大跨度鋼箱梁安裝施工技術(shù)探究

陳隆平

（四川路橋橋梁工程有限責任公司， 四川 成都 610000）

1 大跨度鋼鐵梁概述

1.1 概念

鋼鐵梁是大跨徑橋梁工程常用的結(jié)構(gòu)形式，也叫做鋼鐵箱形梁，是采用全焊接的方式將頂板、縱隔板、橫隔板、底板、腹板、加勁肋等連接而成的一種施工技術(shù)。頂板指的是縱向加勁肋和蓋板共同組成的正交異性的橋面板。施工中合理設(shè)置并利用大跨度鋼箱梁，能夠充分優(yōu)化橋梁工程的結(jié)構(gòu)性能，然后采用頂推、拖拉等施工技術(shù)，以滿足跨線施工要求[1]。

1.2 應(yīng)用價值

①大跨度鋼鐵梁能夠提高路橋整體的施工水平，減少施工過程中對橋梁結(jié)構(gòu)造成的影響。

②大跨度鋼鐵梁為橋梁工程的高效施工、結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了充分保障，而且還能豐富橋梁工程的結(jié)構(gòu)形式。

③關(guān)注大跨度鋼鐵梁施工技術(shù)，可增強路橋結(jié)構(gòu)應(yīng)力中的承載力，細化施工內(nèi)容，很好的應(yīng)對荷載因素的影響。

2 大跨度鋼鐵梁的安裝施工技術(shù)

某鋼鐵梁總長度350m、總質(zhì)量8033t，橋跨布置（100＋150＋100）m。鋼鐵梁截面采用的是單箱多室變截面的結(jié)構(gòu)形式，兩側(cè)挑臂寬度為 3.85m；梁高3.2～6.2m；箱梁頂板寬度是26～34.319m；底板寬度是18.3～26.619m。橋梁設(shè)置了雙向1.5%的橫坡，采用的是Q345q-C材質(zhì)。板厚＞35mm的主材材質(zhì)是Q3370q-D，同時板厚超過30mm鋼板所要求的Z15性能。鋼箱梁座位于混凝土的支墩上，要求跨中起拱，從左到右的橋墩編號是Z114～Z117[2]。

鋼鐵梁為正交異性結(jié)構(gòu)，頂板的板厚20，28，32，36mm；底板板厚20，28，32，40mm；腹板板厚 16，20，24mm；橫隔板板厚全部為 16mm，支座部位的橫隔板板厚是28，32mm。端部支座的橫隔板間距是0.8m、中部支座的橫隔板間距為1.2m，其他橫隔板的間距全部為3m，其中兩道橫隔板之間設(shè)置了一道腹板豎向加勁肋[3]。

2.1 分段與分塊方案

零部件單元的制造流程見下圖。

圖1 零部件單元的制造流程圖

嚴格按照設(shè)計方案與圖紙進行制作、安裝；認真編寫鋼結(jié)構(gòu)的制作文件，細化文件內(nèi)容，提高制作質(zhì)量；詳細繪制零部件的加工圖紙并上報監(jiān)理、設(shè)計、建設(shè)等單位，通過審核與批準后才能開始操作。

高架梁的鋼箱梁全部位于頂?shù)装迤叫刑?，箱梁整體旋轉(zhuǎn)后形成橫坡。制作塊單元時，首先要定位好縱橫基準線，然后以此為依據(jù)分別劃出隔板組裝、加勁肋以及腹板的位置線。鋼鐵梁的焊接質(zhì)量應(yīng)達到《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（J0KNG/0KNF50——2011）中提到的一、二級焊縫質(zhì)量要求，然后進行射線探傷以及超聲波探傷。要求箱梁內(nèi)部的相對濕度≥50%，如果鋼鐵梁完全暴露在大氣中，則要求外表面涂裝的耐久性≥25年。

2.2 設(shè)計施工方案

2.2.1 鋼箱梁分段出廠，履帶式起重機吊裝

在工廠內(nèi)完成鋼鐵梁分段的制作，達到現(xiàn)場后使用履帶式起重機把鋼鐵梁分段吊裝在支撐體系上。優(yōu)點是能夠節(jié)約施工現(xiàn)場的拼裝與焊接時間，提高施工效率。缺點是：①考慮到運輸條件，如果在工廠內(nèi)制作鋼鐵梁分段，則分段的高度需要控制在4m以內(nèi)，同時鋼鐵梁截面最高是6m，必須把箱梁再一次進行橫向分段，增加了現(xiàn)場施工難度。②箱涵比較老舊，采用的是擴大型基礎(chǔ)，承載能力較差，需要把荷載控制在 15kN/m2以內(nèi)，吊裝過程中會對箱涵產(chǎn)生嚴重影響[4]。

2.2.2 鋼箱梁單元件出廠，履帶式起重機吊裝

優(yōu)點是可以進一步提高鋼鐵梁的整體拼裝質(zhì)量。缺點是履帶式吊裝會影響箱涵。

2.2.3 鋼鐵梁單元件與分段出廠，龍門機吊裝

在工廠內(nèi)制作完成單元件，然后運送到施工現(xiàn)場安裝，在不被運輸條件限制的情況下，還能保證現(xiàn)場拼接質(zhì)量。挑臂和靠近 Z177橋墩位置采用分段，同樣在工廠內(nèi)制作，以減少現(xiàn)場施工量，還能保證施工區(qū)域兩側(cè)的交通不受影響。龍門吊機節(jié)約了施工成本，而且不會對老舊的箱涵產(chǎn)生不利影響。

經(jīng)綜合對比，本工程最終選擇第三種施工方案。

2.3 支撐體系的搭設(shè)

2.3.1 具體要求

考慮到路面的承載能力，荷載應(yīng)≤15kN/m2；鋼支撐的間距應(yīng)≤3m×3.5m，同時每個支點的集中力控制在 84kN/m2以內(nèi)；每個支點的路面墊板尺寸至少要達到0.5m×0.5m。

2.3.2 搭設(shè)

在鋼鐵橫隔板下布置臨時的支撐順橋向。臨時支墩分為主支墩和副支墩，前者為鋼管Ф273×8；后者為鋼管Ф194×6。支墩和支墩之間采用平聯(lián)的方式連接，平聯(lián)又分為上下兩層；橫橋向支墩和支墩之間為圓管斜撐連接?？v橋向主支墩為槽鋼斜撐連接，副支墩沒有斜撐連接，斜撐為間斷布置。在箱涵的區(qū)域內(nèi)，臨時支墩底部用鋼板鋪設(shè)而成，鋼板的厚度是 20mm，可充分滿足箱涵的承載力要求

采用專業(yè)軟件分析支撐體系，結(jié)果表明，胎架的結(jié)構(gòu)應(yīng)力強度不能超過材料許用應(yīng)力，變形和穩(wěn)定性全部符合設(shè)計要求[5]。

2.4 交通疏導(dǎo)

L32聯(lián)鋼箱梁所處路段的寬度在46m左右，道路兩側(cè)各設(shè)置一個花壇，寬度2.8m，花壇內(nèi)側(cè)是人行道。為了不影響車輛的正常通行，根據(jù)交管局要求，布置了支撐體系和龍門吊裝置。施工區(qū)域設(shè)置28m寬的圍擋，拆除兩側(cè)花壇，待其硬化后，可提供出城和進程車輛的通行道路。施工區(qū)域內(nèi)應(yīng)該注意：如果圍欄處有車輛的進出口，則要在此安裝反光鏡；然后在施工區(qū)域的兩端分別設(shè)置減速帶，圍擋的兩側(cè)每隔20m的距離安裝一個警示燈，以保證夜間通行安全。

2.5 安裝施工

2.5.1 選擇吊機、固定軌道

單元構(gòu)件的最大外形尺寸是17.678m×4.911m×0.292m；質(zhì)量為32.191t，因此需要兩臺20t的龍門吊，通過抬吊的方法來安裝。根據(jù)鋼箱梁的長度，在沿線布置4臺龍門吊。

將現(xiàn)澆混凝土條形梁作為龍門吊軌道的基礎(chǔ)，用來調(diào)整軌道的水平度，為龍門吊的使用創(chuàng)造條件。箱涵和混凝土軌道梁之間需要墊上寬600mm、厚30mm的鋼板；條形梁的內(nèi)部鋼筋用膨脹螺栓和地面固定，或者穿過鋼板和地面固定，膨脹螺栓的間距是600mm。然后在條形梁內(nèi)部鋼筋的頂部焊接預(yù)埋墊板，用來固定龍門吊的軌道，所有預(yù)埋墊板的表面都應(yīng)保持同一水平面。

2.5.2 安裝鋼箱梁

考慮到鋼箱梁的立面變成了截面，橋墩位置的截面較大，所以安裝單元件時，應(yīng)先安裝橋墩處的箱梁，再向中間安裝，最后再安裝中間合龍段。

2.5.3 鋼箱梁的安裝要求

①當組焊完一個節(jié)段的底板組合單元件時，需要切割一端的余量，然后再組裝相鄰下一節(jié)段的底板組合單元件。組焊完這一節(jié)段后再組焊相鄰節(jié)段。

②每節(jié)段的頂板上都有節(jié)段的縱橫基準線以及標準控制點，需要通過全站儀來明確節(jié)段的縱橫基準線，采用水準儀來明確標高。

③為了給現(xiàn)場施工人員、施工設(shè)備的進出提供方便，保障施工安全?，F(xiàn)場安裝時，每一條環(huán)縫附近的頂板上都需要開 1～2個長圓人孔，尺寸600mm～280mm。如果設(shè)備的外形尺寸較大，無法順利進入箱梁，則需要開設(shè)Ф600的人孔。

④合龍段吊裝之前，應(yīng)該檢測余量斷口的位置以及和理論位置之間的偏差，根據(jù)偏差值來切割余量。切割余量的檢測時間為晚上10點至次日早上7點，在溫度相同的條件下進行連續(xù)、多次的測量，取平均值作為最終的余量切割值。

2.6 安裝效果

①鋼箱梁單元件和分段全部在工廠制作，施工現(xiàn)場采用龍門機吊裝，顯著提高了施工效果，而且不會影響施工時對箱涵的觀測，還能充分保障施工安全。

②對于面積、體積較大的中、厚鋼板現(xiàn)場拼裝的鋼箱梁，安裝與焊接施工中應(yīng)保持應(yīng)力的均勻分布，不會產(chǎn)生嚴重的施工變形。鋼橋在落架時，采用光纖動態(tài)監(jiān)測了鋼箱梁的應(yīng)力變化，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，無論是橋梁的應(yīng)力還是應(yīng)變狀態(tài)都保持良好。

③對鋼箱梁焊縫進行無損檢測，同時測量橋梁線型，檢測結(jié)果顯示，焊縫的質(zhì)量均滿足規(guī)范與設(shè)計要求。橋梁中線偏差僅有5mm，墩臺處的梁底標高偏差僅有＋2mm，實測橋面標高，同樣滿足設(shè)計規(guī)范要求。

3 大跨度鋼箱梁的安裝施工技術(shù)要點

3.1 制作控制技術(shù)

鋼箱梁頂?shù)墓岸?，鋼箱梁的預(yù)拱度與行車荷載、鋼箱梁自重、焊接變形產(chǎn)生的撓度密切相關(guān)。預(yù)制鋼箱梁的預(yù)拱度，參數(shù)值應(yīng)以三個指標的組合值為主。計算簡支梁最大的跨度值時，需要設(shè)置拋物線。鋼箱梁的預(yù)拱度=鋼箱梁自重產(chǎn)生的撓度＋車輛荷載產(chǎn)生的向下?lián)隙龋附赢a(chǎn)生的向上撓度。

嚴格控制胎架精度，根據(jù)計算的預(yù)拱度用拋物線方程分配法起拱。鋼箱梁的底板尺寸以及曲線決定了正裝法胎架，縱橫梁結(jié)構(gòu)采用的是型鋼，縱橫梁之間的間距≤2m，同時要保證足夠的剛度。嚴格按照預(yù)拱曲線來計算胎架強度，反復(fù)檢測核對后才能使用。

3.2 裝配精度的控制

裝配底板的過程中需要檢查底板以及胎架支撐點之間的貼合度，保證貼合度＞95%。規(guī)范焊接操作，避免結(jié)構(gòu)變形。特別是焊縫的焊接，需要抽取10%的焊接縫進行射線探傷，運用超聲波技術(shù)檢測焊縫。安裝腹板時，需要注意垂直度的偏差，用直角尺與鉛垂線共同檢測，將偏差控制在2°以內(nèi)。

3.3 吊裝精度的控制

吊裝之前仔細檢查墩臺的支座是否達到規(guī)范設(shè)計的要求，以保證安裝質(zhì)量與安全性。設(shè)備人員與工程技術(shù)人員共同前往現(xiàn)場檢查和驗收，進行技術(shù)、安全交底工作。結(jié)合施工現(xiàn)場規(guī)劃好運輸路線與吊裝順序。在吊裝區(qū)域設(shè)置警示牌，禁止車輛與人員未經(jīng)允許擅自通行。將臨時的支架結(jié)構(gòu)設(shè)計為鋼管立柱格構(gòu)式支架，將工字鋼橫撐設(shè)置在支架頂部長度的方向上，各支架所處的位置以及高度由測繪人員現(xiàn)場復(fù)測、繪圖，以保證支架位置的準確。在組裝過程中或者組裝后修補施工現(xiàn)場，修補后的構(gòu)件應(yīng)干凈、無污漬，做好修補與涂層之間的銜接。在72h內(nèi)修補焊接部位，修補時全程監(jiān)控，并做好相關(guān)記錄。最后涂裝面漆，完善施工準備與安全檢查，修復(fù)好缺陷，加強保養(yǎng)，將油污和粉塵清理干凈，全部合格后開始面漆施工。

4 結(jié)束語

綜上所述，大跨度鋼箱梁的安裝對控制精度有著較高要求，因此應(yīng) 采用精控法制作安裝和施工，以保證工程質(zhì)量。根據(jù)工程特點和施工條件合理設(shè)計，加強對預(yù)拱度以及施工精度的控制，以充分發(fā)揮大跨度鋼箱梁吊裝安裝的技術(shù)優(yōu)勢。