箱桁组合结构集钢箱梁、钢桁梁的特点于一身，是近年来公铁两用大桥采用较多的一种结构形式。钢梁大多采用工厂整节段制造，具有体积大、组成构件多、连接关系复杂等特点，对制造精度和起重、运输设备要求较高。本文以巢马城际马鞍山公铁两用大桥为例，主要从大节段组拼工装设计、组拼工艺、整体预拼装及精度控制等方面对钢桁梁大节段制造技术进行探讨，为类似工程提供借鉴。

马鞍山公铁两用大桥是一座集高速公路、城际铁路、轨道交通及管廊为一体的跨江通道，是沪汉蓉铁路巢湖至马鞍山段控制性工程。桥梁全长9799.9m，由和县侧引桥、主汊主航道桥、江心洲引桥、副汊副航道桥和当涂侧引桥组成。主航道桥采用主跨1120m的三塔六跨钢桁梁斜拉桥，总长3248m，分为232个节间。横断面采用双层桥面布置。上层公路桥面为双向六车道城市快速干道，采用板桁组合结构；下层铁路桥面为双线城际铁路，并预留轨道交通线及管廊过江功能，采用箱桁组合结构。

图1 巢马城际马鞍山公铁两用大桥主航道桥跨径布置

钢主梁采用三主桁结构设计，桁间距2×15.5m，边桁桁高15.5m，中桁桁高15.737m。钢梁要求采用双节间大节段整体制造，标准节段由两个边主桁、一个中主桁、两个上层公路桥面块体、两个下层铁路桥面块体及附属构件组成。同一节段内构件的工厂连接均采用焊接；节段之间除上弦杆的腹板和底板、下弦杆及斜杆采用高强度螺栓连接外，其余采用焊接连接。标准节段长28m，吊装重量约1400t。

公路桥面采用正交异性钢桥面板，单侧钢桥面板宽13.1m，设单向2%横坡，每隔2.8m 设置一道倒T型横梁。铁路桥面采用与弦杆焊接的整体钢箱结构，单侧铁路桥面钢箱总宽14.1m，设双向2%横坡，每隔2.8m设置一道实体式横隔板，道砟下方钢桥面板采用轧制不锈钢复合钢板。斜拉索梁端锚固结构采用在上弦节点顶面设置双腹拉板式钢锚箱的方案，两侧拉板横向间距与弦杆内宽相等。

图2 钢桁梁大节段结构简图

钢桁梁采用整节段制造、架设方案，工厂制造难度大，对设备、场地及制造水平要求高，主要体现在以下几个方面。

第一，标准节段包含两个节间，立拼拼装前需制造成3个桁片单元、2个铁路桥面块体、2个公路桥面块体共7个超大构件。桁片和块体单元尺寸大，构件翻身、出胎、转运、定位、调整难度较大。块体和桁片内杆件之间多采用熔透焊缝或坡口焊缝，焊接量大，变形不易控制。节段之间采用栓焊结合方式，对块体和桁片制孔精度要求高。

第二，大节段立拼拼装对工装设备要求高，构件吊装及大节段出胎均需采用大型起吊、运输设备。拼装胎架要求具备足够的承载力并具备三向精调功能。如何实现超大构件精确调整及整体组拼精度控制是大节段组拼质量控制的关键。

第三，大节段制作时，组焊工作量大，会产生较大的内应力。为保证同一轮次内各节段之间、不同轮次节段之间拼接接头的良好匹配，便于桥位复位。节段制作要求设置测控网按长线法进行匹配拼装、测量控制。既要保证节段尺寸公差满足要求，还要实现拼装接头在无应力状态下的精准对接。

大节段制造采用“4+1”预总拼模式，胎架采用支撑墩方案，每个节段下方设置30个钢支撑墩，单个桁片或块体下方各设置6个支墩。支墩与地面预埋铁采用焊接连接，标准支墩高约1.25m，墩顶设置调整垫，各支撑墩顶面标高需根据制造线形精确调整，偏差不大于1mm。支墩之间预留运梁平车通道，通道宽约4.5m，位于直腹杆正下方。预拼装作业区四角设稳定的测量对线装置。布设“五纵一横”测量控制网：胎架底面横向布置5条地样线，作为桁片块体粗定位基准，横向在首节段横基线处设置横向地样线，作为纵向定位基准。预拼装胎架支墩及线形布置见图3。

图3 钢桁梁大节段预拼装胎架

桁片拼装时，在铁路桥面靠近桁片侧搭设脚手架，设置爬梯及护栏。在公路桥面板下侧和斜腹杆接口拼接区域设置操作平台，铺设钢格栅板，用于后续作业。胎外设置旋转梯道，连接上下层桥面系，作为施工人员上下通道。

为避免上部施工对复合板表面的损伤，复合板面铺设橡胶垫。

钢梁制造采用“零件→板单元→杆件→桁片（或板块）→打砂涂装→大节段→ 总体预拼装→桥位连接”的生产方式。先在车间内完成各类杆件和单元的制作，然后在拼装基地进行桁片、块体“4+1”预总拼，桁片和块体单元制作完成后移交涂装车间。在预拼装胎架上，通过测量控制网定位，将各节段的桁片、块体单元组拼成整体，检测合格后按工艺要求完成节段内焊接作业和节段间接口匹配。大节段制作完毕后，采用4台480t运梁平车横向出胎，并按架设顺序转运至存梁场存放。标准大节段装载采用1600t门吊，水路运输至桥位后采用桥面吊机安装。

标准节段组焊顺序：左侧铁路桥面块体→中桁桁片→右侧铁路桥面块体→左侧边桁桁片→左侧桥门架（特殊段）→左侧公路桥面块体→右侧边桁桁片→右侧桥门架（特殊段）→右侧公路桥面块体→桥面附属构件。该轮次所有构件组拼完毕后，再逐段进行焊接，焊接完毕后进行总体预拼装。

图4 钢桁梁大节段组拼流程

首个大节段制作时，各桁片和块体单元定位、支撑只能通过工装工艺措施，实施难度和安全风险较大。后续节段组拼时，近端可与首节段固结，只需在远端采用措施即可，拼装难度要小很多。下面以首轮大节段组焊为例，对钢桁梁大节段制造关键技术进行论述。

根据大节段焊接工作量、组拼顺序、焊接工艺及成品公差要求，结合类似结构焊接收缩与变形规律，边桁桁片定位时，向外侧设置偏移量（上弦侧设置8mm工艺量，下弦侧设置6mm工艺量）。预偏量大小与节段宽度、纵缝数量、桥面系顶底板厚度、横梁腹板与主桁接头板的焊接方式等因素有关，制造前需综合考虑。

三主桁大节段组拼精度控制的关键是中桁桁片的定位精度控制。桁片及块体单元定位采用“五纵一横”测量控制网，地样线仅可用于粗定位，精确定位需通过全站仪测量定位。组拼及施焊过程中，需加强中桁桁片垂直度监测，超差时采用施焊顺序调整、钢倒链微调等措施，使中桁垂直度控制在3mm之内。

图5 大节段组拼工艺量设置及精度控制示意

① 测点布置。为保证组拼精度，在参与组拼的各类块体、桁片可视范围内布设测量控制点和测量点，用于组拼定位及精度控制。控制点在后续组拼中作为定位基准，测量点作为参考。出现较大偏差时，需查找原因后修正。测点一般布置在基线交汇处，贴专用反光膜。

图6 构件测点布置示意图

② 铁路块体单元定位。铁路块体定位时，先以拼装区纵横向地样线为基准进行粗定位。然后在块体四角及地面设置临时拉耳，采用“钢丝绳+钢导链”的方式进行精确调整。块体定位后，与下侧钢支墩墩固结，确保后续构件组焊时不发生位移。

图7 铁路块体定位示意图

③ 桁片单元定位。桁片单元采用“刚性支撑+柔性张拉”相结合的定位方式，具体操作如下：采用门吊粗就位后分别以地样线、已安装铁路块体的横基线及上弦杆接口处的测量控制点为准定位桁片单元。在桁片两端内外侧设置4道钢丝绳，下端采用钢倒链调节，控制桁片定位精度。满足要求后在边桁外侧设置两道型钢支撑，型钢采用双拼I20a工字钢。精确定位后，块体与桁片之间的纵向对接缝、腹板立位焊缝采用马板马固，两端的腹板立位焊缝焊接完成后松钩。

图8 边桁桁片单元定位示意图

首节段中桁桁片定位与边桁类似，需重点控制桁片中心距、桁片中心线偏差及桁片横基线与铁路块体横基线的相对关系。中桁桁片外侧设置刚性支撑和钢丝绳。

④ 桥门架及公路块体定位。以已安装的桁片单元纵横基线为基准安装桥门架，重点控制高度、垂直度、节点平面度等工艺项点。为保证组装精度，提高效率，减少高空作业，桥门架可制作成片体单元后整体安装。然后以桁片为基准安装公路桥面块体，重点控制边中桁中心距、端面对角线差、桥面横坡、上下层桥面系横基线偏差等工艺项点。检测合格后，采用马板将公路桥面块体与上弦杆码固。按焊接工艺要求，完成两端公路桥面横梁腹板对接。

图9 左侧钢梁定位、支撑示意图

⑤ 右侧块体及桁片组拼。以已安装的左侧钢梁为基准依次组拼右侧钢梁的铁路块体、边桁桁片、桥门架及公路块体等单元。边桁外侧设置刚性支撑和调节钢丝绳，控制整体组拼精度、各块体、桁片单元的相对关系，满足要求后马固。

⑥ 其余节段的组拼。首节段形成整体后，稳定性大幅提高。后续节段定位时，先以首节段为基准，定位中桁桁片，保证中桁的垂直度，桁片远端采用钢丝绳调节，并设置斜向刚性支撑（倾斜设置，注意避开铁路块体）近端直接与首节段采用螺栓连接，不再设置刚性支撑。中桁定位后吊装两侧铁路块体，然后分别组拼两边侧桁片，最后安装公路桥面块体。构件组拼及定位均已测量控制网及已定位的首节段为基准。精确定位后采取有效措施马固，按工艺要求完成部分焊缝施焊后方可松钩。

节段内部连接关系复杂，焊缝密集，熔透焊缝、坡口焊缝较多。为避免焊接对箱口尺寸的影响，一个轮次所有节段的块体、桁片单元组拼完成后，对主桁中心距、对角线差、基线间距、梁高及接口匹配等关键工艺项点进行检测，满足要求后再按照焊接工艺要求进行节段内焊缝焊接。

① 焊接顺序。桥面块体与桁片焊接要求对称施焊，先焊接刚性较大的腹板对接焊缝，然后焊接上下盖板纵向对接焊缝，最后焊接嵌补段焊缝。

② 焊接工艺。桥面板与主桁纵向对接焊缝、公路桥面系横梁与主桁接头对接焊缝采用背面贴陶质衬垫单面焊双面成形工艺，CO2气保焊打底，埋弧自动焊盖面；锚箱单元与上盖板熔透焊缝采用CO2气保焊焊接；铁路桥面系横梁与下弦杆坡口角焊缝采用CO2气保焊焊接；不锈钢复合板采用CO2气保焊焊接，基层部分采用实心焊丝，过渡层采用TS309LMo-FC11不锈钢药芯焊丝，复合层采用TS316L-FC11不锈钢药芯焊丝。

图10 大节段主要焊缝焊接工艺

③ 复位段焊接。鉴于节段焊接后总宽会收缩10-14mm，为保证复位段与后续轮次钢梁的匹配，复位段远端桥面板与主桁纵缝预留3m暂不焊接。

钢桁梁大节段断面大，构件多，连接关系复杂，接口匹配难度较大。制造中主要从拼装精度控制、制孔工艺、匹配工装等方面采取措施，提高匹配精度。

① 钢梁制孔工艺。主桁杆件采用传统的整体后孔工艺，杆件组焊完毕后整体划线，然后采用数控钻床钻孔，制孔精度可控。桁片制作时，除了保证基线间距，还需注意控制接口处弦杆孔群相对关系，相邻杆件最外排孔间距不大于3mm。

主桁拼接板采用配孔工艺，下料后先钻一半孔群，另一半孔群在大节段预拼装时配制。

② 工艺拼接板设计及应用。为满足节段组拼时构件连接需要，根据大节段组拼特点及匹配要求，设计工艺拼接板，用于接口匹配。工艺拼接板一侧设置圆孔，与主桁杆件孔群设计一致，另一侧采用圆孔和长圆孔间隔布置。工艺拼接板根据实体拼接板设计，厚度约20mm，为便于栓合可采用分体式。

图11 工艺拼接板

钢梁精确就位后，安装接口处工艺拼接板，图示圆孔侧采用冲钉、螺栓定位。接口匹配效果较好偏差小于3mm时，另一侧采用圆孔连接；偏差超过3mm时用长圆孔连接（冲钉需采取定位销、定位卡等防松、防坠措施）。

③ 拼接板孔群特配。钢梁焊接前，圆孔侧固定不动，去除长圆孔处定位冲钉，松动连接螺栓，释放节段内应力。焊接完毕后，拆除接口处工艺拼接板，对拼接板进行逐件特配，并做好标记和记录。

斜腹杆接口处拼接板栓合受梁高、梁长的影响较大，考虑到吊运变形、安装偏差、环缝施焊等因素，斜腹杆拼接板可预留30%在桥位安装时特配。

为保证实桥线形满足设计要求，钢梁制造时除了按监控提供的制造线形调整钢支墩标高外。还需根据桥梁特点在纵横向设置预拱度。

① 纵向预拱度设置。由于边跨钢梁采用顶推法在支架上安装，与预拼装时的状态相近，且铁路桥整体线形变化较小，纵向以监控线形为准，不再增设预拱度。

② 横向预拱度设置。公路桥面设计单向2%横坡，综合考虑主桁中心距、焊接收缩、结构自重等因素的影响，公路块体制造时，横梁腹板中部设置约25mm预拱度。铁路桥面设双向2%横坡，中心处设置15mm预拱度。

箱桁组合结构铁路桥面系为钢箱结构，出胎及转运时运梁平车可横桥向布置，避免大吨位运输托架的运用。钢梁节段出胎采用4台480t集控组合模块车，每两台组合为一体，共用一组动力头PPU。模块车起升高度约0.9～1.7m，可满足出胎及转运要求。模块车宽约3.0m，可布置于主桁竖杆正下方，该部位箱梁内部设置横隔板，整体刚度较好。

通过运用上述关键技术和质量控制措施，钢桁梁大节段制作质量得到有效保证。目前大节段制造已进行至第8轮（共9轮），经检测，节段几何尺寸、制孔精度、焊缝内在质量均满足设计文件及项目制造规则的要求。桥位钢梁架设顺利，前6轮钢梁已经架设完成，节段间接口匹配良好，环缝间隙、孔群通过率、整体线形均得到有效控制。另外，大节段施工效率也得到明显提升，施工安全性。

总体来看，通过胎架设计、组拼顺序、焊接工艺及制孔方式等方面的技术措施，有效的保证了大节段制作质量，经施工现场验证，可得出以下结论：先组拼再整体焊接的方式有利于节段制造精度及焊接变形控制；三主桁结构中桁垂直度控制是节段制造精度控制的关键；箱桁组合结构大节段组拼胎架可采用“钢支墩+测量控制网”设计，避免大型托架使用；桁片单元可采用“刚性支撑+柔性张拉”的方式调节并定位。