重慶菜園壩長(zhǎng)江大橋鋼桁梁整體節(jié)段施工技術(shù)

1、重慶菜園壩長(zhǎng)江大橋鋼桁梁整體節(jié)段施工技術(shù)李德坤 李興華 涂滿明 魏善平(中鐵大橋局集團(tuán)菜園壩大橋有限公司 重慶 400020)摘 要 介紹了重慶菜園壩長(zhǎng)江大橋正交異性橋面板整體節(jié)點(diǎn)鋼桁梁設(shè)計(jì)、施工的新理念，并對(duì)鋼桁梁整體施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，總結(jié)了鋼桁梁工廠組拼、整體節(jié)段運(yùn)輸、吊裝、現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接拼裝等工藝措施及要點(diǎn)。關(guān)鍵詞 鋼桁梁 施工 技術(shù)1 工程概況重慶菜園壩長(zhǎng)江大橋?yàn)樘卮蠊墐捎脽o(wú)推力鋼箱系桿拱橋，主橋采用剛構(gòu)與提籃式鋼箱系桿拱、鋼桁梁的組合結(jié)構(gòu)。系桿拱主跨420m，橋跨布置為88+102+420+102+88m，主橋全長(zhǎng)800m。主梁為正交異性橋面板鋼桁梁，鋼桁梁上弦平面為公路橋面，設(shè)六

2、線汽車行車道及雙側(cè)人行道，下弦平面的橫梁上布置雙線城市輕軌，構(gòu)成雙層特大公軌兩用橋，其規(guī)模為世界同類橋梁之首。橋型設(shè)計(jì)新穎、美觀。 圖1 主橋總體布置圖鋼桁梁采用桁架和正交異性橋面板組合體系，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)16米，寬39.8m，高11.2米，重230噸，節(jié)段最大重量為360噸（拆分后最大吊裝重量280噸）。橋面為正交異性板，采用工廠分單元制造，然后預(yù)拼為16米的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，整體運(yùn)輸?shù)綐蛭?，通過(guò)大型纜索吊機(jī)提升，實(shí)現(xiàn)整體對(duì)接拼裝，以便實(shí)現(xiàn)快速、優(yōu)質(zhì)架梁。其中邊側(cè)跨在支架上對(duì)接拼裝，中跨采用纜索吊機(jī)直接拼裝，這在國(guó)內(nèi)是首次（國(guó)內(nèi)鋼桁梁懸臂拼裝均是逐根拼裝的）。2 鋼桁梁節(jié)段設(shè)計(jì)特點(diǎn)本橋鋼桁梁共51個(gè)正交

3、異性橋面板鋼桁梁整體節(jié)段，一個(gè)正交異性橋面板鋼桁梁整體節(jié)段由以下桿件單元組成：正交異性橋面板塊、帶橋面的中上弦桿及邊上弦桿、橋面橫梁、主桁斜腹桿、下弦桿、下橫梁、下平縱聯(lián)、斜撐桿、吊點(diǎn)整體節(jié)點(diǎn)、下弦整體節(jié)點(diǎn)。見(jiàn)圖2。標(biāo)準(zhǔn)的正交異性板由厚16mm的橋面板、縱向“U肋”和橫梁組成?！癠肋”間距為320mm，橫梁間距為4m，車道以外的橋面板由板肋加勁。橋面系的中弦桿既是鋼桁梁的上弦桿又是橋面系的縱梁，故為主要的壓（拉）彎桿件。橋面系的邊弦桿則主要是為橋面系局部承力體系所設(shè)。節(jié)段內(nèi)16m橋面系橫向分割為5個(gè)板塊，4根桿件。其中5個(gè)板塊為：一個(gè)中板塊，一對(duì)側(cè)板塊，一對(duì)邊板塊。圖2 鋼桁梁節(jié)段斷面圖正交異

4、性板塊間采用熔透焊對(duì)接，橫梁之間高強(qiáng)螺栓連接。節(jié)段間橋面板連接為熔透焊工地對(duì)接，上下弦桿及斜桿采用高強(qiáng)螺栓連接。鋼桁梁采用全焊整體節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)外拼裝形式。3 主要施工技術(shù)及方法鋼桁梁整體節(jié)段施工總體施工步驟分為廠內(nèi)桿件及板單元制造、運(yùn)輸?shù)狡囱b場(chǎng)進(jìn)行節(jié)段拼裝、將節(jié)段運(yùn)送到橋址、用纜索吊機(jī)進(jìn)行起吊，邊側(cè)孔鋼梁通過(guò)在支架上頂推滑移，到達(dá)邊側(cè)孔位置，進(jìn)行對(duì)接拼裝，中跨鋼梁直接用纜索吊機(jī)吊裝就位拼裝。3.1 鋼梁桿件及板單元制造3.1.1 一般桿件制造一般桿件包括主桁斜腹桿、臨時(shí)豎桿、斜撐桿、平聯(lián)桿件、拼接板等，桿件截面多為箱形和工形。箱形桿件制造工藝流程是：板材預(yù)處理精切下料矯正隔板機(jī)加工腹板機(jī)加工組裝

5、槽形焊接隔板箱形蓋板焊接修整數(shù)控鉆孔倒棱表面處理涂裝。在加工過(guò)程中控制插入節(jié)點(diǎn)桿件的寬度公差，扣蓋前修整槽形至合格。工形桿件制造工藝流程是：板材預(yù)處理精切下料矯正腹板機(jī)加工胎形組裝焊接修整數(shù)控鉆孔倒棱表面處理涂裝。板件制造工藝流程為：板材預(yù)處理精切下料矯正數(shù)控或樣板鉆孔倒棱表面處理涂裝。3.1.2 整體節(jié)點(diǎn)弦桿制造整體節(jié)點(diǎn)弦桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜（見(jiàn)圖3），桿件制造質(zhì)量是全橋安裝精度的關(guān)鍵。在專門設(shè)計(jì)的組裝胎位上采用正裝法組裝，組裝順序見(jiàn)圖4。圖3 下弦桿整體節(jié)點(diǎn)效果圖 圖4 弦桿組裝順序示意圖由于結(jié)構(gòu)形式所限，有些孔在桿件組焊后難于鉆制，采用先孔法和后孔法相結(jié)合的鉆孔方案。工藝流程為：切割節(jié)點(diǎn)板及豎板矯

6、正刨對(duì)接坡口焊接劃線刨底邊坡口組肋板焊接修整組槽形焊接修整組箱形焊接修整鉆孔組附屬件焊接劃線卡樣鉆孔機(jī)磨頭切磨手孔切磨弧錘擊倒棱表面處理涂裝。關(guān)鍵控制點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)板精度、接料直度、隔板垂直度、槽型的矯正、合理的焊接方法和焊接順序、整體節(jié)點(diǎn)板內(nèi)寬尺寸、桿件扭曲變形的控制、鉆孔精度。3.1.3 橋面板單元件制造板單元的制造質(zhì)量直接關(guān)系到節(jié)段的整體精度以及橋面的平面度，更重要的是會(huì)影響橋面板縱橫焊縫焊接間隙精度，因此在制造中應(yīng)重點(diǎn)控制焊接變形和準(zhǔn)確預(yù)留焊接收縮量。在保證制造質(zhì)量和滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，根據(jù)工廠制造工藝條件，綜合考慮供料、運(yùn)輸及批量生產(chǎn)等因素，盡可能將板單元尺寸做大，以減少種類及焊接工作量

7、。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，將每節(jié)段橋面板單元按寬度方向分解成1921塊單元。板單元制造按照“鋼板趕平及預(yù)處理精確下料U形肋壓型組U形肋反變形焊接局部修整”的順序進(jìn)行，其關(guān)鍵工藝如下：鋼板趕平及預(yù)處理、數(shù)控切割機(jī)下料、U形加勁肋壓型、板單元胎型組裝、板單元焊接采用反變形技術(shù)。3.2 鋼桁梁工廠組拼3.2.1 橋面板塊制造在整體節(jié)段拼裝前，先在預(yù)拼場(chǎng)現(xiàn)有廠房?jī)?nèi)進(jìn)行橋面板整體組裝，即將上弦桿、邊弦桿、橫梁與接寬后的橋面板單元組裝在一起，并焊接除解體部位以外的全部焊縫、施擰除解體部位以外的高強(qiáng)度螺栓。解體后分成七部分：2個(gè)上弦桿、2個(gè)帶邊弦桿的橋面板邊塊、2個(gè)橋面板端塊和1個(gè)橋面板中間塊，再與桁梁其它桿件進(jìn)行整

8、體節(jié)段組焊及預(yù)拼裝。橋面板塊制造工藝流程：橋面板單元接寬上弦桿定位組中間塊橫梁組邊弦桿組邊塊橫梁組外側(cè)邊塊橫梁組裝橋面板高強(qiáng)度螺栓施擰焊接修整打號(hào)標(biāo)記解體。3.2.2 鋼桁梁節(jié)段組拼根據(jù)菜園壩長(zhǎng)江大橋架設(shè)的工期要求，組拼場(chǎng)設(shè)計(jì)了兩條長(zhǎng)度為52m的拼裝線，配置2臺(tái)45t龍門吊，鋪設(shè)龍門吊及運(yùn)轉(zhuǎn)平車軌道。每條拼裝線每次可拼裝3節(jié)段，留下后一節(jié)段，參與下一輪次組拼，前兩個(gè)節(jié)段出胎進(jìn)入附屬件焊接和補(bǔ)涂裝工序。節(jié)段組拼順序：下弦桿下橫梁下平縱聯(lián)斜桿及臨時(shí)支撐上弦桿橋面板中間塊斜撐桿橋面板左右邊塊橋面板端塊，實(shí)現(xiàn)立體階梯形推進(jìn)方式逐段組裝與焊接。組裝時(shí)，以胎架支墩上的中心線為基準(zhǔn)，重點(diǎn)控制橋梁的拱度、直度

9、等幾何尺寸精度、栓孔重合率、相鄰接口匹配。整體節(jié)段出胎采用大型軌道平車轉(zhuǎn)運(yùn)。預(yù)拼裝完成后，拆除節(jié)段間連接及胎架加強(qiáng)橫梁，軌道小車駛?cè)胩ゼ?，?撐在節(jié)段圖示位置，使節(jié)段重心在兩支點(diǎn)之間，將節(jié)段頂起移位，安裝臨時(shí)節(jié)點(diǎn)連接件，使下弦桿、斜桿、平聯(lián)桿連接在一起，保證節(jié)段整體剛度和穩(wěn)定，防止運(yùn)輸過(guò)程桿件變形，最后將節(jié)段運(yùn)至存梁區(qū)。 圖5 鋼桁梁節(jié)段組拼實(shí)景3.3 鋼桁梁總體節(jié)段運(yùn)輸由于節(jié)段超長(zhǎng)、超高、超寬、超重，滑移裝船是運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。整體節(jié)段出胎后，用軌道小車運(yùn)送到斜船架上，通過(guò)下河軌道下放，與運(yùn)輸船對(duì)接滑道，整體滑移上船。對(duì)于節(jié)段重量超過(guò)280噸的非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，采用拆分端板（或邊板）、斜撐桿的辦法。

10、運(yùn)輸船采用兩艘300噸鋼質(zhì)甲板駁組成（另一組由兩艘370噸鋼質(zhì)甲板駁船組成），甲板駁船型長(zhǎng)44米，型寬10.1米，型深2.1米。兩艘甲板駁船并聯(lián)、進(jìn)行剛性連接，兩船總寬20.2米，長(zhǎng)44米，總載重量為736噸，受載后船舶正浮狀態(tài)的平均吃水1.055米，類似雙體船性能，滿足橫向穩(wěn)定性能要求。為了保證鋼桁梁滑移上船時(shí)的穩(wěn)定，采用30米長(zhǎng)的斜船架將運(yùn)輸船托起固定。如圖6所示。圖6 下水斜船架與運(yùn)輸船對(duì)接示意圖鋼梁上船后安裝固定設(shè)施，斜船架繼續(xù)滑移下水至船體自然浮起，拖輪頂推到橋位。每次運(yùn)送一個(gè)節(jié)段。3.4鋼桁梁架設(shè)3.4.1 鋼桁梁架設(shè)總體布置根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)思想，全橋施工順序?yàn)椋夯A(chǔ)、墩身及Y構(gòu)

11、施工邊側(cè)孔鋼桁梁架設(shè)張拉邊跨系桿、體系轉(zhuǎn)換鋼箱拱安裝中跨鋼桁梁架設(shè)。鋼桁梁通過(guò)水上運(yùn)輸?shù)綐蛭唬跹b采用跨度420米、420噸纜索吊機(jī)（含吊具，凈吊重280噸），纜索吊機(jī)塔高152米，分扣塔和纜塔兩部分。扣塔高124米，兼作鋼箱拱架設(shè)用，纜塔高28米，纜塔和扣塔之間采用鉸接。纜索吊機(jī)塔架設(shè)在主墩位置的Y構(gòu)上，邊側(cè)孔鋼桁梁只有通過(guò)支架滑移就位，總體布置見(jiàn)圖7。圖7 鋼桁梁架設(shè)總體布置圖鋼桁梁滑移支架根據(jù)地質(zhì)條件分別采用鉆孔樁基礎(chǔ)和擴(kuò)大基礎(chǔ)，水中部分支墩分兩部分，標(biāo)高190米以下為鋼管，以減小水流阻力，190米以上采用萬(wàn)能桿件。上部采用常備式拆裝梁，上下游各設(shè)一組，距橋中線距離6米（兩組之間中心距離

12、12米）。在拆裝梁上面安裝分配梁和滑道梁。中跨鋼桁梁等鋼箱拱合龍后，由纜索吊機(jī)直接吊裝架設(shè)。3.4.2 邊側(cè)孔鋼桁梁架設(shè)在Y構(gòu)施工同時(shí)，進(jìn)行鋼桁梁滑移支架和纜索吊機(jī)施工。Y構(gòu)施工完成后（后次橫梁先不施工），安裝架設(shè)邊側(cè)孔鋼桁梁。施工順序?yàn)椋海ɡ|索吊機(jī)安裝拼裝支架、滑道安裝鋼桁梁水上運(yùn)輸、定位）鋼桁梁起吊前移對(duì)接起吊下一節(jié)鋼桁梁前移與上一節(jié)對(duì)接重復(fù)上述步驟，完成邊、側(cè)孔節(jié)段前移、對(duì)接安裝斜撐桿、側(cè)板安裝邊孔系桿，張拉系桿，落鋼桁梁，實(shí)現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換。主要施工方法及技術(shù)措施：（1）鋼桁梁吊裝每段鋼桁梁設(shè)4個(gè)吊耳。由于鋼桁梁結(jié)構(gòu)尺寸大，每段鋼梁重心位置不一樣，如何保證鋼桁梁吊起時(shí)平穩(wěn)，并使4個(gè)吊點(diǎn)均勻受

13、力，是吊裝的關(guān)鍵。首先計(jì)算每個(gè)節(jié)段的重量和重心位置，設(shè)計(jì)縱向調(diào)節(jié)扁擔(dān)，使鋼梁重心在起吊中心。在縱向調(diào)節(jié)扁擔(dān)上設(shè)置橫向扁擔(dān)（橫向扁擔(dān)兼作鋼箱拱吊裝扁擔(dān)），將重量分配到纜索吊機(jī)的4個(gè)吊點(diǎn)上。由于纜索吊機(jī)4個(gè)天車各由兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)單獨(dú)牽引，為了解決4個(gè)天車同步提升和均勻受力問(wèn)題，在橫向扁擔(dān)上設(shè)置調(diào)節(jié)分配梁A、B，通過(guò)吊帶和調(diào)節(jié)導(dǎo)鏈相連。（2）鋼桁梁滑移鋼桁梁起吊提升后，放在Y構(gòu)前端的頂推支架滑道上。滑道上安放4個(gè)支點(diǎn)（上滑道），落鉤時(shí)要做到縱橫向軸線初步對(duì)位，落到位之后的鋼桁梁和上滑道用夾箍臨時(shí)固定在一起，待檢查確認(rèn)無(wú)誤后方可松鉤。然后用纜索吊機(jī)起吊該節(jié)段所對(duì)應(yīng)的輕軌軌道梁，放于鋼桁梁桁內(nèi)下平聯(lián)之上，隨

14、該節(jié)段一起縱移至節(jié)段設(shè)計(jì)位置（即節(jié)段拼裝位置）。該項(xiàng)工作之后開(kāi)始進(jìn)行鋼桁梁的縱移。鋼桁梁上下滑道之間采用不銹鋼板，左右設(shè)有限位裝置，在下滑道上設(shè)置反力座，用連續(xù)千斤頂牽引縱移，每次拖拉一個(gè)節(jié)段?；啦贾靡?jiàn)圖8。鋼桁梁在縱移過(guò)程中應(yīng)均勻、慢速，保持上下游同步，出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)修正。 圖8 鋼桁梁縱移滑道斷面圖 圖9 鋼桁梁拼裝對(duì)位設(shè)備布置圖（3）鋼桁梁節(jié)段拼裝鋼桁梁滑移到設(shè)計(jì)位置時(shí)，利用調(diào)節(jié)裝置調(diào)整對(duì)位（見(jiàn)圖9）。平面位置的縱橫向精確調(diào)整通過(guò)下滑道上的反力裝置和千斤頂完成，豎平面的標(biāo)高調(diào)整通過(guò)桁梁下的千斤頂完成。調(diào)節(jié)順序?yàn)椋合绕矫嫖恢茫贅?biāo)高，最后縱向靠近對(duì)接。由于整體節(jié)段對(duì)接時(shí)有8個(gè)點(diǎn)需同時(shí)插入

15、對(duì)接，每個(gè)點(diǎn)都應(yīng)有人進(jìn)行觀測(cè)和調(diào)整操作，并聽(tīng)從統(tǒng)一指揮，防止擦掛摩擦面。弦桿之間是對(duì)接，斜腹桿插入整體節(jié)點(diǎn)連接。由于邊、側(cè)跨端塊及斜撐桿部分被拆分，此部分待兩節(jié)段上下弦桿及平聯(lián)對(duì)接完成后，利用橋上簡(jiǎn)易起吊設(shè)備補(bǔ)裝。整體節(jié)點(diǎn)桿件拼裝的順序，原則上是先合攏上、下游主桁的桿件，使之盡快形成穩(wěn)定的受力結(jié)構(gòu)，然后再將邊上弦桿及下平聯(lián)對(duì)接。首先，將前一節(jié)段的下弦桿、斜腹桿與所拼節(jié)段的下弦整體節(jié)點(diǎn)相連，再連接中、上弦桿。為快速閉合桿系的三角形，連接處在對(duì)孔后立即打入少數(shù)定位沖釘，轉(zhuǎn)入下一連接處，然后在各連接處補(bǔ)齊50%沖釘，再安裝高強(qiáng)度螺栓。高強(qiáng)度螺栓完成后，進(jìn)行橋面正交異性板的面板及U肋、板肋對(duì)接施焊。（

16、4）體系轉(zhuǎn)換待中跨第1個(gè)節(jié)段（N16節(jié)段）安裝好且所有高強(qiáng)度螺栓均已終擰，橋面板焊接后，即可開(kāi)始體系轉(zhuǎn)換工作。體系轉(zhuǎn)換即是將已安裝鋼桁梁部分的承力支點(diǎn)從臨時(shí)支架上轉(zhuǎn)換到邊墩（P16，P19）及交界墩（P15、P20）頂?shù)闹ё虾凸傲哼B接處托梁的支點(diǎn)上。3.4.3 中跨鋼桁梁架設(shè)中跨鋼桁梁全部采用整體節(jié)段拼裝。節(jié)段重量255噸，直接采用纜索吊機(jī)調(diào)節(jié)對(duì)位。高強(qiáng)度螺栓施擰完成后，纜索吊機(jī)松鉤，并掛上吊索，張拉至監(jiān)控要求噸位和標(biāo)高，吊裝鋼梁軌道梁，進(jìn)行下一節(jié)段架設(shè)。節(jié)段安裝左右岸對(duì)稱進(jìn)行。為減少由于鋼桁梁重量引起的拱的推力，中跨安裝第六節(jié)段（A22）及吊桿后，張拉臨時(shí)系桿，再架設(shè)剩余節(jié)段至合龍。鋼桁梁

17、中跨合龍是施工的重要環(huán)節(jié)。主要方法和技術(shù)措施如下：（1）按中跨鋼桁梁架設(shè)步驟對(duì)稱吊裝至A24節(jié)段鋼梁及軌道梁（A26為合龍段）。（2）吊裝北岸A25節(jié)段鋼梁及軌道梁，將南岸A25節(jié)段軌道梁，臨時(shí)放置在南岸A24節(jié)段下橫梁上。（3）將合龍段A26節(jié)段的橋面板中板、側(cè)板、下橫梁、斜撐桿及下弦節(jié)點(diǎn),放置在北岸A25橋面上。（4）吊裝南岸A25節(jié)段鋼桁梁,將斜撐桿、下橫梁及下弦節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移至南岸A25節(jié)段鋼桁梁橋面板上。兩端壓重量應(yīng)調(diào)整到大體相同，使合攏口兩端的撓度和轉(zhuǎn)角無(wú)大差異。（5）測(cè)量南、北岸A25節(jié)段鋼梁節(jié)點(diǎn)間高差、縱橋向間距及橫橋向偏移量，并了解各數(shù)據(jù)隨溫度變化的影響。（6）安裝合龍段下弦節(jié)點(diǎn),

18、與北岸側(cè)下弦拼接板相連，高強(qiáng)螺栓部分施擰。兩岸側(cè)大斜桿插入節(jié)點(diǎn)板，螺栓暫不施擰。（7）安裝南岸側(cè)下弦腹板合攏拼接板，調(diào)節(jié)兩端標(biāo)高,打入標(biāo)高鎖定銷，鋼梁標(biāo)高相對(duì)限位。（8）安裝合攏調(diào)節(jié)裝置，利用調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)縫隙，打入下弦鎖定銷軸。將下弦和斜桿安裝。（9）依次吊安下橫梁、下平聯(lián)，高栓施擰。（10）安裝上、下游鋼梁斜撐桿，與B26節(jié)點(diǎn)連接高栓部分施擰。（11）吊安A26節(jié)段橋面板中板及中上弦，先北側(cè)連接，后合龍南側(cè)，選擇合適溫度，利用中上弦鎖定銷軸將節(jié)段鎖定，.安裝中上弦合攏拼接板，高栓施擰。 （12）安裝邊上弦拼接板,高栓施擰。安裝橋面?zhèn)劝澹瓿缮舷壹皹蛎姘搴蠑n，進(jìn)行橋面板焊接。合龍完成后，二次調(diào)節(jié)各