邵嘉兵 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引言

第一座雙層鋼桁拱橋?yàn)?867 年建于美國(guó)的Eads Bridge，橋梁為上承式鋼桁架拱橋，主要用于公路交通。由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有輕巧優(yōu)雅、抗風(fēng)性能好等特點(diǎn)，在后來(lái)的百年中得到快速發(fā)展，橋梁跨度也越來(lái)越大[1-2]。目前最大的鋼拱橋是重慶的朝天門(mén)大橋，該橋主跨達(dá)到552m。

鋼桁架拱橋的主要結(jié)構(gòu)分為鋼桁架、拱肋、橋面系、吊桿索及錨點(diǎn)，其中拱梁結(jié)合段是橋梁拱腳、拱肋和桁架結(jié)合部位，具有構(gòu)件單件體量大、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、連接桿件節(jié)點(diǎn)多、加工安裝精度要求高的特點(diǎn)，是鋼桁架拱橋施工的關(guān)鍵部位[3]。

1 工程概況

引江濟(jì)淮繁華大道橋?yàn)榘不帐?nèi)首座市政公路與地鐵軌道合建橋，主橋?yàn)榭缫瓭?jì)淮河道的雙層鋼桁架拱橋，采用153m 跨雙層鋼桁架拱橋方案。上層橋?qū)挾?7.5m，為城市雙向6 車(chē)道+地鐵。下層橋?qū)挾?6m，為雙向4車(chē)道+慢形系統(tǒng)，用鋼量達(dá)1.2 萬(wàn)t。其中拱梁結(jié)合段是該橋梁中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、連接節(jié)點(diǎn)最多的鋼構(gòu)件。單個(gè)拱梁結(jié)合段連接了6個(gè)鋼結(jié)構(gòu)桿件和2個(gè)橋面系，節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，連接方式有栓接和焊接，其中箱型主桁架為三面栓接一面焊接結(jié)構(gòu)，對(duì)桿件加工及安裝的精度要求非常高。

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)加工工藝采用CAD 進(jìn)行平面放樣，不能直觀地反映各個(gè)細(xì)節(jié)的尺寸。拱梁結(jié)合段拼裝時(shí)，由于零件大小不一，采用單一的焊接方式不能保證焊縫質(zhì)量及外觀，小構(gòu)件采用手工焊，但焊接效率低[4-6]，因此需要開(kāi)發(fā)出新型拱梁結(jié)合段的加工方法。

2 施工工藝流程

拱梁結(jié)合段結(jié)合BIM 技術(shù)在廠內(nèi)預(yù)制加工、現(xiàn)場(chǎng)吊裝的方法施工，各工序必須按照施工工藝流程進(jìn)行，具體施工流程為圖紙審核→BIM 建模→模型放樣→鋼材采購(gòu)→鋼材試驗(yàn)+鋼材預(yù)處理→下料、制作胎架→板單元加工→拱梁結(jié)合段單元胎架上拼裝→拱梁結(jié)合段單元焊接→焊縫檢驗(yàn)→拱梁結(jié)合段下胎架→打磨除銹+噴底漆、噴中間漆→噴面漆→運(yùn)輸→現(xiàn)場(chǎng)支架搭設(shè)→拱腳安裝→腹桿安裝→拱梁結(jié)合段吊裝→線型監(jiān)控調(diào)整→螺栓連接、橋面焊接→拱肋安裝。

3 雙層鋼桁梁橋拱梁結(jié)合段施工

3.1 拱梁結(jié)合段BIM建模

采用REVIT 軟件對(duì)鋼桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確建模，鋼材的下料及加工嚴(yán)格按照BIM 圖紙進(jìn)行，根據(jù)構(gòu)建大小設(shè)置加工余量，保證了鋼結(jié)構(gòu)加工及試拼裝的準(zhǔn)確，減少返工概率。

鋼桿件均采取單個(gè)桿件在專(zhuān)用胎架上制造工藝，桿件采用后孔法劃線鉆孔，拼接板均采用先孔法鉆孔。桿件制造完成后，單個(gè)桁面按輪次進(jìn)行試拼裝，在試拼裝工序完成桿件部分孔群的配鉆。拱梁結(jié)合段與鋼桁架一起進(jìn)行“臥拼法”試拼裝，試拼裝合格后進(jìn)行涂裝、發(fā)運(yùn)。

圖2 拱梁結(jié)合段三維立體示意圖

3.2 拱梁結(jié)合段廠內(nèi)加工制造

拱梁結(jié)合段以腹板在胎架面進(jìn)行制造，根據(jù)BIM 模型放樣，將鋼板組裝焊接，焊接好的桿件在胎架上試拼裝。

加工前對(duì)圖紙和零部件進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查零件的編號(hào)、外形尺寸、對(duì)角線、坡口等。拱梁結(jié)合段單元件在胎架上制作，豎板放在組裝平臺(tái)上，將節(jié)點(diǎn)板端與平臺(tái)上的端頭靠?？魁R，縱向基準(zhǔn)線對(duì)線合格后，在靠模四周的平臺(tái)上點(diǎn)焊模板進(jìn)行限位，組裝誤差在2mm 以?xún)?nèi)。

圖3 拱梁結(jié)合段拼裝

將橫隔板進(jìn)行對(duì)線組裝，控制橫隔板兩側(cè)與豎板結(jié)構(gòu)組裝線的位置，以控制橫隔板與豎板的組裝間隙，另一側(cè)豎板定位安裝，根據(jù)施工圖（節(jié)點(diǎn)板端與平臺(tái)上的端頭靠?？魁R）對(duì)線組裝，利用千斤頂和特制的C 形夾或葫蘆保證豎板的開(kāi)檔距離，靠模端豎板與限位塊密貼，以控制端口的外形尺寸。桁架箱內(nèi)焊接，在箱外焊接臨時(shí)吊耳，采用航車(chē)將梁段翻身，實(shí)現(xiàn)多角度焊接箱內(nèi)焊縫，箱內(nèi)手工除銹做油漆，多次翻身焊接按《焊接工藝規(guī)程》《焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》中的焊接要求，在弦桿組裝平臺(tái)或焊接胎架上進(jìn)行焊接。清除箱內(nèi)雜物、手工除銹做油漆，最后組裝接頭板、底板及節(jié)點(diǎn)加勁板，以節(jié)點(diǎn)板端為基準(zhǔn)，將桿件底板與靠模端頭對(duì)齊。

圖4 拱梁結(jié)合段焊接

桿件焊接完成后進(jìn)行測(cè)量和矯正，采用火焰矯正時(shí)溫度控制在600℃～800℃，嚴(yán)禁過(guò)燒、直接錘擊和水冷。桿件下胎架后打碼標(biāo)記、標(biāo)識(shí)。

3.3 拼接板鉆孔

鉆孔模板由模板加模套組成。模板上設(shè)有各方向定位槽，并劃線打樣沖標(biāo)記。模板的四邊均機(jī)加工平直，鉆模套安裝孔由數(shù)控鉆床、坐標(biāo)鏜床等加工，孔的位置度能達(dá)到精度要求。鉆模套采用工具鋼車(chē)制后淬火再精磨的加工工藝，能確保鉆孔時(shí)的高精度與耐磨性。

3.4 廠內(nèi)預(yù)拼裝

主橋鋼桁架采用“臥拼法”試拼裝，拱梁結(jié)合段（SA2）與拱腳（SE1、SE2）、相鄰梁段一起試拼裝，在試拼裝工序完成桿件部分孔群的配鉆。所有桿件平面全橋試拼裝，試拼裝合格后進(jìn)行涂裝、發(fā)運(yùn)。

圖5 鋼桁架試拼裝

3.5 拱梁結(jié)合段制孔

拱梁結(jié)合段與弦桿、腹桿采用螺栓連接，采用先試拼裝、再制孔的方式施工，為提高現(xiàn)場(chǎng)拼裝誤差容錯(cuò)率，采用在拱梁結(jié)合段上單邊制孔方法在廠內(nèi)制孔，腹桿在廠內(nèi)鉆定位孔，螺栓孔在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)制孔。

試拼裝過(guò)程中以拼接板配鉆桿件定位孔。試拼裝結(jié)束，桿件上鉆孔平臺(tái)，采用單孔群樣板接鉆豎板孔群，桿件翻身，采用單孔群樣板接鉆另一側(cè)豎板孔群。

3.6 拱梁結(jié)合段運(yùn)輸及安裝

①拱梁結(jié)合段運(yùn)輸

全橋共8 個(gè)拱梁結(jié)合段，結(jié)構(gòu)尺寸為1810mm×6465mm×12120mm，單個(gè)拱梁結(jié)合段最大重量85.3t，由于構(gòu)件超寬超重，廠內(nèi)采用運(yùn)梁車(chē)集中一次成隊(duì)運(yùn)輸，鋼梁采用鋼絲繩捆綁牢固，鋼梁及運(yùn)梁車(chē)尾部粘貼反光條。

②鋼桁架桿件吊裝

主橋鋼桁架及橋面系采用龍門(mén)吊進(jìn)行安裝，拱肋采用汽車(chē)吊上橋進(jìn)行安裝，采用BIM 三維動(dòng)畫(huà)模擬機(jī)械及鋼構(gòu)件站位，提前規(guī)劃交通導(dǎo)改，充分利用施工場(chǎng)地。鋼構(gòu)建臨時(shí)支墩及吊耳采用MIDAS 軟件進(jìn)行驗(yàn)算，符合安全規(guī)范設(shè)計(jì)要求。采用4 臺(tái)龍門(mén)吊配合汽車(chē)吊，按照順序依次吊裝下弦桿、腹板桿、橋面板、上弦桿。

③拱梁結(jié)合段現(xiàn)場(chǎng)連接

拱梁結(jié)合段連接節(jié)點(diǎn)較多，3 個(gè)腹桿節(jié)點(diǎn)均采用栓接連接，拱梁結(jié)合段上螺栓孔為廠內(nèi)制孔，腹桿上螺栓孔為現(xiàn)場(chǎng)制孔，采用拼接板連接，螺栓采用扭力扳手檢驗(yàn)扭力。兩個(gè)弦桿節(jié)點(diǎn)采用三面栓接一面焊接形式連接，栓接孔均為廠內(nèi)制孔，頂板為焊接，采用陶瓷墊片墊底，手工熔透焊焊接。拱肋結(jié)合部均采用焊接連接，手工熔透焊焊接。

3.7 安裝監(jiān)控測(cè)量控制方案

根據(jù)設(shè)計(jì)單位給定的坐標(biāo)和高程，對(duì)結(jié)合段定位、標(biāo)高及鋼構(gòu)件的定位軸線及標(biāo)高，再結(jié)合土建施工對(duì)基礎(chǔ)的中間測(cè)量確定施工測(cè)量控制點(diǎn)。結(jié)合段制造時(shí)在鋼構(gòu)件上標(biāo)記、標(biāo)識(shí)控制點(diǎn)位置。監(jiān)控單位在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置測(cè)量專(zhuān)班，全程監(jiān)控主桁架等鋼構(gòu)件的制造及安裝線型。

橋梁的施工監(jiān)控是一個(gè)計(jì)算→施工→量測(cè)→參數(shù)識(shí)別→誤差修正→預(yù)告→施工的循環(huán)過(guò)程。影響計(jì)算結(jié)果精度的因素很多，包括測(cè)量誤差、施工誤差、理論計(jì)算中的設(shè)計(jì)參數(shù)取值誤差，如彈性模量、徐變系數(shù)、施工荷載等。在保證測(cè)量精度和施工精度的前提下，設(shè)計(jì)參數(shù)的取值誤差可以隨著施工的進(jìn)行逐步得到修正。

圖6 拱肋結(jié)合段現(xiàn)場(chǎng)安裝

施工監(jiān)控按如下程序進(jìn)行，采用MIDAS CIVIL 計(jì)算程序，按各項(xiàng)參數(shù)的理論值或?qū)崪y(cè)值計(jì)算下一階段的施工監(jiān)控參數(shù)，如實(shí)測(cè)標(biāo)高、應(yīng)力變化、桿件變形等。按規(guī)定程序檢測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并輸入計(jì)算程序做跟蹤分析。比較理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的差別，分析出現(xiàn)偏差的原因，調(diào)整參數(shù)取值重新計(jì)算，縮小兩者的差別。按調(diào)整后的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算下一步驟的施工監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

3.8 施工安全保證

進(jìn)行高處作業(yè)施工，應(yīng)使用腳手架、平臺(tái)、梯子、防護(hù)圍欄、擋腳板、安全帶和安全網(wǎng)、警戒線等安全防護(hù)設(shè)施。高處作業(yè)安全防護(hù)設(shè)施的主要受力桿件必須通過(guò)力學(xué)計(jì)算滿(mǎn)足施工使用要求后搭設(shè)。

施焊地點(diǎn)潮濕時(shí)，焊工應(yīng)站在干燥的絕緣板或膠墊上作業(yè)，配合人員應(yīng)穿絕緣鞋或站在絕緣板上。絕緣鞋的絕緣情況應(yīng)定期檢查。

龍門(mén)吊安裝后經(jīng)驗(yàn)收合格，方可投入使用，嚴(yán)禁使用未經(jīng)驗(yàn)收或未通過(guò)驗(yàn)收的龍門(mén)吊。起重吊裝時(shí)，由專(zhuān)人統(tǒng)一指揮，鋼構(gòu)件下嚴(yán)禁站人。

鋼結(jié)構(gòu)分段內(nèi)部焊接作業(yè)時(shí)，為了減少有害氣體產(chǎn)生，應(yīng)選用質(zhì)量合格的焊條，焊接前清除焊件上的油污、鐵銹等，同時(shí)在分段端部設(shè)置足夠的抽氣扇，確保分段內(nèi)部焊接時(shí)空氣流通，煙塵及時(shí)排出。焊工及周?chē)┕と藛T應(yīng)配戴防塵毒口罩，減少煙塵吸入體內(nèi)。

3.9 施工質(zhì)量保證

鋼桁架總裝過(guò)程執(zhí)行“首制件三檢及監(jiān)檢”，各工序執(zhí)行“三檢制”，各工序自檢、互檢合格后，填寫(xiě)報(bào)檢單申請(qǐng)專(zhuān)檢人員進(jìn)行檢驗(yàn)，有監(jiān)檢要求的項(xiàng)目需經(jīng)監(jiān)檢合格后，方可流入下道工序。當(dāng)專(zhuān)檢人員簽署“合格”結(jié)論后，總裝單位才能將檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品移交下道工序作業(yè)。

在總裝、涂裝過(guò)程中注意保護(hù)好產(chǎn)品的識(shí)別標(biāo)記，下道工序施工者應(yīng)負(fù)責(zé)核對(duì)上道工序檢驗(yàn)/試驗(yàn)狀態(tài)的標(biāo)識(shí)（或記錄），對(duì)檢驗(yàn)狀態(tài)不明者不施工，并向生產(chǎn)部門(mén)反饋信息。

本工程采用的測(cè)量器具主要有GPS測(cè)量?jī)x、全站儀、激光經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等精密測(cè)量?jī)x器以及鋼尺、水平尺等量具。測(cè)量器具保證校準(zhǔn)合格并在校準(zhǔn)期內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用BIM 技術(shù)對(duì)拱梁結(jié)合段進(jìn)行三維建模，配合Auto CAD 對(duì)BIM 模型放樣結(jié)果進(jìn)行下料及加工，保證構(gòu)件下料和加工精度。

采用在拱梁結(jié)合段上焊接臨時(shí)吊耳方法，在胎架上多次翻身的方法，對(duì)拱梁結(jié)合段進(jìn)行廠內(nèi)焊接，焊縫均為平焊和立焊，克服了傳統(tǒng)仰焊質(zhì)量控制難、安全風(fēng)險(xiǎn)大的問(wèn)題。

在拱梁結(jié)合段試拼裝時(shí)桁架上均焊接了定位控制點(diǎn)，廠內(nèi)采用“臥拼法”試拼裝，采用經(jīng)緯儀控制桁架線型方便，施工現(xiàn)場(chǎng)采用全站儀對(duì)拱梁結(jié)合段進(jìn)行多點(diǎn)定位，保證安裝準(zhǔn)確。