1.成都天府新区建设投资有限公司 四川成都 610063；2.成都天府新区建设投资有限公司 四川成都 610063；3.成都天府新区建设投资有限公司 四川成都 610063；4.中国五冶集团有限公司 四川成都 610063
摘要：随着我国科学技术和基础建设行业的飞速发展，钢结构工程的技术越来越先进，其应用发展也越来越快，工程应用范围也越来越广泛。特别是大跨度钢结构，以北京鸟巢为代表，大型场馆、桥梁工程中应用尤其普遍，大跨度轻型钢管桥架高空景观栈道目前又成为了一个发展和应用的热点。钢桥架属于非标定制产品，国内目前尚无专门生产钢桥架的钢结构厂，大都是按工程需要进行定制生产，其定制生产的质量也参差不齐。本文以复杂地形环境下栈道设计施工为背景，浅谈其技术质量控制重点。
关键词：复杂地形栈道；栈道设计技术；栈道施工技术；栈道技术质量控制；
0 引 言
四川省天府新区龙泉山区域，某栈道工程最大跨度36m，最大安装高度26.2m，栈道设计钢桥架192跨，2.81公里。该栈道结构复杂，设计安装精度要求高，同时由于地处龙泉山森林公园，地形起伏较大，常规吊装设备吊装困难，施工难度极大。本文以此为背景，简单探讨复杂地形栈道设计施工技术。
1 设计要点
1 钢桥架设计分段采用模块化拼接，方便加工及安装；现场拼接采用螺栓连接，可有效减少现场焊接量，但对施工精度要求很高。
2 栈道大部分位置离地面高度较高，且栈道墩柱为下部单根混凝土柱加V形钢柱形式，导致栈道侧向刚度较弱；为保证在人群荷载作用下栈道侧向舒适度，下部混凝土柱采用变截面柱，使侧向频率避开人群敏感频率。
2 施工工艺及操作要点
2.1 施工工艺流程
材料选备、下料→钢桥架工厂组装→钢桥架工厂焊接→钢桥架工厂涂装→钢桥架现场安装→格栅板、栏杆安装→防腐、防火处理。
2.2 施工操作要点
2.2.1 材料选备、下料
1 由于构件外形尺寸较大，因此下料前需对原材料进行抛丸及工艺底漆处理，处理合格后方能进入下料工序。
2 根据深化设计图纸进行零件材料排版，提出材料计划，减小钢材下料料损，节约成本。
3 下料主要分为三部分
1）法兰连接板以及栏杆连接板等小型带孔构件，采用火焰切割或激光切割后再用数控平面钻开孔，保证构件制作精度，使之具备互换性。
2）桥架钢管下料为将复核无误的模型导入五轴相贯线切割，调整坡口角度，使之满足焊接要求。
3）打磨坡口，使之满足焊接需求。
4 弦杆下料时，考虑到弯制及焊接收缩等问题，需每根弦杆两端各考虑300mm的加工余量。腹杆杆件尺寸必须考虑焊接接头的预防收缩量和加工余量（一般为3～5mm）。
2.2.2 钢桥架工厂组装
由于钢桥架具有体积大、相对质量轻，且单榀桥架存在空间角度问题，必须根据技术交底合理布置生产车间流水作业生产场地，确保各工序顺利完成。
1 首先制作组装平台，平台尺寸大于为柱顶桥架及主梁连接桥架的尺寸；平台防下陷变形措施完备。
2 在组装平台上利用全站仪按1：1安装桥架立体组装胎膜，胎膜立柱由H型钢，横梁由工字钢制作，用于支撑桥架主弦杆。弧形胎膜架制作顺序如下：
1）根据深化完成的图纸，按照钢桥架单段（柱顶模块+主梁模块+柱顶模块）投影在组装平台上放出地样。放样时首先用全站仪在组装平台上根据构件弧度，按600mm-1200mm长分出对应的构件点位。设置构件测量控制点以及构件曲线半径圆心，利用地规检查构件点位是否与全站仪测量点位重合。必须确保地样半径、单榀钢桥架弦长及弦高与深化图纸一致，柱顶位置相对坐标必须与设计一致。
2）在地样上，根据构件长度，合理布置胎膜架立柱。立柱高度需满足前后两榀钢桥架的预拼装要求。
3）根据钢桥架立面投影及起拱要求在对应立柱位置布置上、下弦杆钢横梁，并准备5~10mm厚垫板，做微调整使用。
3 根据深化图纸，将钢桥架主弦杆放置在组装胎膜上，并采用焊接挡板固定四周，使之处于约束状态。
4 依照先下面后两侧再上面的组装顺序进行腹杆组装。
5 对需要隐蔽的焊缝，必须先焊接完成后，再进行下一根腹杆组装。
6 单段柱顶模块及主梁模块焊接完成后，由于柱顶模块为水平设置，因此将水平模块放置在胎膜架上，调整完成水平度后，利用6线红外水平仪检查模块水平度，并安装连接法兰。连接法兰安装完成，复核孔距水平距离及对角线尺寸无误后进行定位焊接。
7 在胎膜架上根据柱顶位置定位柱顶模块支座位置，切割多余主梁模块弦杆。
8 将柱顶模块法兰与主梁模块一端法兰用同规格安装螺栓拧紧，保证无间隙。
9 焊接主梁模块一端与法兰的连接焊缝，焊接柱顶模块与法兰的连接焊缝。
10 安装法兰加劲板并焊接完成。
11 重复6~10步骤安装主梁模块另一端的柱顶模块及主梁模块法兰。
12 复核单段钢桥架外形尺寸（柱顶模块+主梁模块+柱顶模块）是否完全满足制作及安装工艺要求。
13 拆除安装螺栓，完成单段钢桥架组装。
2.2.3 钢桥架工厂焊接
钢桥架对接焊缝为一级，腹杆与弦杆焊缝为二级。
1 选派具备一级焊缝焊接技能的焊工进行现场模拟焊接，并进行焊接工艺评定，焊接工艺评定合格，焊缝经探伤合格后方能上岗操作。
2 桥架焊接时，为控制焊接变形等，需安排4名焊工从桥架中部下弦杆位置进行对称焊接，先焊立焊缝后焊平焊缝。使用混合气体保护焊焊接，采用小电流减少热输入，电流范围控制在240-280A之间。
3 在杆件等材料制作过程中，由于材料、设备、工艺等影响，不可避免会造成钢构件变形。针对钢桥架杆件数量较大、形状比较一致的特点，主要采用火焰矫正以及机械辅助矫正的方法解决变形问题。
1）钢桥架变形主要是上下弯曲变形和左右不对中变形。当钢桥架上下弯曲变形时采用三角形加热法，对中变形采用块状加热法矫正。
2）矫正上下弯曲变形时，加热部位在钢桥架带竖杆的正上方位置，避免加热在其他部位导致主弦杆局部弯曲变形。当弯曲变形在5mm以内时，在钢桥架左右单片的上拱面加热一个长150mm左右三角形，加热温度在600-800度之间；上拱5-8mm时在左右单片上拱2处各加热两个长150mm左右三角形，同样温度控制在600-800度之间；上拱超出8mm，对每超出3mm增加一个加热点。
3）矫正对中变形时，当对中偏差在8mm以内时，可在对中数据偏大的一侧弦杆外侧加热一处50*50mm块状即可，或在对中数据偏小的一侧竖杆中间加热一个50*50mm块状，加热温度在600-800度之间。当对中偏差大于8mm以上时，只靠用火焰矫正已无法完全矫正时，可采用机械矫正法辅助矫正，先用拉环把对中偏差预先矫正，后再用火焰矫正，等火焰矫正材料冷却后在松开拉环，避免反弹。
4）火焰矫正冷却方式避免用水冷，因水冷材料温度会急剧下降导致材料出现淬硬倾向，所以宜采用空冷方式。
4 钢桥架焊接完成并经振动消除应力处理后，检查复核构件尺寸，切割弦杆多余长度，按连接顺序进行法兰连接板安装、焊接；
5 焊接完成后，经自检及第三方检测，探伤合格方能进入下道工序。
2.2.4 钢桥架工厂涂装
1 采用砂轮机，清除焊缝位置的飞溅、焊瘤等表面缺陷。
2 对打磨漏出金属光泽的位置进行底漆补喷。
3 根据设计要求构件整体喷涂底漆两遍。
4 底漆喷涂4-8小时后，进行中间漆喷涂。
5 中间漆喷涂完成后进行超薄型（室外膨胀型）防火涂料喷涂。
6 喷涂面漆两遍。
以上工艺要求在后文钢桥架的防腐防火处理中会详细说明。
2.2.5 钢桥架现场安装
1 钢桥架运输
使用大型平板车将成品钢桥架和格栅板从工厂生产车间运输至现场拼装场地。
钢桥架运输时遇陡坡道路，采用50型装载机在平板车前端做动力牵引，到达目的地后再用吊车吊运至对应桥墩位置，进行拼接。
格栅板、栏杆于厂内加工完毕运至工地临时存放场地，待钢桥架架设完成后，分段吊装于钢桥架上，再将格栅板与钢桥架梁按要求采用U型卡连接，同时完成栏杆扶手安装。
2 钢桥架现场拼装
钢桥架现场拼装属关键工序，根据构件结构特性和技术要求，结合现场组装能力、机械设备等情况，选择能有效控制组装精度、耗工少、效益高的方法进行。具体为：
1）拼装前准备工作。
对运至现场的成品及零件质量及数量进行复核；在现场制作拼接平台，必须要处理好基础，防止下陷变形；根据钢桥架数量及工期配置适当装配空间，包括成品堆放区、桥架拼接区等，同时配备相应机械；
2）现场拼接。
利用80吨汽车吊在现场拼接平台上，根据设计分段将支座模块和跨中模块进行拼接，先使用高强螺栓进行固定，待拼装完成后，将结构和尺寸严密调整至与设计一致后，各接头分别进行终拧。拼装完成后，吊装于存放位置，并编号。
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图2.2-1 钢桥架典型横断面图
构件组装完成后，对重新出现锈蚀现象的区域采用砂轮进行打磨，然后对清理后的区域以及焊接区域重新进行喷漆防护。
3）注意事项
钢桥架在拼装时，必须在自然状态下进行，使其正确地装配在安装位置上，严禁强制对口。在桥架组装过程中需不间断观察桥架是否发生变形，如有须立即进行调整。
3 钢桥架现场吊装
一般栈道工程施工条件较差，便道依山势修建，地形起伏变化较大，沿线便道修建及施工场地平整难度较大，路况较差，特别是有的线路沿山崖、陡坡设计，尤其是线路的横断面地形复杂，导致现场位置无法满足吊装技术及安全作业要求。因此需要按设计图纸对每一跨钢桥架单独做吊装工艺设计，计算钢桥架总量，根据墩柱高度、吊装场地大小以及钢桥架长度，选择吊点位置、吊车型号，规定钢丝绳张角，规定吊具形式，制定安全操作规定，制定周密的工艺测绘措施和安全措施，确保吊装顺利完成和安全。现场主要采用单机吊装法。
1）吊装前准备
每道钢桥架吊装前必须做到：踏勘现场，排查现场可疑因素，如虚填土、坑穴、不稳定边坡、水流，妨碍吊装的地下暗障、地面障碍、上空电线电缆等；查看运输路线；查看吊装现场周边环境；测量吊装现场地面、空间尺寸。现场核对轴线位置、测量、核对轴线实际跨度、钢桥架型号；确认道路、吊装场地可否满足运输、吊装要求，是否符合吊装方案要求，若不符合应提出道路、场地整改要求；对难度大的轴线，应经过仔细考察、分析，综合各影响因素，考虑修改、补充、乃至单独制定吊装方案解决。吊装方案主要根据单次吊装钢桥架重量、现场地形、空间位置关系、交通条件等，选择吊点位置；地形陡峭区域，为避免破坏原始地貌，无法开辟临时便道，优先选择350吨吊车作业，在坡顶及坡脚位置分别设置吊点；地形平坦区域，可设置临时便道，主要采用80吨吊车作业，利用临时便道作为吊点逐跨进行吊装。现场踏勘地形，初步拟定吊点位置后，统计所有吊装构件重量，以及单个构件吊装半径，完成每个点位最不利工况分析，再根据吊车起重性能表筛选匹配的吊车，通过对支腿受力计算出吊点地基承载力要求，分析是否需要进行地基处理、浇筑混凝土平台。吊装前组织开通、平整道路、平整吊装场地、完成地基处理，必要时浇筑混凝土吊装平台，吊点经吊装队验收认可后方可投入使用。
2）现场吊装方案
本次钢桥架总体跨度大、重量较重、吊装高度大、普通汽车吊无法接近，因此，本次安装采用最小吊车为80吨，最大吊车为350吨。吊点选择、吊具方案及制作：由于桥架为弧形结构且安装存在倾斜角度，为保证安装顺利进行，共设置6个吊耳，其中4个做钢丝绳做主吊点，2个用做手拉葫芦调整。
3）具体吊装过程
拼装钢桥架：按安装顺序将厂内预拼装完成的钢桥架主梁模块放置在现场拼装胎架上，由1台80吨汽车吊将柱顶模块吊起，使之与主梁模块法兰自由对位。对位完成后按先角再中的顺序拧紧连接法兰的高强螺栓。高强螺栓紧固必须符合设计及规范要求。
转运钢桥架：将钢桥架从拼装位置吊至起吊装位置，安放在此处枕木上，为了防止碰撞墩柱等，钢桥架两端固定揽风绳，分别由2个人牵引，用以配合吊装位置调整
操作人员就位：现场由墩柱底至钢柱顶搭设双排脚手架，操作人员、电焊工至架顶平台，挂双钩安全绳；先由高空作业人员预先安装好柱顶支座，经检查支座规格尺寸、位置，水平度无误后，由焊工做好钢桥架安装准备；
吊装：吊车在预定位置就位，首先将吊车挂钩，缓慢起吊，至离地2CM检查钢桥架吊装角度是否满足安装要求，吊车支腿枕木有无快速沉陷、过度沉陷，若有必须查明原因，排除后方可继续作业，缓慢上升，操作中保持钢桥架平稳，钢丝绳无斜拉现象，吊车支腿稳定，车身水平。上升过程拉好四角揽风绳，不允许钢桥架碰撞墩柱或吊车爬杆，以及支座。至预定高度缓缓就位（人工、揽风绳、吊车相互配合），然后检查钢桥架就位纵向、横向准确度、左右水平度，确认就位纵向、横向位置、左右水平无问题后，先将钢桥架一端与已安装的支座模块采用高强螺栓连接，将8个高强螺栓左右对称拧紧，至规定扭矩。再将另一端桥架下弦杆与支座进行焊接，最后经检测无问题后补刷油漆，按操作规程收松绳、收吊具、下人、收车、准备下一段桥架安装工作。
累计误差调整：由于钢柱现场螺栓埋设与厂内桥架加工拼装均采用全站仪定位，因此，误差基本控制在10mm以内。经设计同意后，制作、安装产生的累计误差根据安装时的柱顶模块的偏差量在需调整位置设置5mm-10mm法兰板或现场切割弦杆，重新焊接法兰以控制安装偏差。
2.2.6 钢格栅、栏杆安装
1 钢格栅安装
1）钢格栅安装前必须确定安装顺序，结合图纸中钢格栅编号依次安装。钢格栅安装前应在地面拆开，按照图纸编号和安装顺序归类摆放。
2）钢格栅利用吊车吊运至已安装钢格栅上堆放，再采用人工进行安装，每安装一块钢格栅后必须将安装夹紧固，每件钢格栅使用安装夹的数量不得少于2只，格栅板安装一块必须固定一块，未固定格栅板严禁站人作业，同时不允许拆除临时防护措施。钢格栅板间及边缘位置安装间隙不大于10mm。
3）格栅板不得集中堆积在桥架上，在已安装格栅板上堆积数量不得超过10张，作业过程中作业人员应将小型工具放入工具袋内，不允许将小型工具及配件，直接放在格栅板上，防止坠物伤人。
2 栏杆安装
1）栏杆在厂内制作后必须经强度检验，其结果应符合国家标准规定。构件表面无明显凹面和损伤，表面划痕不超过0.5mm；构件磨光组装的顶紧面紧贴不少于80%。且边缘最大间隙不超过0.8mm；杆件加工长度误差不大于1mm。
2）栏杆安装时，采用吊车转运至钢钢格栅上，吊装时需注意栏杆及主体结构上已安装工程成品保护。
3）栏杆镀锌角钢装饰板通过2颗M8镀锌螺栓与主体结构上连接板连接，装饰板下部与L50*5镀锌角钢焊接，横杆通过连接板与栏杆立柱焊接。
2.2.7 防腐、防火处理
涂料应特别注意各层涂料间作用、性能、硬度和烘干方式的配套性，以免发生各种不良反应，如起皮、咬底、开裂等。工艺流程：基面清理 → 底漆涂装 →中间漆涂装 →防火涂料涂装 → 面漆涂装 → 检查验收，具体内容为：
1 基面清理：油漆涂刷前，应将需涂装部位的泥土、焊缝药皮、焊接飞溅物、油污等杂物先大致清理干净，再用优质金刚砂做为磨料，使用自制喷射设备进行仔细除锈，除锈质量等级必须达到（GB/T8923.1-2011）中的Sa2.5级标准。
2 底漆、中间漆涂装：调和油漆时应注意控制油漆粘度、稠度、稀度，兑制时应充分搅拌，使油漆色泽、粘度均匀一致，使用重力式喷枪进行喷涂，待第一遍涂完后，应保持一定时间间隙，防止第一遍未干即涂第二遍，否则将出现漆液流坠发皱，质量下降。待第一遍干燥后，再涂第二遍，第二遍喷涂方向应与第一遍喷涂方向垂直，这样可使漆膜厚度均匀一致。底漆喷涂4～8h后方可达到表干，表干前不应涂装中间漆。
3 防火涂料涂装：现场拼装完成后统一涂装防火涂料，在施工前应进行面漆相容性试验。涂装时先将钢结构表面油污和灰尘清理干净，清洗油污采用洗洁精，并对表面已锈蚀或脱落的底层油漆进行补涂。涂装施工应控制相对湿度在85%以下，也可控制钢构件表面温度高于露点湿度。由于涂料中各成份比重的不同，在使用前，必须用搅拌机将桶内涂料搅拌均匀后才可使用，施工环境温度一般控制在5-40oC之间。每遍施涂前，均应由质检员认可表干程度后，才能再涂刷下一遍，间隔时间一般为8~10h。
4 面漆涂装：在涂装面漆前需对钢桥架表面进行清理，面漆兑制稀料应适中，面漆使用前应充分搅拌，保持色泽均匀。其工作粘度、稠度应保证涂装时不流坠，不显刷纹。
5 油漆涂装工艺采用喷涂施工时，应调整好喷嘴口径、喷涂压力，喷枪胶管能自由拉伸至作业区域，空气压缩机气压应在0.4～0.7N/mm2。喷涂时喷嘴应该平行移动，移动时应平稳，速度一致，保持涂层均匀。采用喷涂作业时，一般涂层厚度较薄，故应增加喷涂次数，每层喷涂时应待上层漆膜已经干燥时进行。
6 油漆涂层检查与验收：表面涂装施工期间，应对已涂装构件进行成品保护，防止被飞扬油漆和尘土污染。涂装后涂层颜色应一致，色泽鲜明光亮，不起皱皮，不起疙瘩。涂装漆膜厚度采用触点式漆膜测厚仪测定，漆膜测厚仪一般测定3点厚度，取其平均值。保证项目应符合下列规定：
1）涂料、稀释剂和固化剂等品种、型号和质量，应符合设计要求和国家现行有关标准的规定。检验方法：检查质量证明书或复验报告。
2）涂装前钢材表面除锈应符合设计要求和国家现行有关标准的规定：经化学除锈的钢材表面应露出金属色泽。处理后的钢材表面应无焊渣、焊疤、灰尘、油污、水和毛刺等。检验方法：用铲刀检查和用现行国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定的图片对照观察检查。
3）不得误涂、漏涂，涂层应无脱皮和返锈。
3 主要质量控制要点
3.1对钢桥架钢构件制作质量的控制
3.1.1 桥架钢管采用Q355B碳素结构钢，力学性能、机械性能、化学成分应分别符合《GB/T8162-1999》、《GB/T700-1988》、《YB4104》的规定。在原材入库前，由专人对材料的质量和规格进行检测，合格后方可入库。
3.1.2对于钢构件制作的胎架划线和搭设尺寸、钢构件拼装时的基准线和定位方式等进行严格检查控制。
3.1.3钢构件拼装检查应在制作焊接完成后自由状态下进行。应按每榀构件拼装胎架中每一支点的三维空间位置验收结构尺寸。
3.1.4桥架制作时应按放样尺寸下料，材料表仅供参考。弦杆杆件长度不够时应设拼接节点，拼接位置根据材料长度进行调整，但拼接位置应在节间且在受力较小处。对于桥架，上下弦杆设2个拼接点，左右两跨拼接位置错开。上下弦杆在其他位置不得有材料对接，材料要合理计划。
3.2钢结构焊接
3.2.1焊剂采用F5014型，焊丝采用ER50-6型，其质量符合《GB/T8110-2008》的规定。焊剂、焊丝必须防潮存放，不可使用涂料剥落、脏污、生锈的焊接材料。
3.2.2电焊工必须进过相应的有关考试并取得合格证后方可上岗施工。
3.2.3钢桥架焊接应符合《钢结构工程施工质量验收标准》的规定。焊接表面或坡口50mm范围内，必须进行表面处理，不得有氧化物及其他污物。桥架弦杆的对接焊缝质量等级：一级，桥架腹杆与弦杆焊缝质量等级：二级。
3.2.4每道焊缝在焊接后，必须将焊渣和飞溅物清理干净。
3.2.5对表面状况开裂，装配质量不良及其它造成焊接质量不好的现象，要进行修补。
3.2.6焊缝完成后质检人员及时按设计和GB50205等标准要求进行外观检查和无损检验，不合格部分及时通知焊工返修。
3.2.7现场试验人员按照焊接数量对接头进行各项检测，确保焊接质量。
3.3钢结构组装质量控制
3.3.1组装前，应对桥架设计文件与预拼装记录进行检查，并复验记录桥架构件的尺寸。对拼装好的桥架梁进行起拱度的检查。
3.3.2钢桥架吊装就位后，应对桥架定位轴线、标高等设计要求控制点进行测量做好标记，对吊装对接接头质量进行焊前检查。
3.3.3拼装好的钢桥架不得直接放置于地上，要垫高20cm以上，并且要平稳的放在支撑座上，支承座之间的距离，应以不使钢桥架产生残余变形为准。
3.4涂装施工质量控制
3.4.1在涂装施工前严格控制施工环境的温度、湿度和光线。
3.4.2在涂装前派专人负责对涂料的规格、质量、运输、存放进行检查。
3.4.3严格控制涂装间隔，务必在上层干透后才可以涂装下层。
3.4.4对于出现刮蹭等外因造成的破损，以及焊接、烧损和紧固件等，必须进行修补漆。
3.4.5钢构件在涂刷防锈材料前，应进行除锈，除锈采用磨光机钢丝刷除锈，除锈质量等级要求达到（GB/T8923.1-2011）中的Sa2.5级标准。要喷涂底漆前不得有铁锈和其他污物。
3.5吊装施工质量控制
3.5.1要用钢尺逐跨检查墩柱的高度、跨度、支座的位置和尺寸。
3.5.2吊装前恢复桥架两端的中线和端线，确保位置的准确。
参考文献：
[1] 钢结构工程施工质量验收标准 GB50205-2020
[2] 结构用无缝钢管 GB/T8162-1999
[3] 碳素结构钢 GB/T700-1988
[4] 涂覆涂料前钢材表面处理 GB/T8923.1-2011