鋼箱梁分段吊裝施工工藝與變形監(jiān)測技術(shù)

朱文軍

（中交公路養(yǎng)護工程技術(shù)有限公司，陜西 西安 710000）

鋼箱板也叫作鋼板箱形梁，常見于大跨徑橋梁的施工。在早期施工中，桁架式鋼加勁梁是鋼板箱形梁主梁的主要結(jié)構(gòu)形式，隨著施工技術(shù)以及焊接施工技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼板箱形梁中，高強度鋼的應用也越來越廣泛。建設(shè)現(xiàn)代橋梁時，為了提高施工時的高效性和靈活性，施工企業(yè)都會選擇應用高強度鋼進行鋼板箱形梁施工。

1 工程概況

某高速公路項目全長63.9415km，公路施工涉及一座大橋的建設(shè)，該橋梁主橋結(jié)構(gòu)包含路基、引橋、吊索、鋼箱梁、主索鞍等施工內(nèi)容。該大橋主橋跨徑為1836m，施工涉及的分項工程有錨碇、索鞍以及鋼箱梁等，將各分項目結(jié)合成為一個整體。結(jié)合該項目，文章深入地研究并介紹了橋梁施工中鋼箱梁分段吊裝施工工藝與變形監(jiān)測技術(shù)。

2 鋼箱梁分段吊裝的施工方法

2.1 鋼箱梁制造

制作鋼箱梁所應用的鋼材必須符合《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 1591—2018）技術(shù)標準中的相關(guān)規(guī)定和要求[1]。該項目鋼箱梁制作中需要應用到的原材料有Q345C鋼材、直徑為20mm的圓柱頭焊釘和直徑為15mm的圓柱頭焊釘。制作材料準備就緒后，可以進行鋼箱梁的制作，這里需要注意，采購部門在采購鋼材時，應盡可能采購大規(guī)格鋼材，以便減少拼裝操作。焊接操作在坡口角的位置完成，U型加勁肋與頂板之間的間隙的寬度應≤0.5mm，以進一步提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能，焊縫結(jié)構(gòu)端需要充分地打磨勻順。應用氣體保護焊接的方式將鋼箱梁和梁段連接起來，其焊接質(zhì)量等級如表1所示。

表1 各焊接部位質(zhì)量等級

2.2 橋面板施工

為了確保超高韌性混凝土的強度等級符合要求，混凝土中水泥摻和標準必須超過42.5級，鋼纖維的抗拉強度也必須超過1600MPa。橋面板施工應用的澆筑方式為一次性澆筑成型，澆筑施工的最佳溫度為20℃，注意做好天氣預測，嚴禁在大風天氣或者雨天施工。橋面板的混凝土澆筑施工完成后，及時進行保濕養(yǎng)護，必須控制橋面板的濕度＞95%，對凹凸不平的位置進行充分的打磨處理，保證表面足夠光滑，然后鋪裝乳化瀝青黏層。

2.3 分段吊裝方法

因為鋼箱梁體積較大，需要分段進行吊裝、焊接和拼裝。對鋼箱梁整體進行合理地劃分，體積較大的部分需要分段吊裝到指定的位置上，再應用人工焊接的方式將其焊接成一個整體結(jié)構(gòu)；體積相對較小的部分，則在地面進行焊接，然后將其吊裝到指定的位置，再和其他結(jié)構(gòu)焊接在一起。

2.4 鋼箱梁吊裝施工的注意事項

（1）開口箱梁扭轉(zhuǎn)。鋼箱梁開口是鋼箱梁施工中十分常見的問題，一旦出現(xiàn)開口問題，鋼箱梁結(jié)構(gòu)的抗扭剛度將會大大降低，如果得不到適當?shù)奶幚?，可能會導致極大的扭轉(zhuǎn)變形問題的發(fā)生，橋梁結(jié)構(gòu)的承重能力也會大大降低，進而影響橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。施工時，需要多加考慮，可以將桿件的長度、斷面高度以及斷面厚度相差較大的彈性桿件作為薄壁桿件。斷面桿件的狀態(tài)也會影響箱梁開口的情況，如果斷面桿件形狀為非封閉形狀，那么很容易出現(xiàn)開口斷面問題，這類問題的發(fā)生也會使得桿件容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)[2]。所以，在實際施工中，工作人員必須嚴格做好設(shè)計和計算，避免斷面開口問題的發(fā)生。

（2）開口箱梁加固。對箱梁結(jié)構(gòu)進行精密的計算，判斷其是否存在開口或者扭轉(zhuǎn)的風險，評估其對整個橋梁項目的影響。如果鋼箱梁結(jié)構(gòu)存在扭轉(zhuǎn)風險，必須采取有效的加固措施對其進行加固，避免其對整個橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。經(jīng)常應用到的加固方法主要有兩種。①鋼板式加固法。對鋼箱梁進行檢查，如果結(jié)構(gòu)存在開口問題，立即采取焊接施工技術(shù)對其進行處理，避免扭轉(zhuǎn)問題的發(fā)生，進一步提高鋼箱梁的抗扭轉(zhuǎn)剛度。②桁架式加固法。對鋼箱梁結(jié)構(gòu)進行檢查，如果存在開口問題，可以應用桁架式加固法進行加固和處理，進一步提升鋼箱梁結(jié)構(gòu)的臨時加固效果。不同的加固施工方法，具有不同的特點和優(yōu)劣勢。比如鋼板式加固法的應用可以明顯提升鋼箱梁的剛性，保障加固效果，但是這種方法一般需要使用到數(shù)量較多的鋼材，焊接施工的工作量較大，鋼板拆除過程過于煩瑣，施工操作時很容易發(fā)生安全事故。桁架式加固法的應用焊接施工方法簡便，鋼板拆除過程簡單，鋼材用量較少，但是其對于鋼板箱剛度的提升效果有限，施工時，可以作為臨時性加固選擇。因此，應綜合考慮項目的實際情況，選擇最為合理的加固方法進行加固施工。例如，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，某橋梁建筑結(jié)構(gòu)存在一定的扭轉(zhuǎn)風險，但是扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生不會對橋梁產(chǎn)生過大的影響，因此，從成本控制的角度出發(fā)，就可以應用施工過程較為簡便，施工原材料耗費較小的桁架式加固法進行加固施工。

2.5 鋼箱梁線型控制

施工前必須依照設(shè)計所得數(shù)據(jù)、現(xiàn)場安裝情況，對預拱度值進行計算，計算出箱梁截面、跨度特性。然后根據(jù)計算結(jié)果完成相應的布置。根據(jù)設(shè)計中的焊接變形、預拱度、橫坡度、縱坡度等，對其寬、長尺寸及高程等的三維數(shù)據(jù)進行計算，然后根據(jù)計算結(jié)果完成施工圖的繪制，并且在實際施工中嚴控其制作加工。對于某些零部件，如橫隔板，構(gòu)造較復雜的情況，進行放樣施工時可以利用CAD，其比例值為1∶1。對其工序進行模擬時，必須對加工的尺寸進行嚴格控制，組裝尺寸須核準，嚴格控制箱梁的寬度、長度等重點位置的軸線長度，保證與相關(guān)設(shè)計規(guī)定相符。切割號料時可以采用無余量切割的方式。通過該方式進行號料切割必須嚴格控制鋼板的變形量，并注意焊腳、接口處寬度變化情況及伸縮量變化情況等，并以此為基礎(chǔ)，計算出CAD上鋼箱梁相對應的尺寸。支架拼裝時，需注意墩柱上的箱梁節(jié)段是其總長度上的控制點。安裝完成墩頂鋼箱梁之后，方可進行中跨安裝。焊接處理前，根據(jù)要求對焊接材料進行試驗，并根據(jù)試驗所得數(shù)據(jù)，對變形數(shù)據(jù)進行記錄，基于初始數(shù)據(jù)進行整理歸納，建立相應的數(shù)學模型。這些數(shù)據(jù)將是判斷材料在完成焊接以后是否會出現(xiàn)變形情況的重要依據(jù)。焊接時，優(yōu)先采用二氧化碳保護焊，該方法的特點在于焊接時所產(chǎn)生的能量比較低，能夠降低其變形量；還可以選擇埋弧焊、手工焊，但采用這兩種焊接方式所產(chǎn)生的能量普遍較高。嚴格控制板料開口坡度，以35～40°為宜，最大開口度不可超出該范圍。掌握好組件縫隙寬度，最大應≤7mm，最小應≥5mm。打坡口時為了讓其焊接質(zhì)量得到控制，可以采用機械冷加工的方式完成處理。

3 橋梁變形的監(jiān)測方法

3.1 人工測量法

人工測量法即工作人員應用儀器進行測量。測量工作中，常見的測量設(shè)備有兩種：機械儀器和光學儀器。前者主要是應用百分表級別以上的儀器對橋梁變形情況進行監(jiān)測。例如，橋梁結(jié)構(gòu)處于正常的符合狀態(tài)時，應用傳動裝置測量橋梁的相對位移、裂縫問題，這種測量方法過程簡便，設(shè)備也可以重復利用，可以為施工企業(yè)節(jié)省施工成本。在人工測量法中，水準儀測量法也是一種常見的測量方法，應用這種測量方法對橋梁變形情況進行測量時，先對橋梁進行測量放樣，確定基準點，然后將水準儀設(shè)置在基準點上，通過水準儀對橋體加載前后的高程差進行測量，最終得出橋梁結(jié)構(gòu)實際的變形值。

3.2 自動測量法

自動測量法主要適用于橋梁短期測量工作，測量結(jié)果較為精準，屬于遠程測量。自動測量法主要有兩種形式：GPS變形測量和激光圖像變形測量。前者主要是利用先進的衛(wèi)星定位技術(shù)，實現(xiàn)橋梁的變形監(jiān)測。該方法的技術(shù)基礎(chǔ)為GPS技術(shù)，其應用不會受到時間、地質(zhì)以及氣候條件的限制。具體來說，在橋梁一端的參考點固定GPS信號接收機，然后在橋梁變形點上固定另一臺信號接收機。通過對接收到的衛(wèi)星信息進行分析，得出橋梁結(jié)構(gòu)的實際變形值。激光圖像變形測量法的原理是，激光具有較強的方向性，如果橋梁出現(xiàn)變形，其方向就會發(fā)生移動。具體來說，將激光測量儀器固定在橋梁被測點上，橋梁的實際情況會通過激光光斑反饋在光電接收器上。工作人員對這些信號進行檢查和分析，通過計算光斑位置的偏離情況，就可以得出橋梁結(jié)構(gòu)的實際變形情況。

3.3 測量方法的對比

人工測量和自動測量方法的應用成本、測量精度有所不同，而且不同的方法適用的橋梁類型以及重復使用的能力也有所不同。在對橋梁進行變形監(jiān)測時，應注意綜合考慮橋梁的實際情況，選擇符合橋梁實際情況的監(jiān)測方法，不同變形測量方法具有的特點如表2所示。

表2 幾種變形測量方法的特點

4 結(jié)束語

綜上所述，針對跨度較大的橋梁，常用的施工方法是鋼箱梁分段吊裝。實際施工時，設(shè)計人員以及施工人員都應該注意，結(jié)合實際情況選擇適合工程項目的施工方法進行施工；綜合考慮開口箱梁出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)時，如何才能更好地加固以確保工程施工質(zhì)量。另外，橋梁項目完成施工后，需要嚴格監(jiān)測，避免其出現(xiàn)變形問題，可以根據(jù)橋梁實際情況，選擇最合適的監(jiān)測方法，提高監(jiān)測準確度，保障橋梁運營安全。