李 祥 卢彩霞

常州第一建筑集团有限公司 江苏 常州 213000

1 工程简介

背景项目位于江苏省溧阳市中关村科技产业园内，中关村大道与城北大道交叉口处。2条路均为区域性的交通要道。跨越交叉路口的人行天桥（图1）在平面上由西北—东南向主通道（A轴）和东北—西南向次通道（B轴）2条通道组成。2条通道均由相切圆弧线条拼接而成，整体为X形布置。A轴圆弧半径为78 m，宽度由7 m渐变至9.8 m；B轴圆弧半径为33 m，宽度由4 m渐变至7.35 m。主通道采用下承式连续钢桁架结构，桁架间采用横梁及斜杆结构联系；次通道采用单箱双室断面的连续钢箱梁结构，与主通道在中心位置搭接。

图1 人行天桥整体效果图

本工程存在构件复杂、加工精度要求及检测要求高、构件内部空间狭小、焊接操作困难、构件运输尺寸超限、施工中不能断交等难点。

2 构件分段

2.1 钢箱梁分段

1）钢箱梁为正交异性板结构，将面板、底板、腹板等分成便于起吊和运输的若干有纵、横肋的独立构件。构件运至现场后，在胎架上按一定的顺序组装成钢箱梁。

2）现场按制作分段编号依次拼接组成吊装分段。吊装分段按1-x和2-x两段依次吊装（图2）。

图2 钢箱梁分段示意

2.2 钢桁架分段

钢桁架平面呈弧形飘带状，高度5.5 m。如果车间采用分段整拼的方法，胎架搭设高度较高。经过策划，最终采用立面钢桁架分段平躺整拼制作，横梁散装，现场搭设胎架总拼后吊装的方式。根据运输线路和车间制作情况，立面钢桁架每个分段长度不超过16.5 m（图3）。

图3 钢桁架分段示意

3 深化设计

通过Tekla软件建立空间扭曲钢桁架模型（图4），并将零件通过拼凑小三角的方式展开为平面，供车间下料。建模过程中需要反复调节空间扭曲节点板的控制点位置，以便顺利贴合桁架弦杆。

图4 钢桁架Tekla模型

4 排板

1）排板时，钢板的长度方向顺着结构的主要受力方向。

2）角焊缝与对接焊缝之间应错开100 mm以上。板单元拼接缝与纵向U形肋、T形材及横向筋板等位置错开不小于100 mm。顶板单元、底板单元、隔板单元拼接缝互相错开不小于200 mm，尽量避免十字焊缝。

5 钢材原材料表面预处理

钢材复验合格后，进入预处理流水线，经喷砂抛丸处理，除去铁锈及其污物。其表面粗糙度要求达到40～80μ m，再喷涂预处理防锈漆。

6 钢箱梁段加工

6.1 下料、冷弯加工、相关板单元制作

1）本工程钢箱梁桥平面弯曲，钢桁架空间弯扭，其竖向腹板、加劲肋均需冷弯处理。钢桁架最小弯曲半径为65 m；钢箱梁最小弯曲半径24.5 m，施工时尚需考虑竖向起拱，且成型质量要求较高，弯曲和弯扭加工难度较大。

2）深化设计详图中的尺寸均为加工净尺寸。在实际制作中，需考虑焊接收缩量及现场对接所必需的余量。在桥面的宽度方向，每个分段箱形加4 mm的焊接收缩余量，在长度方向，每个安装分段均按无切割量的方案进行放样，加5～10 mm的焊接收缩余量。线形成形后，对余量端进行精确切割，并标记好纵横向控制线（对接线）。

3）深化设计和下料时考虑竖曲线、预拱度、横坡、纵坡等因素对构件尺寸的影响[1-4]。

6.2 组装胎架搭设

1）将钢箱梁制作与预拼装相结合，在同一胎架（图5）上完成，胎架考虑线形、平面曲率、顺桥向坡度、跨中起拱和横桥向坡度，按吊装分段整跨制作。

2）将车间制作验收后的顶板单元、腹板单元、隔板单元、底板单元，分别吊装至胎架。

3）待整体装配成型并固定牢靠后，将腹板、隔板单元分别与顶底板单元焊接，其中顶底板单元之间不焊接。

图5 胎架示意

6.3 顶板定位组装

将单元件顶板坯依次平置于装配线上，以板中心定位，U形肋反置于顶板上用靠模初定位，检查确认后，用门架校正装置，U形肋长度方向，顺沿靠模定位并在单元件顶板坯端部250 mm处开始定位点焊，然后每移约700 mm定位焊一次，每定位焊长度约40 mm，直至配焊完一块单元件，再进行第二块配焊（图6）。

图6 顶板装配示意

6.4 横隔板定位组装

上横隔板用模板定位，用半自动CO2气体保护焊或手工焊完成焊接（图7）。

图7 横隔板组装示意

6.5 腹板定位组装

将腹板，纵向、横向加劲板在预设的装配平台上组装、固定、焊接。采用CO2气体保护焊或手工焊进行施焊，焊接时采取对称施焊。进行矫正及验收后，将其运至胎架上组装、焊接（图8）。

6.6 底板单元定位

先安装底板U肋和加劲板，再铺底板。焊接时，U肋和加劲板在拼接接口位置预留一段长度不焊，以便于拼接时调整（图9）。

图8 腹板组装示意

图9 底板组装示意

6.7 悬挑侧定位组装

底板铺装完毕后，即可进行边缘加劲板、封板的组装（图10）。

图10 悬挑侧组装示意

6.8 构件检测验收

进行矫正及总体尺寸、焊接的验收，确认无误后进行涂装。

7 焊接工艺要求

7.1 焊缝形式

焊缝形式主要分对接焊缝和角焊缝。优先采用埋弧自动焊，其余采用气体保护焊。

1）顶板、底板及腹板的纵横对接为全熔透焊缝，采用埋弧自动焊。

2）顶板与纵向U形加劲肋采用V形坡口焊缝，熔透角焊缝，手工气保焊。

3）底板与纵向U形加劲肋和I形加劲肋采用贴角焊缝，手工气保焊。

4）腹板与顶板、底板为熔透坡口角焊缝，手工气保焊。

5）横隔板与顶板、底板为坡口角焊缝，手工气保焊。

6）横隔板与腹板坡口角焊缝，手工气保焊。

7）箱梁分段的顶板、底板对接焊缝，采用内置磁衬垫的坡口熔透焊接-单面焊双面成型，手工气保焊。

7.2 焊接工艺要求

1）施工前，应按照规范要求进行焊接工艺评定试验。通过焊接工艺评定试验，获得必要的焊接技术参数，并以此为依据制订焊接工艺规程。

2）钢结构的焊接尚应对焊接作业进行防护，溧阳地区气候冷热多变，湿度较大、降水较多，如果焊接区域潮湿或接头温度急剧下降，将破坏接头热影响区金相组织的正常转变过程，甚至会导致产品报废。因此，本工程焊接现场的环境保护采用防护棚遮挡。

3）熔透接头采用CO2气体保护焊工艺，电流270～320 A，电压30～38 V，焊速150～500 mm/min，焊丝伸出长度约20 mm，气体流量20～80 L/mm。反面用碳刨清根，直至露出焊缝金属；再用砂轮打磨，露出金属光泽。

4）采用陶质衬垫单面焊双面成型技术，确保主要受力纵横焊缝全熔透，减轻劳动强度。

5）顶、底、腹板对接焊缝中不允许出现交叉焊缝，同一方向的焊缝间距不小于200 mm。

6）钢桁架部分弦杆隔板操作有难度，采用三面焊接后顶紧的方式。

7）对接焊缝要求焊透、磨光，并保证工地焊接质量；所有焊缝均为连续焊缝，都应严格进行检查，并作记录。一级焊缝应进行X光探伤，并拍片。

8）对于开坡口角焊缝，装配时采取工艺措施，保证坡口间隙，以确保焊缝根部熔合良好。

7.3 焊接变形控制措施

1）焊接工艺按减小残余应力、减小焊接变形来完成组拼工艺。对于跨中段间接头应先施焊底板、再顶板、后腹板；对于支座附近段间接头先施焊顶板、再底板；对于1/4跨附近顶、底板可按弯矩包络图判断，腹板最后施焊。组拼时应注意对称施焊，对于焊接变形较大者应采取消除焊接残余应力和焊接变形的工艺措施，从而控制工厂或工地段间接头主受力板件错缝量在相关规范容许范围内。

2）将钢箱梁各种焊接接头分类，使所有受力焊缝处于水平位置下施焊，采用自动焊及焊接变形小的焊接方法。

3）每块单元件采用2台CO2自动焊机对称施焊，焊接线能量小，且焊接运行均匀，所产生的焊接应力分布有规律。经过单元件施焊试验，确定其焊后变形趋势及量值，针对这些变形方向和量值设计反变形焊接胎架，给单元件在焊接前施加反方向等变形量值的预变形，使焊后变形量正好与其反变形量相抵消。经生产实践的验证，单元件焊接后的变形得到有效的控制。

8 涂装工艺要点

1）溧阳地区属于城市和工业大气、中等二氧化硫污染、低盐度沿海区，腐蚀种类为C3。根据JT/T 722—2018《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》，采用长效型防腐体系。

2）对漆膜厚度难以保证的结构体边缘、角隅等处应先进行预涂装。

3）对漆膜厚度未达到规定要求的部分或因涂面受损伤、剥落、针孔等均应修整补漆。

4）当涂膜干燥后，必须小心地垫上软性物体，以防涂膜损坏。

5）所有外露自由边（如底板外边缘、伸缩缝位置等）均应对直角处打磨成R＞1 mm的圆弧。清除焊缝处的毛刺、尖角、熔渣、飞溅物等，以便保证涂装工艺质量。

9 模拟拼装

1）模拟拼装采用高精度三维激光经纬仪，采用专业软件将测量数据转换成点云图，再与理论模型对比。

2）每段构件整体焊接完毕后，进行检查、清理和打磨。

3）测量点主要选择具有代表性的控制点，以保证线形和坐标。

10 现场安装

10.1 拼装场地布置和要求

1）钢桁架及钢箱梁均需现场拼装，现场拼装工作量大且要求高。

2）现场拼装场地位于道路交叉点东北角（图11），为便于大型梁段转运，拼装场地拟沿主通道斜向布置。拼装场地内设1台50 t履带吊用于重型构件的拼装，3台25 t汽车吊用于散件拼装，按照主通道和次通道各一拼装轮次。

图11 拼装场地布置示意

10.2 拼装场地要求

场地表层为软土，标高较低。首先进行局部土方回填压实，然后回填厚200 mm碎石层，其上浇筑厚200 mm的C20混凝土。

10.3 主要吊装方法

1）由于公路交通限制，仅可在封路的有限时间完成主跨钢桁架的整体吊装。为减少对公路交通的影响，主跨钢桁架采用整体抬吊吊装，边跨钢桁架及钢箱梁均单跨整体吊装，中间不设支点（图12）。采用2台350 t履带吊抬吊主跨钢桁架后，单台350 t履带吊进行其余分段的吊装。

图12 吊装分段示意

2）由于梁段安装过程中公路仍在通行，安装过程中采取设置警戒线、硬质围挡、设立交通减速、警示标志等多种措施保障安全。

11 结语

根据三维测量结果得出偏差值后，建议采用如下纠偏措施修正构件：

1）微小偏差可以采用坡口尺寸＋焊缝过渡的方式调节。

2）桁架水平横梁采用一端牛腿现场焊接，另一端车间焊接的方式，便于现场定位和调节偏差。若偏差较大，也可以采用两端现场焊接，逐步消除扭转偏差。

3）箱形构件端部预留一定长度不焊，根据实际偏差值渐进过渡纠偏。

本项目施工过程中，通过各个环节的不断努力，在桥梁制作和安装方面完善了相关空间扭曲构件的经验积累。最终，中关村大道与城北大道平交口人行天桥工程得以顺利实施，并取得了良好的社会和经济效益。