巖土工程師輔導(dǎo)：連續(xù)鋼桁梁雙向全懸拼工法

　　摘要： 隧道工程局第一工程處承建的南昆鐵路橫口3#大橋、八渡4#大橋主跨均為2×64 m上承式連續(xù)鋼桁梁，借鑒預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁懸臂灌筑的方法，采用雙向?qū)ΨQ全懸臂拼裝架設(shè)，獲得成功。該工法機械設(shè)備投入少，拼裝工作量減少一半，增加一個工作面，施工周期短，社會、經(jīng)濟效益顯著。

　　1　前言鐵道部隧道工程局一處承擔(dān)施工的南昆鐵路橫口3#大橋全長369.45 m，其中6#跨、7#跨為2×64 m連續(xù)鋼桁梁、5#墩、6#墩、7#墩身高分別為57 m、61 m、38 m;八渡4#大橋全長355.33 m，其中5#跨、6#跨為2×64 m連續(xù)鋼桁梁，4#墩、5#墩、6#墩身高分別為61 m、74 m、40 m.

　　兩座大橋由于溝谷深切、橋墩身高，原設(shè)計采用單向全懸臂拼裝，該方案鐵道部有成熟的施工經(jīng)驗，懸拼時結(jié)構(gòu)安全容易保證，但需拼裝及拆除64 m平衡梁，增加了一倍工作量，工期延長，且高強度螺栓經(jīng)過一次使用后，表面狀況發(fā)生變化，扭短系數(shù)離散值增大，第二次使用施擰質(zhì)量難以控制。

　　經(jīng)過反復(fù)研究比選，決定借鑒預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁懸臂灌筑的方法采用自中間墩頂向兩側(cè)雙向?qū)ΨQ全懸臂拼裝方案，與原設(shè)計方案相比，實際采用方案投入設(shè)備少，施工周期短拼裝工作量減少，社會、經(jīng)濟效益顯著。

　　2　工法特點及適用范圍

　　(1)相鄰墩臺不受懸拼影響，均可正常施工;

　　(2)不需架設(shè)32 m軍用梁及滿布膺架;

　　(3)依靠鋼梁自重平衡，不需加壓重，主桁拼裝工作量減少一半，增加一個作業(yè)面;

　　(4)原設(shè)計20 t高架索道改為3×3.5 t高架索道，減小了索道造價，并充分利用索道運輸能力，取消了軌道運梁設(shè)備及拼裝吊機;

　　(5)本工法適用于高山深谷中連續(xù)鋼桁梁架設(shè)。

　　3　工藝原理該方案雙向?qū)ΨQ懸拼， 依靠鋼梁自重平衡， 施工過程中保證結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵是墩、梁間臨時固結(jié)措施， 經(jīng)過比選， 選用焊接工字型鋼板梁作為施工托梁， 與三角形墩旁托架相比， 結(jié)構(gòu)簡單，安裝、拆除方便。 施工托梁在鋼梁拼裝過程中使中間墩與鋼桁梁形成T型剛構(gòu)， 傳遞鋼桁梁恒載、 施工荷載、 不平衡力矩等， 中間兩個節(jié)間的拼裝平臺。

　　施工托梁的高度根據(jù)受力情況及鋼梁懸臂端撓度、支座高度、千斤頂工作高度等多方面綜合計算確定。因?qū)嶋H施工過程中不可能保持絕對平衡，施工托梁應(yīng)能承受不平衡力矩。

　　4　施工工藝

　　4.1　施工托梁

　　(1)考慮到施工托梁加工、運輸方便及高架索道起重能力限制，每片托梁分為三段制造，在中間墩頂現(xiàn)場拼裝。

　　(2)施工中應(yīng)加強對施工托梁的觀測，可用水準儀觀測托梁撓度值，推計托梁內(nèi)力;有條件的話也可用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀觀測托梁應(yīng)變情況。施工過程中還有必要重點監(jiān)測施工托梁的焊縫、栓接等部位，確保結(jié)構(gòu)安全。

　　4.2　施工準備高架索道是桿件吊裝的關(guān)鍵設(shè)備，人員亦需通過索道上橋，施工前應(yīng)對高架索道進行加載試驗，確保索道安全;

　　鋼梁桿件進行清點，按拼裝順序堆碼整齊;

　　預(yù)拼場地進行清理，砌筑預(yù)拼臺座;

　　中間墩頂設(shè)工字型施工托梁，調(diào)整中線標高。

　　4.3　桿件預(yù)拼為加快架設(shè)進度，減少高空作業(yè)量，根據(jù)鋼梁結(jié)構(gòu)特點、施工方案特點、高架索道起吊能力等因素，對鋼梁桿件在橋下預(yù)拼，主要方法如下：

　　(1)下弦桿懸臂前方的節(jié)點板、拼裝板、填板、下平縱聯(lián)節(jié)點板與下弦桿預(yù)拼裝，為方便下個節(jié)間下弦桿安裝入檔，保留適量沖釘，所有高強度螺栓均未擰緊。

　　(2)斜桿單獨安裝。

　　(3)上、下游豎桿與鐵路橫梁及橫向聯(lián)結(jié)器預(yù)拼成整體吊裝，為方便上弦桿安裝入檔，按規(guī)定保留適量沖釘，高強度螺栓不擰緊。

　　(4)上弦桿單獨擰緊，為方便下節(jié)間上弦桿安裝入檔，上弦桿懸臂端上部拼裝板暫不安裝。

　　(5)平縱聯(lián)交叉桿在橋下預(yù)拼為整體吊裝。

　　(6)縱梁安裝時由于橋上施工場地較好，不在橋下預(yù)拼。

　　桿件預(yù)拼前檢查桿件編號、尺寸、保護涂裝情況，對少量銹蝕脫落的噴鋁面按要求補噴。

　　每組桿件預(yù)拼后，均由檢驗員全面檢查拼裝件的各部分尺寸、編號、數(shù)量、位置、方向等是否符合設(shè)計要求，確認無誤后，填寫預(yù)拼桿件檢查表，并在桿件上標識橋上安裝位置及“合格”字樣。

　　4.4　懸臂拼裝

　　(1)鋼梁有代表性的節(jié)間為E6、E4，拼裝時應(yīng)盡快使主桁形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，兩側(cè)桿件必須對稱拼裝，保持兩側(cè)平衡，減小不平衡力矩，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，盡快安裝好縱橫向聯(lián)結(jié)系，保證鋼梁結(jié)構(gòu)的空間穩(wěn)定性;先裝的桿件不妨礙后裝桿件的安裝。

　　(2)架梁用沖釘，材質(zhì)為35號碳素鋼，直徑?φ22.7(-0.05～+0)，HRC～40.

　　(3)主桁桿件拼裝時，按孔眼總數(shù)的50%均勻分布打入沖釘和上足30%的高強度螺栓，并作一般擰緊后方可松鉤，其他桿件上足30%沖釘、30%高強度螺栓后松鉤，松鉤后立即補足剩余孔的高強度螺栓，并作一般擰緊，然后將這部分高強度螺栓按施擰工藝逐一循序初擰和終擰。

　　(4)第二步將沖釘換成高強度螺栓，并作一般擰緊，一次卸下的沖釘數(shù)量，最多不超過沖釘總數(shù)的20%;將全部沖釘換成高強螺栓后，按工藝進行初擰和終擰。

　　(5)鋼梁拼成立體系統(tǒng)，經(jīng)檢查桿件編號和數(shù)量符合設(shè)計要求，板束密貼情況滿足規(guī)定即可進行栓合。主桁節(jié)點栓合方向，應(yīng)由節(jié)點中心向外呈輻射狀擴展栓合。

　　(6)為保證鋼梁安全和設(shè)計預(yù)拱度，主桁節(jié)點高強度螺栓終擰應(yīng)不落后于懸拼端兩個節(jié)間。

　　(7)安裝過程中，對施工臨時荷載及其位置必須嚴格控制，不得任意搬運多余施工用具和施工材料進入懸臂端;當(dāng)懸臂安裝接近相鄰墩時，對鋼梁上所有臨時荷載進行一次全面檢查，以保證施工安全，為盡量減小鋼梁自重，鐵路縱梁、檢查設(shè)備等暫不安裝，待鋼梁上到兩相鄰墩后再安裝。

　　(8)桿件對孔時，應(yīng)用數(shù)個沖釘均勻地插入孔中，再用小錘輪番輕擊沖釘，使桿件孔眼重合，嚴禁用大錘猛擊沖釘強行過孔。

　　(9)懸拼過程中，對鋼梁的平面和立面位置應(yīng)隨時測量并做好記錄，以便指導(dǎo)施工。

　　(10)高強度螺栓應(yīng)按規(guī)定、規(guī)格、方向安裝，不得以長代短或以短代長，同一節(jié)點同一規(guī)格不宜使用兩種或兩種以上批號的高強度螺栓，造成多種施擰扭矩上橋，不便管理。

　　(11)安裝過程中，制動聯(lián)結(jié)器不能成為完整的體系，使其不能受力。

　　(12)為避免平縱聯(lián)因主桁變形產(chǎn)生拼裝應(yīng)力，在拼裝過程中，僅對上下平縱聯(lián)兩端的高強度螺栓進行初擰，以保證拼裝過程中鋼梁的剛度和空間穩(wěn)定性，鋼梁拼裝完畢并調(diào)整位置后，再把上下平縱聯(lián)兩端高強度螺栓放松重新施擰。

　　(13)懸拼至相鄰墩后，支點附近各大節(jié)點和其相關(guān)的聯(lián)結(jié)系，應(yīng)在起頂前栓合完成。

　　(14)因懸臂拼裝時下弦桿將產(chǎn)生下?lián)?，會造成斜桿及上弦桿安裝困難，可在斜桿及上弦桿一端安裝就位后，用一5 t倒鏈牽引其另一端就位。

　　5　質(zhì)量控制

　　5.1　桿件存放及預(yù)拼

　　(1)桿件堆放場地，應(yīng)平整穩(wěn)固，并有良好的排水系統(tǒng)，以防止地基沉降不均引起桿件歪斜傾倒。

　　(2)桿件支點應(yīng)設(shè)在自重作用下桿件不致產(chǎn)生永久變形處。同類桿件多層堆放不宜過高，各層間墊木應(yīng)在同一垂直線上。主桁弦、斜、立桿疊放不得超過五層。

　　(3)防止雨水在桿件表面積存。

　　(4)桿件應(yīng)在存放場或預(yù)拼場預(yù)先涂裝面漆至少一遍，如因條件限制，可在架設(shè)后涂裝第二道面漆，但第三道面漆必須在回梁完成后涂刷。

　　(5)鋼梁桿件進場后，應(yīng)對照設(shè)計文件清查數(shù)量和編號，并按設(shè)計文件、《鐵路鋼橋制造規(guī)則》，對制造廠提供的技術(shù)資料和實物桿件進行檢查或抽查。質(zhì)量檢查主要內(nèi)容如下：

　?、黉摿涸嚻从涗?

　?、诤缚p檢查記錄(包括桿件冷熱矯后，無裂縫的試驗資料);

　?、壑麒煜摇⑿?、立桿及縱、橫梁外形尺寸公差，重點檢查弦桿端頭(節(jié)點板和拼接板的覆蓋范圍)的寬度，以滿足節(jié)點摩擦力;

　?、軛U件邊緣孔邊飛刺是否鏟除干凈;

　?、菽ス忭斁o部件公差;

　?、薰?jié)點連接處板面出廠時的摩擦系數(shù)試驗資料;

　　⑦由于運輸和裝卸不當(dāng)造成的桿件損傷變形;

　?、鄺U件缺陷在工廠漏檢者;

　?、岚徇\過程造成的桿件油漆或噴鋁面的缺陷。

　　(6)在拼裝前，應(yīng)用廠方附送的與鋼梁摩擦面同工藝處理的試驗板進行摩擦系數(shù)驗證。

　　(7)每根桿件預(yù)拼后，均應(yīng)經(jīng)值班技術(shù)人員檢查簽認，并填寫預(yù)拼桿件登記卡片，然后由質(zhì)量檢查人員檢查驗收，對檢查合格的預(yù)拼桿件，值班技術(shù)人員和檢查人員共同簽字，并在桿件上作出“檢查合格”的標記。

　　5.2　鋼梁拼裝

　　(1)主桁桿件拼裝時，按孔眼總數(shù)的50%均勻分布打入沖釘和上足孔眼總數(shù)35%的高強度螺栓，并作一般擰緊后方能松鉤;其他桿件上足孔眼總數(shù)30%的沖釘、孔眼總數(shù)30%的高強度螺栓后松鉤。松鉤后立即補足剩余孔的高強度螺栓，并作一般擰緊。然后將這部分高強度螺栓按施擰工藝逐一循序初擰和終擰，終擰后的高強度螺栓檢查合格后，用黃油漆作標記。第二步將沖釘換成高強度螺栓，并作一般擰緊。一次卸下的沖釘數(shù)量，最多不超過沖釘總數(shù)的20%.將全部沖釘換成高強度螺栓后，按工藝進行初擰和終擰，終擰后的高強度螺栓檢查合格后，同樣用黃油漆作標記。妨礙栓合的交叉型平縱聯(lián)桿件，可暫撥離，栓合完畢后復(fù)位，但兩交叉聯(lián)結(jié)桿件不得同時撥移，必須保持支撐的作用。

　　(2)桿件對孔時，應(yīng)用數(shù)個沖釘均勻地插入孔中，再用小錘輪番輕擊沖釘，便桿件孔眼重合。嚴禁用大錘猛擊沖釘強行過孔。

　　(3)高強度螺栓使用不得以短代長或長代短，同一點節(jié)不宜使用兩種或兩種以上批號的高強度螺栓，造成多種施擰扭矩上橋，不便管理。一個點最好不超過兩把扳手，扳手標定扭矩要達到設(shè)計要求。

　　(4)為保證鋼梁安全和設(shè)計預(yù)拱度實現(xiàn)，主桁節(jié)點高強度螺栓終擰應(yīng)不落后于懸臂端兩個節(jié)間。

　　5.3　高強度螺栓

　　(1)鋼梁桿件保管、運輸、包裝方面應(yīng)采取一些措施，防止噴鋁面擦傷、污染、脫皮及疊合面局部變黑等。擦傷部分補噴鋁，污染的表面用汽油或丙酮清洗。栓接板面應(yīng)平整，無焊接飛濺物，無油污，孔邊板邊無毛刺飛邊，嚴禁在栓接板面上作任何標記。凡表面狀況有變化的高強度螺栓，使用前需重新扭矩系數(shù)試驗，根據(jù)試驗所得扭矩系數(shù)重新確定施擰扭矩。

　　(2)高強度螺栓的施工分為初擰和終擰，高強度螺栓的初擰和終擰應(yīng)在同一工作日內(nèi)完成。初擰完畢的高強度螺栓逐個用敲擊法檢查，檢查合格后，用白色油漆在螺栓、螺母、墊圈及構(gòu)件上劃一直線標記，便于檢查終擰時有無漏擰以及墊圈或螺栓是否轉(zhuǎn)動。

　　(3)終擰采用扭矩法，使用900 Nm定扭矩電動扳手。使用前定扭矩扳手必須標定，其扭矩誤差不得大于使用扭矩值的±5%.每班操作前及操作后必須對施工扳手進行扭矩校正，校正結(jié)果填入記錄表中，并由校正人簽認。在操作后進行扭矩校正時，如發(fā)現(xiàn)其誤差超過允許范圍，則應(yīng)對該工班用該扳手終擰的高強度螺栓全部用檢查扳手進行檢查、處理。

　　(4)電動扳手應(yīng)與控制箱配套使用，不得混雜，并應(yīng)獨立供電及配置穩(wěn)壓電源，使其與大型機具電源分開，避免起動時電壓波動影響電動扳手輸出扭矩的準確性(5)終擰完成后，應(yīng)用紅色油漆在螺母上作出標記。

　　(6)電動板手采用軸力計，風(fēng)動扳手采用表盤扳手，人力扳手采用掛重法標定。鋼梁用的各種扳手，每天要有專人檢查校正，建立履歷薄，并登記。

　　(7)高強度螺栓的終擰扭矩檢查應(yīng)在終擰4小時以后、24小時之內(nèi)完成。終擰檢查，先觀察全部終擰后的高強度螺栓，檢查初擰后用白色油漆標記的螺栓與螺母相對位置是否發(fā)生轉(zhuǎn)動，以檢查終擰有否漏擰，之后用表盤扳手進行緊扣檢查。檢查合格者在螺栓末端點以黃色油漆標記。

　　6　安全措施所有拼裝架設(shè)作業(yè)均應(yīng)遵照《鐵路橋涵施工安全規(guī)則》(TBJ403-87)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，重點做好以下安全防范：

　　(1)電氣設(shè)備的絕緣防范;

　　(2)起重吊裝作業(yè)的安全防范;

　　(3)高空作業(yè)的安全防范。

　　7　效益分析該工法由于減少了大量設(shè)備的投入，并且主桁拼裝工作量減少一半，每聯(lián)鋼梁主桁拼裝架設(shè)時費用減少一半以上;每聯(lián)鋼梁拼裝架設(shè)時增加了一個作業(yè)面，主桁拼裝工期僅為原方案的1/4，社會、經(jīng)濟效益顯著。

　　高強度螺栓沒有二次倒用，可確保施擰質(zhì)量。

　　8　工程實例鐵道部隧道工程局一處承擔(dān)施工的南昆鐵路橫口3#大橋、八渡4#大橋溝谷深切、橋墩身高，主跨均為2×64 m上承式連續(xù)鋼桁梁，施工采用本工法，節(jié)約了大量人力、物力，優(yōu)質(zhì)、高效地完成了鋼梁拼裝任務(wù)。橫口3#大橋主桁拼裝僅用了27天，八渡4#大橋主桁拼裝僅用了30天。鋼梁預(yù)拱度完全符合設(shè)計要求，施工過程中沒有發(fā)生任何事故。

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