自锚式悬索桥塔梁固接段施工技术
2018-03-26
1、工程概况
沈阳四环快速路新建高坎浑河景观桥位于沈抚新城核心地带，主桥桥型为独塔自锚式钢箱梁悬索桥，跨布置为48m+2×180m+48m，全桥总长456m。主桥上部结构为钢箱梁结构，两主跨为悬吊结构。（图1）
塔梁固接区段为索塔钢壳T3节段。塔柱与加劲梁之间采用刚性固结联结。主塔在主桥中央分隔带处穿过加劲梁，并通过设置于外包钢壳外侧的加劲板与加劲箱梁顶板及底板连接。塔柱受力主筋在固结处连续不断开，塔梁之间的钢混连接通过纵横隔板上的剪力键传力。T3节段分为T3-1及T3-2两部分制造，分别于钢箱梁D梁段中间分块的顶板及底板焊接。固结区塔壁钢壳侧壁板借用加劲梁内侧直腹板，钢壳前后壁板与侧壁板熔透焊接，并于前后壁板上开设PBL 剪力键孔洞及大尺寸浇筑连通孔；固接区加劲梁顶底板及横隔板上设置圆柱头焊钉，保证与内填混凝土的连结。同时横向设置JL精轧螺纹钢筋，张拉控制应力790.5MPa。（图2）
2、主塔钢箱梁原位支架拼装
采用32根Φ630mm，δ=8mm的钢管桩立柱作为支撑，其中16根钢管桩立柱直接支撑在主塔塔座上，与预埋钢板焊接牢固，其它钢管桩插打入土，入土深度不小于6m，单桩承载力不小于50t。管桩立柱之间的纵、横向连接系采用Φ273mm，δ=8mm以及Φ152mm，δ= 6mm的钢管进行连接。钢管桩立柱桩头纵桥向设置长为83cm的2Ⅰ20b型钢作为桩头分配梁。主塔原位拼装支架为一个独立拼装支架，与钢箱梁滑移支架断开，钢箱梁梁段钢箱梁利用主塔旁ZSL34300型动臂塔吊进行钢箱梁的原位组拼、焊接施工。（图3）
3、固接段钢箱梁梁段与塔壳的连接安装
3.1 T3-2节段安装
主塔T3-2节段钢壳制造完毕后，运输到施工场地，采用ZSL34300型动臂塔吊吊装T3-2节段钢壳与T2节段钢壳定位临时匹配连接。测量人员采用仪器进行精确测量及调整T3-2节段及标高至设计要求，接缝处采用工地焊接连接施工。
主塔钢壳节工地连接施工完毕后，割除临时匹配件，并将割除部位打磨光滑。
3.2 钢箱梁梁段拼装
固接段的钢箱梁梁段分为E、D段梁，采用多梁段连续匹配组装、焊接和预拼装同时完成的方案。按照架梁顺序及工期要求进行匹配制造。在梁段制造中，按照底板、斜底板→横纵隔板→锚腹板→顶板→挑臂块体→组焊临时吊耳、临时连接件、附属结构的顺序进行施工，组装时，以胎架为外胎，以横隔板为内胎，重点控制桥梁的线形、钢箱梁几何形状和尺寸精度、相邻接口的精确匹配等。
（1）钢箱梁架设支架系统安装完成后，测量人员对钢箱梁D类梁段中心线进行精确放线定位。确定梁段在支架分配梁上支点的高程。
（2）D类梁采用ZSL34300型动臂塔吊在原位拼装支架上进行架设施工。钢箱梁的块段在工厂加工完成后用100t平板运输车运至塔吊吊装施工区域，塔吊通过钢箱梁上的临时吊点进行吊装施工，临时吊点位置通过设计单位验算满足施工要求，不会造成钢箱梁结构变形。
（3）钢箱梁架设支架上，设置拼装胎架，D类梁段在胎架上组拼，胎架须具有足够的的刚度和几何尺寸精度。梁段采用连续匹配组装的工艺，每次组装的梁段数量不应少于3段。组装过程中应避开日照的影响，采用全站仪监控测量主要定位尺寸。
（4）拼装支架上安装散拼胎架用于支撑钢箱梁节段，梁段之间按设计要求进行焊接。吊装、焊接施工顺序为中央块段，行车道块段，挑梁块段。（图4）
（5）拼装胎架与桩顶分配梁焊接牢靠，保证钢箱梁块段安装时不会晃动、偏位。在钢箱梁的块和散拼胎架上做上对位标记，起吊安装时便于对位，保证钢箱梁位置安装准确无误。
（6）拼装方法：
a、顶底板单元接宽组焊
组装前要检查每块板单元上的定位基线。横向定位时板单元宽度方向预留焊接收缩量。纵向要对齐U肋组装基线和坡口定位端，控制板单元定位端的直线度，同时严格控制顶底板单元上的同位置横隔板上接板错位量小于0.5mm。
b、组焊底板单元
将中间底板单元置于胎架上，在无日照影响的条件下使用经纬仪使其横、纵基线与胎架上的基线精确对齐，靠近横基线端底板与胎架牙板点焊固定，确保底板横纵向位置不会滑动。
c、组焊边底板
依次对称组焊两侧底板单元及斜底板单元，焊接时严格执行《焊接工艺规程》，对称施焊。
d、组焊中央直腹板、中间横隔板、内侧直腹板单元
以底板的横、纵基线为基准，按顺序先组装中央直腹板和中横隔板，并焊接其与底板的焊缝；然后再依次组装内侧直腹板单元，并用经纬仪检查各单元的端部角度和直线度，焊接时要从梁段中间向两侧对称施焊。
e、组焊边横隔板、外侧直腹板单元
以底板的横、纵基线为基准，按顺序先组装边横隔板及外侧直腹板单元，并焊接其与底板的焊缝；并用经纬仪检查各单元的端部角度和直线度，焊接时要从梁段中间向两侧对称施焊
f、组焊中间顶板单元
精确定位并组装中间顶板单元，保证梁段中心高度及桥面横坡。首先焊接顶板纵向对接焊缝，再焊接横隔板与顶板焊缝，注意预留焊缝收缩量，以保证梁高。
g、组焊边顶板、挑臂板单元
依次组装边顶板、挑臂板单元，施焊各顶板间纵向对接焊缝及隔板与顶板焊缝，注意焊接顺序以减少梁段变形。 3.3 塔壳T3节段与D类梁段连接
D类梁段安装完成后，T3-2节段竖向角钢加劲上端与D类梁段底板连接处采用单面角焊缝围焊，塔壳外围按设计位置焊加劲板。
测量在D类梁段上放出T3-1节段的位置，采用ZSL34300型动臂塔吊将T3-1节段安装就位，测量人员对其位置进行调整及复测。塔壳外侧按设计位置焊加劲板。
4、塔梁固接段施工
塔身钢筋加工验收后进行安装。钢筋安装依靠钢壳弧形加劲及拉杆定位。先安装主塔钢壳，接长主筋，然后安装环向箍筋，补齐水平对拉筋。一般情况下，钢筋绑扎由一端向另一端依次进行，操作时按图纸要求划线、穿箍筋、绑扎、成型。
为减少由于混凝土收缩、徐变、温变等效应的影响，塔梁固接区段采用C50微膨胀混凝土。为保证塔梁固结区混凝土浇筑质量，要求该部分混凝土粗骨料粒径为5～25mm连续级配，最大粒径不大于25mm。
塔梁固结段预应力筋的张拉需在混凝土强度达到设计强度的90%以上且龄期达到7天后方可张拉预应力钢筋。预应力钢筋张拉完毕后，48小时内进行管道压浆。预应力管道采用真空辅助压浆工艺。
5、主塔固接区施工质量控制
5.1 梁段组拼质量控制
（1）钢箱梁焊接顺序：为保证钢箱梁的外形和几何尺寸，防止产生过大的内应力，钢箱梁焊接分步进行，并遵循先内后外、先下后上、由中心向两边的施焊原则。优先选用COB2B焊方法，同时全面采用陶质衬垫单面焊双面成型的焊接工艺。
（3）板单元组装定位：为控制钢箱梁的组装精度，减小温差影响，桥梁中心线处底板单元、顶板单元、锚腹板单元的定位组装均需在无日照影响时进行。
（4）顶（底）板单元、横隔板单元、锚腹板单元的组装定位除与基线对准外，并用激光经纬仪检测，重点控制纵向直线度和端口与中心线垂直度，严格控制吊点纵、横向中心距，满足招标文件的要求。
（5）调整时，采用对钢箱梁纵轴线上前后两点进行控制的定位方法，在较短的时间内即可准确的完成钢箱梁的定位。
（6）钢箱梁定位完成后通过测量钢箱梁四角点设定位置的标高和轴线进一步准确定位，在进行梁段焊接之前需对梁段位置的复核，误差满足安装精度要求方可进行下一步的焊接工作。
（7）工地焊接必须采取措施对母材焊接部位进行有效的保护，配置合适的防风、防潮设备和预热去潮的设施，在符合工艺的条件下，方可进行焊接。严禁在无任何防护措施下，在雪、雨天及母材表面潮湿或大风天气进行露天焊接。
（8）焊接环境条件：风力<5级（施焊部位），温度≥5℃，湿度≤80%。在钢箱梁内焊接时安装通风防护安全措施。
（9）清理接头后，在24小时之内完成焊接，以防接头再次生锈或被污染。
（10）焊缝预热范围为距焊缝中心各80mm，焊缝预热方法可用电阻加热法或火焰烘烤法，预热温度及层间温度满足表3.6-2的要求，所有预热与层间温度的偏差为0℃～50℃。定位焊接前预热比正式焊接预热温度高50℃。焊前预热应特别注意厚板一侧的预热温度效果，以防止接头出现层状撕裂。如定位焊缝出现裂纹或其它严重缺陷时，把缺陷清除，再行焊接。
（11）对接缝采用手工电弧焊，焊接顺序采用从桥中轴线向两侧对称施焊。钢梁节段焊接24小时后按工程技术要求进行无损检测工作，修补次数控制不超过两次。
5.2 桥塔施工监测
（1）施工中，要实施监测桥塔应力，确保桥塔安全。主塔内力监测一般通过预埋应变计监测主塔的绝对应力，在根据测试结果采取相应措施来保证主塔的安全。一般情况下主塔根部截面及塔梁结合部截面为最不利截面。
（2）同时对桥塔的温度场进行长期观察，每天每隔2小时，测量一次，找出桥塔变形随一天中温度变化的规律，以确保桥塔安装坐标的精确。并且桥塔节段定位安装一般放在夜间较为稳定的条件下进行，采用电阻式温度传感器。
6、结束语
悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省，自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，从外观上又具有美观性，在今后桥梁发展中将会是一个新的方向。本工程将为类似工况的施工提供指导性的依据，在施工过程中控制好以上几点，以保证和提高钢箱梁的施工质量，为新工艺、新材料的推广和高速公路事业的发展，努力争创国优精品工程。
参考文献
[1] JTGT F50-2011，公路桥涵施工技术规范
