浅谈钢结构制作在桥梁加固中的关键工艺及质量控制措施

忽国奇

（运城高速公路有限责任公司，山西 运城 044000）

1 大桥概况

风陵渡黄河公路特大桥位于山西省芮城县风陵渡镇西王村东200m与陕西省潼关县港口镇七里村之间的河道上，是连接晋、陕、豫三省的重要交通枢纽，该桥于1994年11月建成通车。风陵渡黄河特大桥全长1 409m，由主孔桥和边孔桥组成，其中，主孔桥为九跨一联，跨径组成为87+7×114+87m，边孔桥为五跨一联，跨径组成5×87m，桥面净宽13.0m。主孔桥上部结构为三向预应力混凝土变截面连续箱梁，箱梁采用单箱单室截面，支点截面梁高6.5m，跨中截面梁高2.8m；箱梁底宽7.0m，全宽13.0m；顶板厚25 cm，梁底按二次抛物线变化，底板厚59～30 cm，肋板厚60～40 cm。施工方法采用挂蓝悬浇工艺，九跨连续箱梁由8个在桥墩上按“T构”用挂篮分段对称悬臂浇筑的梁段、吊架浇筑的跨中合拢段及落地支架浇筑的边跨梁段构成；下部结构为空心双室等截面钢筋混凝土薄壁桥墩，钢筋混凝土轻型桥台；主孔桥基础为高桩承台、钻孔灌注桩基础；支座采用大吨位盆式橡胶支座；伸缩缝为模数型伸缩缝装置。原桥设计时采用的技术标准如下：

（1）车辆荷载标准：汽车-超20级，挂-120级。

（2）人群荷载：3.5 kN/m2。

（3）设计洪水频率：0.33%。

（4）地震基本烈度：Ⅷ度。

（5）设计通航标准：四级航道，净高8m，净宽44m。

2 主要加固措施

（1）在边孔桥边跨靠桥台36.9m处增设桥墩，以改善边中跨比，调整主梁受力状况。

（2）由于主边孔桥相连的过渡墩位于黄河主河槽内，不能设置桥墩，因此，在过渡墩箱梁两侧新增4个钢拱箱协同全桥统一变形，且不会因新增结构而产生其他问题。通过吊杆与梁下新增钢桁架的连接，对箱梁施加提升力，防止日后再发生梁体下挠现象。主拱圈计算跨径84.3m，拱脚与0#块和箱梁端横梁固结，形成钢梁柔拱体系，计算矢高16.86m。每个拱圈上共设5对吊杆和一对系杆，吊杆间距15m，边吊杆与拱脚间距离12.15m。吊杆下端采用钢横梁通过整体挤压式锚与吊杆连接，防止梁体继续下挠。

（3）为了支撑增长0#块与拱脚固结处传来的竖向力，故在4#、5#、6#桥墩顶设置钢托架，来抵御拱脚竖直力。此方案借助钢箱拱提供外力，能很好地解决边中跨比的问题，施工工期短、工艺简便易行，对现行交通影响较小。

本桥主要加固工程钢拱箱概貌见图1。

图1 风陵渡大桥主要加固工程钢拱箱概貌

钢结构构件主要分为钢拱箱、吊杆锚固系统、钢拱箱横撑、钢横梁、支撑钢架、托架等，主要材质为Q345D和Q235，总重共计约802 t。

全桥共4片钢拱箱，每片钢拱箱划分成7个小节段进行制造，小节段单节重量为8.849～10.5 t。钢拱箱采用等截面，截面尺寸为1 200mm×800mm；钢拱箱长度为12.074～14.407m，钢拱箱段总长92.651m；钢拱箱桥位连接接口为全焊连接形式；吊杆锚固系统上端在箱拱上设置锚固构造，下端在吊杆支撑钢板上设置锚固构造；钢拱箱横撑设置在钢拱箱之间，左右两拱之间设置3道横撑，截面尺寸为800mm×800mm，长度为13.54m；钢横梁设置在混凝土梁下方，为槽钢、H型钢构件组成的桁架，接头间通过高强螺栓连接；墩处支撑钢架为槽钢、H型钢构件组成的桁架，在桥墩处通过锚栓与桥墩固结。

3 风陵渡大桥加固工程的主要特点

（1）钢拱箱、钢拱箱横撑均为箱形全焊结构，钢板多为中厚板，而且隅角焊缝、隔板与盖腹板焊缝为全熔透焊缝。

（2）钢拱箱采用全焊缝接头，全方位焊接，焊缝复杂，焊接工作量大。

（3）吊杆锚固构造空间较小，焊缝密集，锚点平面度要求高。

（4）支撑钢架、横梁均为高强螺栓连接结构，孔群连接接头较多。

4 关键工序及质量控制

风陵渡大桥加固钢结构工程中，钢结构制作的关键技术在于钢构件几何尺寸精度的控制、焊接质量的控制及防腐处理的控制。针对各部位的结构特点、受力状态、钢结构组装及安装装配要求，现有以下几项关键工艺项点，应在制造中加以重点控制。

4.1 箱形拱肋、钢拱箱横梁杆件制造精度控制

钢箱拱肋为等截面箱形杆件，且拱轴线处于悬连线上，整体组装精度较难控制，故应采取如下控制措施：

（1）针对该类杆件的结构特点设计专用箱形组装胎型，采用机械顶弯和火焰矫正相结合的方法来确保顶底板的拱度，同时调整板块单元的组装顺序。

（2）箱形杆件隔板作为杆件组装的内胎，是控制杆件组装精度的关键。因此，对隔板周边全部采用机加工，根据焊接收缩情况确定工艺留量。

（3）对影响杆件箱口尺寸的腹板板块采用先荒料对接，再采用放样切割成形的施工方法，以确保钢拱箱的组装精度。

（4）在箱口部位设置临时支撑，以控制箱口尺寸。

4.2 钢横梁、支撑钢架、托架的制孔工艺

钢横梁为双腹式桁架结构。上下弦杆均为槽钢拼接箱型，腹杆为“米”字形结构，采用工字钢连接，两桁架之间采用工字钢通过高强螺栓连接，上下弦杆均贴加强钢板。

横梁制造时，型钢采用锯切机下料，上下弦杆先拼接成箱形，然后再用数控钻床进行钻孔，腹杆锯切后划线、钻孔。钻孔后，各构件在平台上进行栓接，拼装过程中要注意预拱度的设置，以满足吊装后的要求，当有接头不能满足要求时，应进行配孔。支撑钢架、托架形状与钢横梁相似，制造过程同钢横梁。

4.3 钢横梁、支撑钢架、托架组装精度控制

钢拱箱横梁、支撑钢架、托架是本项目加固工程的关键构件，由于其结构特殊、孔群复杂，故组装精度控制是重点控制点之一，可从以下几个方面进行控制：

（1）单元件几何尺寸精度控制。根据结构形式，主要单元件是纵梁、竖杆、斜杆和节点板。

纵梁由双槽钢及盖板组焊成。首先，钢板进场复验合格后，采用滚板机滚板以消除内应力；对槽钢进行调直；在专用胎架上精密组装；采用线能量较小的CO2气体来保护半自动焊接工艺，控制焊接变形；采用高精度的制孔工艺装备，来保证孔群的精度。

竖杆、斜杆为工字型，下料前进行调直，之后采用高精度的制孔工艺装备，以保证孔群精度。节点板钢板进场复验合格后，采用滚板机滚板以消除内应力，数控下料，采用数控钻孔为主，样板钻孔为辅的方法，以保证孔群精度。

（2）钢拱箱横梁、支撑钢架、托架整体组装精度控制。结合钢拱箱横梁、支撑钢架的结构特点，在地平台上先将散件采用平面展转法组装成单片，之后再采用立体组装的方法，组装成整体桁架。组装时，先组装竖杆，再组装斜杆。

4.4 钢箱拱、钢横梁、支撑钢架、托架等预拼装质量控制

预拼装工艺是制造精度和桥位架设精度的联系纽带，是必不可少的一道重点工艺。为保证钢箱拱、钢横梁、支撑钢架、托架等构件的整体线形及几何尺寸，拟采取如下措施：

（1）预拼装在专用的胎架上进行，胎架应有足够的强度，以确保试拼装过程中不产生变形；试拼装前，对胎架测平，确保试拼装平面度的精度要求。

（2）预拼装时，各单元均处于自由状态进行，以确保检测结果的准确性和可靠性，达到预拼装的目的。

（3）每次定位下一节段钢拱箱时，均需检测预拼装长度、拱度、钢拱箱平面度、箱口对角线差等项点，以确保整体预拼装精度。

（4）对于钢横梁、支撑钢架、托架等桁架结构，若整体尺寸满足汽车运输要求，则先进行涂装作业，预拼装后不解体，直接装车运抵现场。否则，先预拼装后再涂装。

4.5 钢拱肋桥位架设控制

钢拱肋为曲线形箱型结构，桥位架设时，易产生弹性压缩变形及环缝焊接收缩变形，从而影响拱肋成型曲线及竖向拉索角度位置。架设时，在支架上摆放就位，通过全站仪测量控制系统找正其接口空间位置，调整拱肋接口精确匹配，就位后，连接钢拱箱节段构成整体。