大跨度箱形薄壁钢桁架桥施工关键控制技术

摘 要 合繁路人行立交天桥是合肥市年度重点工程,人行立交天桥主体结构为钢桁架结构体系,主材选用Q345qc,全焊接结构。焊接质量方面所有熔透焊缝在整个工程实施过程中经过两个第三方检测机构超声波探伤一次性检验合格。大跨度箱形薄壁钢桁架桥施工关键控制技术的研究与应用获得安徽省科技进步三等奖。

关键词 人行立交天桥;钢桁架体系;焊接工艺;吊装工艺

中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)092-0062-04

1 工程概况

合繁路人行立交天桥位于合肥市经济技术开发区内的繁华大道与合安路交口处。合肥市重点工程,该桥是按景观设计的人行箱梁桥,主要解决行人过往,保障行人安全,提高车辆通行能力和创造新街景(图1),缓解城市交通的作用。

图1

人行立交天桥主体结构为钢桁架结构体系,天桥穿合安路跨度约78米,穿繁华大道跨度约51米,最大单跨39米(详见总体平面布置图图2)。桥面总长度约420米,净空高5米,桥面净宽4米。设五部自动扶梯和八部人行梯道,顶棚采用8+1.4+8钢化夹胶玻璃,护栏采用不锈钢扶手和6+1.4+6钢化夹胶玻璃组成。主桥均为箱形构件,箱形断面为650×200×12×14-200×200×12×14等规格,由底板、隔板、顶板、腹板等焊接而成。主桥梁下平联端横梁板厚14-20mm,腹杆板厚12-14mm,上、下弦杆板厚为12-14厚,钢支撑板厚12-14mm。钢箱梁起拱高度均为80mm。

天桥主要结构部件均采用Q345qc全焊钢结构。

图2 总体平面布置图

2 工程特点

本工程特有的结构特点、超长、宽的桁架单元及建筑美观性要求,使其钢结构工程富有个性。特别是桁架的构造,更显示出钢结构造型的独有魅力,同时也大幅度增加该工程的施工难度。现从其结构制造、安装及结构本身的特点总结其技术难度,归纳如下:

1)人行天桥为全钢结构,其所有连接位置均为焊接,钢桁架和扶梯的横向对接焊缝均为一级全熔透焊缝,均需进行100%超声波探伤,并需进行10% X射光摄片检查;纵向对接焊缝及腹板和面板、底板相交的角焊缝均为二级焊缝,进行20%探伤。钢箱梁对接节点复杂,焊缝长,焊接位置多样,经统计本工程一级焊缝共计3588条,二级焊缝共计10549.6m(如图3)。

图3

图4

2)根据现场施工要求,主梁必须在工厂分段制作,整体预拼装,现场组装后整体吊装。而主梁尺寸较大,焊接量大,在制作时要考虑焊接变形及吊、翻转等施工操作时的变形,在主梁成型过程中要采取必要措施,来保证主梁各尺寸的精度要求及主梁竖曲线、拱度的设计要求。因此加工制作及安装均要求控制好尺寸精度,便于现场安装顺利进行(如图4)。

3)由于主梁吊装需横跨道路,影响道路交通,故主梁吊装必须在夜晚23:00至凌晨6:00之间一次性完成,因此应做好各项吊装准备工作,编制详细的吊装作业设计,充分考虑各种因素的影响,保证单榀主梁在一夜之间能够吊完详见立面布置图(如图5)。

图5

4)由于主梁及钢平台超长、超宽,运输也是难点之一。因此在运输时应选择晚上进行且设置信号灯,运输前将运输方案报交管局审查,运输过程中请交管局协助开道、引车及封路,以保证主钢构件安全、及时运到现场。

3 施工技术

3.1 钢箱梁加工制作

图 6

1)由于主桥钢箱梁体积庞大,且长度均超过运输要求,故每跨钢箱梁分段制作,成型后在出厂前实施整体预拼装,预拼装及装车采用车间双桥式行车进行,钢箱梁及钢平台在车间制作时充分发挥车间半自动切割机,埋弧自动焊机及箱形梁生产线的优势,保质、保量的完成了钢构件的制作。

2)针对桥梁钢结构现场焊接量大的特点,本工程箱梁焊接采用CO2气体保护焊与埋弧自动焊相结合的焊接方法,部分仰焊部位采取手工电弧焊。箱形顶板为平焊缝,适用于埋弧焊小车行走,在此位置采取CO2气体保护焊打底、埋弧自动焊补充盖面的焊接方法,即提高了焊接效率又能够保证焊缝根部质量,且焊缝外观质量高。其他位置焊缝主要采用了CO2气体保护焊,个别仰焊部位采取手工电弧焊。

3)根据主梁构造特点及以往制作钢天桥钢箱梁的经验,主桥钢箱梁在车间制作时采用倒装法施工,即先制作梁顶板,然后在其上安装横隔板,两侧腹板及纵向加劲肋,待上述焊接完成后,再安装梁底板,最后焊接成型。

4)为了保证梁顶板制作时板面不变形,车间制作严格按照《焊接工艺评定》要求的焊接顺序施工,钢板拼接缝拼接时由中间开始向四周施焊,未施焊的拼接缝先不点焊,让钢板自由收缩,对于焊接变形处首先采用大锤锤击矫正,采用大锤锤击时加设锤垫,防止凹痕和损伤,焊接变形校正完后方可施焊下一道焊缝。

5)钢桁架在制作前,由施工图转化而成的施工详图真实的体现设计者意图,并经设计单位确认;图6为L6桁架经过和设计院、安装现场确定后的分段及起拱图。根据桁架结构特点,确定在节点处起拱,这样便于节点与节点之间的箱形梁制作,其他桁架参照此分别确定分段和起拱。

6)桁架弦杆、腹杆的节点板与杆件焊接处以节点中心为基准留企口且弦杆在不同节点处分别加放不同的焊接收缩余量,以控制焊接应力变形导致构件精度影响(见图7)。

7)构件的拼装成型由熟练拼装工进行,拼装顺序根据结构形式、焊接方法和焊接顺序等因素决定,连接表面及焊缝每边30-50mm范围内的铁锈、毛刺和油污必须清除干净。当有隐蔽焊缝时,先预施焊,经检验合格后方可覆盖。成批构件拼装安排在拼装胎具内进行,布置拼装胎具时充分考虑预留出焊缝收缩量及齐头加工的余量。在加工时为减少变形,尽量采用小件组焊,经矫正后再大件组装,胎具及装出的首件必须经过严格检验,方可大批装配(见图8)。

8)出厂桁架杆件按详图和原始资料的编号办法打铅印和对中标记,并用白色油漆在构件醒目处书写杆件编号。

3.2 钢箱梁吊装

1)现场二次拼装、装配焊接。①根据现场整体吊装的需要,现场拼装实行立体拼装,以整体桁架两侧中心为基准,作桁架的基准线,按1:1放出整体大样,进行立式拼装(图9);②由于主桁架设计有起拱要求,在组装时将主桁架上弦杆的位置按照设计图样要求进行调整,+值上抬、-值下调,同时对胎架进行修正。并检验胎架尺寸,符合设计和施工图要求后,将杆件吊装到位,装配上下弦杆、腹杆和连接杆,分段点确定起拱值后,用辅助材料做支撑,保证构件定位,尤其是分段处变形控制和定位;③焊接变形和应力控制。人工施焊时构件焊缝由中间向四周施焊;收缩量大的焊缝先施焊;对称布置的焊缝由两人同时施焊。

2)构件二次倒运。因二次拼装场地距吊装现场还有一段约100m距离,钢桁架现场组装成形后,构件长达80m、宽度达4.6m,因此构件二次倒运也是本工程的施工难点。构件二次倒运过程中需注意构件的扭曲变形,根据桁架结构特点及现场转运道路现状选用平板车(约20m长度左右一辆)将构件移动到指定的吊装位置,在转运过程中采取相应的措施以控制移动同步(如图10)。

3)吊装设备.根据施工现场实际和周边区域大型起重机保有情况,主要施工机具选用200t汽车吊1台、130t汽车吊2台、50T汽车吊1台,吊装实行双机抬吊作业。

4)吊装顺序。①钢桁架运至吊装区域后,由吊车先将桁架吊起(130T吊车的臂杆长度和工作幅度必须控制在10.7米和5.5米范围内,200T吊车控制在20.4米和6米范围内),放到附近地面上,放置平整。在吊车的回转半径范围内将钢桁架向相应位置移动。根据实际情况移动分步进行。每移动一次都需将钢桁架垫平稳,防止桁架变形;②钢桁架端部移动到距离平台5m位置放平,以保证桁架能顺利起吊;③桁架到位后,吊车停放平台附近(根据实际情况及吊车能力确定)先进行试吊,将钢桁架吊起50cm高时检查吊车的各项参数,是否符合吊装要求。符合要求后,开始起吊;④桁架吊起,比平台高出50cm时,停止上升,开始同时平移。平移到位后缓慢下降,下降时将桁架位置确定,确保下降过程中桁架就位(桁架中心线与平台牛腿中心线吻合),无须再校正,如不就位将桁架重新吊起,直至桁架就位。⑤由于主梁吊装需横跨道路,影响道路交通,因此主梁吊装必须在夜晚23:00至凌晨6:00之间一次性完成(如图11)。

3.3 施工经验及总结

1)在本工程的实施过程中,为保证工程质量,技术上公司采用多种方法:坡口优化设计上,在保证全熔透及焊接质量的前提下,改进现有的设备,尽量减小焊缝横截面面积;设计制作能够适应小坡口埋弧自动焊的导电机构。

2)为防止箱体焊接时翼缘板起拱、下塌与整体变形,箱体组装过程中在箱体内部增设三角形与长方形的工艺隔板;焊接工艺上,综合运用了焊接技术、质量控制等方面的知识,对技术难点部分进行重点攻关,从工艺上保证加工的质量;为控制整体尺寸与满足焊接工艺,保证加工质量,解决超吨位构件翻身难的问题设计加工制作旋转胎具等。

3)在正式钢构件制作前,技术交底非常重要,使制作人员能够充分了解设计思路,制作的程序以及工艺执行的标准等。

4)技术人员应充分保持与设计人员的沟通,因为一个项目在制作过程中不可能不遇到问题,关键遇到问题时应及时协商解决,同样遇到一些特殊节点,在设计时不一定就能面面俱到,需靠生产过程中工艺处理来达到设计目的,但在实施之前应将制定好的方案报设计院确认。

5)图纸会审工作很重要,特别向这样大的工程,在会审时施工单位可与设计人员做到面对面的沟通交流,特别是搞清楚工程施工所参照的标准及执行的规范等,如本工程施工控制按照市政工程、焊缝要求按照钢结构焊接规范执行。

4 结束语

富煌公司在承接该项工程的施工过程中,对安全、质量、工期做到全方位的控制,组织机构健全、人员落实到位、组织措施得力,从而全面保证了整个人行天桥工程顺利完工。特别是焊接质量方面所有熔透焊缝在整个工程实施过程中经过两个第三方平行检测机构超声波及射线探伤一次性检验合格。在施工过程中将安全文明摆在首要位置,倡导人人讲安全,处处讲文明。施工严格按图纸规范进行施工,每道工序严格把关,不合格产品严禁出厂使该项工程质量优良,并取得了业主、设计及监理的高度评价和赞扬。大跨度箱形薄壁钢桁架桥施工关键控制技术的研究与应用获得安徽省科技进步三等奖。

图11 夜间吊装

图11 夜间吊装

参考文献

[1]起重设备安装工程施工及验收规范.GB50278-98,北京:中国计划出版社,1998.

[2]王国凡.钢结构焊接制造.北京:化学工业出版社,2004.

[3]钢结构工程施工质量验收规范.北京:中国计划出版社,2002.

[4]城市道路与桥梁施工验收规范.北京:中国建筑工业出版社,2003.

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