋，跨徑布置為（4×50+739+9×50）m，其中主橋?yàn)閼宜鳂?，橋?qū)?4.8m，橋面布置為1.9m（吊桿區(qū)）+2.5m（人行道）+12m（車行道）+2m（中央分隔帶）+12m（車行道）+2.5m（人行道）+1.9m（吊桿區(qū)），如圖1 所示。南北引橋采用混凝土連續(xù)梁，橋?qū)?1m。雙向六車道，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，道路等級(jí)為城市主干路，橋梁設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)。其中，鋼箱梁約1.216萬t。

圖1 加勁梁梁段斷面圖（mm）

3 施工梁段劃分

施工安排以確保節(jié)點(diǎn)工期為重點(diǎn)，合理配置資源和安排施工順序[6，7]，組織平行流水施工，按照“重點(diǎn)先行、分段展開、統(tǒng)籌規(guī)劃、均衡生產(chǎn)、突出難點(diǎn)、有序推進(jìn)”的原則組織施工，以確保實(shí)現(xiàn)階段性工期和總工期目標(biāo)。

根據(jù)本工程分布特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，本著統(tǒng)籌兼顧、均衡施工的原則，將工程劃分為廠內(nèi)制造、整節(jié)段運(yùn)輸及現(xiàn)場服務(wù)三個(gè)施工階段。廠內(nèi)制造主要包括鋼箱梁的下料、單元件預(yù)制、廠內(nèi)總拼、焊接以及涂裝。整節(jié)段運(yùn)輸主要包括鋼箱梁整節(jié)段吊裝、船舶運(yùn)輸至橋位指定位置、精確拋錨定位和起吊?，F(xiàn)場服務(wù)包括配合總包進(jìn)行鋼箱梁的焊接、栓接和涂裝工作等。

主橋加勁梁根據(jù)施工條件共劃分為62 個(gè)梁段，分別為56個(gè)12m標(biāo)準(zhǔn)段、2個(gè)12m合攏段、2個(gè)12.5m中央段和2個(gè)8.34m端梁段，見表1，相鄰加勁梁節(jié)段采用焊接連接，如圖2所示。

圖2 主梁布置立面圖及加勁梁梁段劃分圖（mm）

表1 主橋加勁梁梁段劃分

根據(jù)橋位現(xiàn)場梁段的安裝順序（由中間向兩端對稱施工，即S0→S26，S30→S28，S27為合攏段），工廠制造設(shè)置兩幅大拼胎架，以橋跨中心為基準(zhǔn)往兩側(cè)對稱制造，因此廠內(nèi)梁段連續(xù)拼裝全橋共分為6輪次，詳見表2。

表2 主橋加勁梁安裝輪次劃分

4 加筋梁制造拼裝工藝

主跨加勁梁采用單箱單室封閉鋼箱梁結(jié)構(gòu)，外形為扁平流線形，橋面板、橋底板均為正交異性板。每個(gè)節(jié)段均包含頂板、平底板、斜底板、腹板、橫隔板以及風(fēng)嘴等部分，通過焊接連接的方式進(jìn)行拼裝而成，如圖3所示。

圖3 加勁梁梁段構(gòu)造圖

梁段整體組裝與焊接是整個(gè)鋼箱梁制造的關(guān)鍵[8]，其工藝的合理與否直接關(guān)系著鋼箱梁的制造質(zhì)量和進(jìn)度，因此，在充分借鑒以往鋼箱梁制作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，梁段整體組裝采用立體、由內(nèi)向外推進(jìn)的方式生產(chǎn)，按“正裝法”進(jìn)行組焊，即以總拼胎架為外胎，以橫隔板為內(nèi)胎，依次組焊梁段的底板單元件、斜底板單元件、橫隔板單元件、腹板單元件、頂板單元件、風(fēng)嘴單元件及其它零部件，從而在胎架上形成整個(gè)梁段。

4.1 組裝胎架的制造

4.1.1 總拼胎架的制作

鋼箱梁的拼裝是以專用胎架為建造平臺(tái)和以底板外表面為建造基面進(jìn)行的。其中，專用胎架一般采用線形胎架，并要求胎架有足夠的強(qiáng)度和剛度，具體流程如下：

①根據(jù)鋼橋設(shè)計(jì)線形、預(yù)拱度、豎曲線、橫坡、縱坡等因素疊加設(shè)計(jì)總拼胎架，并將橋梁控制點(diǎn)、系統(tǒng)線進(jìn)行放樣。

②按照工藝圖，在硬化地面上對鋼橋的控制點(diǎn)、系統(tǒng)線進(jìn)行放線，并在硬化地面上對鋼橋的制造線型進(jìn)行放線。

③按照圖紙和地樣線搭設(shè)胎架，胎架的標(biāo)高（控制梁底線形）采用水平儀控制。

為確保加勁梁外輪廓尺寸及部件位置的準(zhǔn)確性[9]，在結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)多組鋼架式梁段總拼胎架。胎架高度1.2m，寬度34.8m，包括立柱、縱梁、橫梁及支撐板等構(gòu)件，能夠一次拼裝5個(gè)梁段，實(shí)施“4+1”模式進(jìn)行總拼，可一次性完成4個(gè)節(jié)段和匹配節(jié)段的制作。

總拼胎架每道橫隔板處設(shè)置一道由型鋼制成的橫梁，并通過縱向連梁將相鄰橫梁形成框架，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。此外，橫梁下設(shè)置若干根將鋼箱梁荷載傳遞至胎架基礎(chǔ)的豎向鋼立柱；橫梁上設(shè)置若干支撐板，支撐板頂以鋼箱梁的底板、腹板外形為基準(zhǔn)面設(shè)置，保證鋼箱梁的拼裝要求。

4.1.2 總拼胎架的檢測

鋼箱梁總拼胎架制作完成后，必須經(jīng)過全面檢測合格，并經(jīng)監(jiān)理工程師復(fù)檢批準(zhǔn)后方可投入使用。每輪鋼箱梁總拼前，應(yīng)對胎架的精度復(fù)檢一次，發(fā)現(xiàn)不合格部位必須經(jīng)過整改后才可進(jìn)行總拼作業(yè)。

4.2 鋼箱梁總拼作業(yè)

板單元及其他零件制造完成后，總裝場地按縱、橫基線就位，并采用“正裝法”進(jìn)行梁段連續(xù)匹配組焊和預(yù)拼裝[10]。各單元件制作經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行總拼，同時(shí)清除干凈其邊緣、孔邊飛刺、電焊熔渣及飛濺?？偲醋鳂I(yè)詳細(xì)流程如下：

①在組拼胎架內(nèi)將多塊底板單元組拼焊接成整體底板單元。

②按基線對橫隔板單元、腹板單元、風(fēng)嘴隔板單元以及內(nèi)部加勁肋進(jìn)行組裝。

③完成內(nèi)部焊縫的焊接工作并經(jīng)檢測合格后，進(jìn)行抗風(fēng)支座連接螺栓孔的劃線和制孔工作，安裝封嘴內(nèi)的水槽。

④水槽焊接完成后，從橋中線向兩側(cè)依次對稱安裝頂板單元并完成焊接工作。

⑤安裝風(fēng)嘴斜頂板單元并焊接。

⑥首節(jié)段焊接完成后經(jīng)檢測合格，報(bào)監(jiān)理、發(fā)包方、業(yè)主進(jìn)行首節(jié)段驗(yàn)收。按同樣的方法安裝后續(xù)梁段，并完成焊接工作。

⑦首輪次焊接完成后經(jīng)檢測合格，報(bào)監(jiān)理、發(fā)包方、業(yè)主進(jìn)行首輪次鋼箱梁的驗(yàn)收。經(jīng)檢測合格后安裝節(jié)段間的臨時(shí)匹配件、制作各節(jié)段的臨時(shí)吊點(diǎn)連接螺栓孔并安裝臨時(shí)吊點(diǎn)。留下匹配母梁，其他節(jié)段脫胎轉(zhuǎn)涂裝工序。

⑧根據(jù)總拼圖紙要求，對每個(gè)節(jié)段進(jìn)行逐個(gè)拼裝，經(jīng)檢驗(yàn)和調(diào)整合格后，再進(jìn)行下一節(jié)段拼裝。

⑨總拼完成后，對各節(jié)段逐一編號(hào)。

⑩總拼結(jié)果應(yīng)有詳細(xì)的檢查驗(yàn)收記錄，包括局部和總體尺寸、對角線尺寸、拼裝間距、撓度平曲線型及組裝過程情況等，合格后方可出廠。

4.3 總拼過程中停止點(diǎn)的設(shè)置

鋼箱梁在制造過程中，為保證鋼箱梁的制造質(zhì)量，在不同的拼裝階段設(shè)置相應(yīng)的停止點(diǎn)[11]，檢查矯正合格后方可進(jìn)行下一步工序。本橋鋼箱梁在總拼施工中共設(shè)置三處停止點(diǎn)，具體的停止點(diǎn)設(shè)置情況如下：

①第一停止點(diǎn)：斜底板與底板單元焊接完畢后，必須根據(jù)地樣線按圖4進(jìn)行檢查并核對標(biāo)高，檢查合格后斜底板必須與胎架支撐點(diǎn)固焊。特別是注意觀測斜底板與底板對接收縮值，及時(shí)反饋加以調(diào)整。

圖4 鋼箱梁橫向第一停止點(diǎn)檢查示意圖（mm）

②第二停止點(diǎn)：待錨腹板組裝完畢后，必須按圖5檢查腹板是否與地樣線重合，吊點(diǎn)是否與吊點(diǎn)橫基線一致，并核對相應(yīng)標(biāo)高是否滿足要求，著重檢查橫坡、吊點(diǎn)標(biāo)高，檢查合格后方可進(jìn)行后續(xù)焊接。

圖5 鋼箱梁橫向第二停止點(diǎn)檢查示意圖（mm）

③第三停止點(diǎn)：待以上單元件之間焊接完畢后，必須按圖6檢查邊腹板焊后是否與地樣線重合，并核對相應(yīng)標(biāo)高是否滿足要求，著重檢查橫坡、吊點(diǎn)標(biāo)高，檢查合格后方可進(jìn)行下一步。

圖6 鋼箱梁橫向第三停止點(diǎn)檢查示意圖（mm）

5 加勁梁制造重難點(diǎn)分析

①鋼箱梁線型較復(fù)雜，設(shè)置了豎曲線。主橋鋼箱梁自重、鋼箱梁上部、檢查設(shè)備等構(gòu)件重量以及主纜索力均會(huì)對鋼箱梁線形造成影響[12]。因此，施工時(shí)充分考慮這些因素對箱梁線形的影響并加以合理控制是本橋的施工難點(diǎn)。

②鋼箱梁在支座處設(shè)計(jì)緊湊，具有空間小、構(gòu)件多、質(zhì)量要求高、焊接熱變形大等特點(diǎn)，此處的焊接質(zhì)量控制和變形控制為本橋的施工難點(diǎn)。

③加勁梁架設(shè)采用纜索吊機(jī)對整節(jié)段進(jìn)行吊裝，對加勁梁橫斷面的尺寸精度要求高，對錨固系統(tǒng)的安裝精度要求高。因此，控制加勁梁橫斷面尺寸和錨固系統(tǒng)的安裝精度是本橋的施工重點(diǎn)。

④加勁梁吊點(diǎn)處結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)成剛性極大的封閉體，焊縫密集，縱橫交叉，拘束應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力以及不連續(xù)焊接造成應(yīng)力集中，應(yīng)力狀況非常復(fù)雜，消除這些應(yīng)力對加勁梁的影響也是難點(diǎn)。

⑤端梁下部抗風(fēng)支座采用螺栓連接，定位精度要求高，準(zhǔn)確定位抗風(fēng)支座的位置、降低累計(jì)誤差是施工的難點(diǎn)。

⑥加勁梁現(xiàn)場拼接時(shí)，頂板U肋間的連接為螺栓連接，這對螺栓孔的定位精度要求高，因此需嚴(yán)格控制。

⑧由于底板厚度較薄，存放過程中容易產(chǎn)生變形。因此，場內(nèi)堆放支點(diǎn)應(yīng)與橫隔板下的存梁支點(diǎn)加勁處位置保持一致，并應(yīng)盡量避免出現(xiàn)偏載情況而造成各支點(diǎn)受力不均勻。運(yùn)輸裝船采用雙層存放，梁體與船體支撐間、梁體與梁體間適當(dāng)增加木塊數(shù)量，確保在運(yùn)輸過程中鋼箱梁不產(chǎn)生變形。

6 結(jié)語

寬截面鋼箱梁是懸索橋加勁梁的常用形式之一，其加工制造質(zhì)量將影響整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，因此，應(yīng)根據(jù)質(zhì)量要求嚴(yán)格控制頂板、斜底板、平底板、腹板、橫隔板以及U 肋等部位的加工工藝，確保加工質(zhì)量。

本文對重慶長壽長江二橋鋼箱梁的胎架制作和總拼制作過程進(jìn)行了總結(jié)，并對制作中的重難點(diǎn)進(jìn)行了分析。通過采用“正裝法”組焊和“4+1”模式的預(yù)拼裝，能夠確保梁段整體組裝與焊接的質(zhì)量和加勁梁外輪廓尺寸及部件位置的準(zhǔn)確性，確保單元件間和梁段間的拼接精度，使大橋的成橋線形和結(jié)構(gòu)受力滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量控制目的。針對加勁梁制作過程中的重難點(diǎn)采取相應(yīng)的技術(shù)手段，確保了設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性和施工質(zhì)量的可控性，可為國內(nèi)同類橋梁的建設(shè)提供參考。