城市大跨度钢箱梁制作安装施工技术研究

张芳丽

摘要：随着城市化进程的速度加快，促使高架桥工程数量增多，尤其是大跨度的钢箱梁也进入人们的生活。钢箱梁以其独特的优势应用到一些地理位置复杂的环境，承担着城市的交通，极大限度地方便了市民的出行。由于钢箱梁自身功能的多样性，钢箱梁的制作安装技术愈来愈难，本文以郑州市金水路钢箱梁为例，进行深入的分析，探索大跨度钢箱梁的制作安装施工技术。

Abstract：  With the acceleration of the urbanization process， the number of viaduct projects has increased， especially the large span steel box girder has also entered people's lives. With its unique advantages， steel box girder is applied to some geographically complex environments， taking on the traffic of the city and greatly facilitating the travel of the citizens. Due to the diversity of the steel box girder's own functions， the fabrication and installation technology of steel box girder is becoming more and more difficult. This paper takes the steel box girder of Jinshui Road in Zhengzhou City as an example to carry out in-depth analysis and explore the fabrication and installation technology of large span steel box girder.

关键词：大跨度钢箱梁;制作安装;施工技术

Key words： large span steel box girder;fabrication and installation;construction technology

中图分类号：U445.4                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）33-0151-03

1  工程概况

郑州市107辅道跨金水东路主线桥梁采用三跨（50m+74m+50m）连续钢箱梁桥，桥面总宽度32.5m，钢箱梁宽度32.3m，重量4494.8t。主线桥采用变截面连续钢箱梁，单箱八室斜腹板箱型截面结构，跨中箱梁高度2.2m，支点箱梁高度3.8m，变截面采用抛物线过渡。钢梁两侧悬臂宽度为3.00m，悬臂梁采用焊接工字梁结构。跨金水东路钢箱梁横断面图见图1。

2  钢箱梁结构特点

钢箱梁由顶板、底板、腹板、横隔板、纵隔板及加劲肋等通过全焊接的方式连接而成，桥面板采用正交异形板结构，全桥顶板采用变厚度，顶板纵向加劲肋采用了U形肋，U肋布置于箱室顶板和悬臂板，腹板和底板的纵向加劲肋采用I形肋。

箱梁顶面设2.0%双向横坡，箱梁底面不设横坡，为消除纵坡的影响，通过支座垫板调整梁底高程，以便水平放置支座。

3  钢箱梁的节段划分

钢箱梁的节段划分原则：纵向分段、横向分块。节段划分时要根据钢箱梁的结构特点，考虑钢箱梁所处的地理位置、吊装施工环境、吊车的性能参数、支架布置位置、设计图纸以及规程、规范等要求，应尽量采用大节段，以减少现场焊接工作量，同时节段断缝应避开主梁支点和跨中附近位置，纵向拼缝避开轮迹线位置。另外，还需根据运输道路情况，满足道路交通法的规定，最终确定桥梁分段长度和分块重量。总之，桥梁的分段应有利于桥梁的受力和运行。

跨金水路的钢箱梁沿纵向划分为11个节段，横向划分为10个块体，全桥钢箱梁块体数量共计94个。

4  钢箱梁施工工艺流程

城市大跨度钢箱梁的施工选择在制造厂进行分段制作，制作完成后运输到桥位进行安装，施工工艺流程图如下：

制作准备工作→原材料采购、复检→放样→下料→单元件制作（頂板单元件、底板单元件、腹板单元件、隔板单元件）→检验→钢箱梁节段组拼→检验→焊接→检测→上总装胎架进行节段总拼→检验→安装匹配件及吊耳→脱胎架→喷涂→检测→钢箱梁节段运输→安装准备→现场测量放线→吊装、调整→检测→焊接→检测→现场焊缝补漆、喷涂面漆→验收。

5  钢箱梁施工工艺分析

钢箱梁的施工阶段可分为三个阶段，即单元件制作、节段制作、现场安装。

5.1 单元件制作

板单元件制造是整个工程施工的基础，顶板、底板、腹板、横隔板等各单元件的制作精度直接影响钢箱梁的拼装质量。由于板单元的数量较多，在板单元制造中，控制好板单元件的制造质量至关重要。因此顶板单元件、底板单元件、腹板单元件、隔板单元件等均在专用的工装设备上完成制作。

5.2 节段制作

单元件和块体制造完成后，在总拼胎架上进行多梁段连续匹配组焊和预拼装，即节段组焊和预拼装在胎架上一次完成。所有节段在组装的过程中都有针对性的采取“正装法”进行相对应的制作，把胎架作为外胎，把横隔板作为内胎，各个单元件要有针对性的结合横向和纵向的基线进行就位，并据相对应的辅助加固措施，来最大程度上确保其安全性和精准度。同时，为了使总装胎架时间得到充分缩短，使总装工期有效精简，在更大程度上有效减少横向的焊接收缩量，顶底单元件在上胎前首先要结合具体的工艺要求，于总拼胎架上面进行有效拼接，使其成为板块。

5.3 现场安装

本工程钢箱梁采用“胎架支撑高空原位拼装工艺”进行安装。胎架支撑高空原位在拼装的过程中所涉及的工艺主要是在钢箱梁的下面结合具体情况，设计相对应的临时性的支撑胎架，在临时支撑体系上面原位，针对所有的构件进行有效安装，通过这样的方法，以充分满足设计的初始位形。

6  钢箱梁制作、安装的主要施工工艺方法

6.1 板单元件制作

零件放样、下料：零件放样时考虑切割余量、焊缝补偿量。下料采用数控精密切割，精度要重点控制，部分超长板片需要先切割后拼板。

划线：在专用板单元件划线平台上划线。划线时根据全桥线形进行精确划线，在板单元上划出组装线及定位线。

组装：组装前将板材利用自动对中装置对中固定，组装严格按线装配。

焊接：采用CO2气体保护自动焊在板单元件专用焊接胎架上进行焊接。焊接时应对称进行。

单元件检验、矫正：根据工艺要求测量板单元件的纵、横向挠度、平面度等检测值，在专用平台胎架上采用火焰矫正法进行矫正。

6.2 节段制作

节段制作采用长线拼装技术，相关方面的单元件在制作工作结束之后，相关的梁段都在设置了桥梁竖向线形的整体组装胎架上方有针对性的结合具体的轮次，有针对性的组装整体的桥梁段，并对其进行焊接和预拼装。同时在这个过程中充分结合钢箱梁方面的制作工艺，有效采取多节段进行连续性的匹配组装，同时在这个过程中也要进行焊接和预拼装，以此使相关方案得到有效完成。

梁段组装流程：结合本桥钢箱梁的结构特点以及吊装顺序，进一步结合具体的焊接方法和顺序对梁段组装焊接变形产生的行为影响，来有效明确相对应的梁段组装程序。

6.2.1 底板单元件定位

以底板单元件纵基线反画桥梁中心线，使用桥梁中心线对地样中心线，有效横向定位中心底板的单元件，与此同时，在这个过程中纵向定位单元件上的横基线。定位前，从每块单元件的U肋组装基线（基准头端）向基准端返组装检查线，作为单元件横向定位时的全站仪测量检查线，并用划针划线做好标记。每块中心底板单元件两端与胎架中心纵梁用刚性马板连接，焊接长度不得小于50mm。针对中心底板定位进行深入细致的检验，确保其合格之后，然后把中心底板的纵横基准线作为有效的基准线，从中间慢慢向兩边，按照相应的次序定位其他的底板单元件。

6.2.2 中间横隔板组装

①横隔板的组装从基准梁段开始，按照先中间后两边，由近及远的顺序。首先，要确保开始在底板单元件的定位端进行起步，把底板上的横隔板定位当做有效的基线，进一步有效结合整体的施工图纸，按照相应的次序以及施工图纸的具体要求，针对横隔板进行有效组装。

②在横隔板的过程中所涉及的重点问题在于，针对板面平面度进行有效控制，同时要着重确保横隔板间距及与箱梁底板的角度值符合既定的要求和相关标准，在组装的时候，要切实有效的严格执行基线会议原则，与此同时，有效应用吊线锤控制隔板与底板倾斜值，在对其进行固定的过程中有效采取组装拉杆来实施操作。

③组焊两侧隔板、腹板单元件。由中间向两边依次交替安装隔板、腹板单元件，单元定位需以底板的纵横基准线为基准，并监测隔板相对底板的垂直值。

④组焊两侧斜腹板单元件。安装两侧斜腹板单元件，保证两侧腹板与隔板密贴，并针对箱梁上口下口相关方面的具体尺寸进行严格细致的测量和把关，从根本上有效控制好腹板与底板的具体错台量，把握好腹板到桥梁中心线的半宽值。

⑤安装顶板单元件。

1）在针对顶板单元件进行安装之前，首先要着重针对隔板上表面标高是否真正意义上符合具体要求进行严格检测和把关。

2）在针对顶板机型纵向定位的过程中，首先要着重针对单元制作过程中返到顶板上的组装定位基准线严格的检测和标注，与此同时也要结合具体情况有效选用全站仪针对该基准线与桥梁中心线呈现出的垂直度进行着重检测和调整。

3）在定位顶板单元件中要有针对性的结合对应地标确定板中心位置。顶板定位之后要有效采取吊线锤方法来充分确保每一个梁段端口的垂直度，在这个过程中要着重考虑到因为制造线形能产生的相对应倾斜量。

4）把胎架中心标志塔所呈现出基线限和单元件上面的纵基线作为标准，要有针对性的，横向定位中心顶板，做完该项工作之后，进一步向两侧逐步推进。

⑥组装两侧挑臂单元件。在组装的过程中，要把挑臂块体纵基线基本的标准，然后有效横向定位。与此同时，要着重针对梁段两侧横基线进行相对错位进行校对。

6.3 合龙段安装

6.3.1 合龙准备

在安装合龙段之前，在安装两侧钢箱梁之后产生一定的误差，在误差积累之后会在某种程度上造成合龙单元安装长度相对应的变化，所以针对这样的情况，在合龙之前要着重做好相关方面的准备工作，具体而言，所涉及的准备工作包括以下两个方面，分别是：

①复测两侧已完成单元与合龙单元交界箱梁控制坐标，对相应的偏差值进行有效记录。

②针对合龙段连接构件间呈现出的实际长度，进行实际的检测，与此同时和理论构建长度展开相对应的对比和分析，如果分析的结果相对来说偏差比较大，针对这样的情况，就要把握好偏差的原因，并有效修整差异性比较大的构件，通过这样的方法来切实有效的调节实际的长度。

6.3.2 合龙时间选择

根据温度对安装的影响，以及工期的安排，钢箱梁合龙将处于高温季节，因此合龙时间根据实际观测的变形规律和合龙间隙变化情况，选择温差比较小的时段，即凌晨5点左右开始合龙。

6.4 钢箱梁的焊接

6.4.1 焊接方法

桥梁焊接主要的焊接方法：焊条电弧焊、CO2气体保护焊及埋弧自动焊。为了使各种焊接方法发挥各自的优势与特点，对桥梁构件上相应的焊缝使用的焊接方法做相应的规定：焊接过程中主要采用半自动CO2气体保护焊，钢箱梁顶板焊接采用CO2气保焊打底、埋弧焊填充盖面，对于部分较短和厚度较小的焊缝采用焊条电弧焊。

6.4.2 焊接工艺

①施焊工作实施之前，要着重针对焊道进行清理，确保焊縫坡口以及两侧10～20mmA之内不能残留相对应的水分或者油渍等等污物。②焊接时，构件始终处于自由状态。③采用对称、分段、跳焊等方法，焊接材料和焊接参数选用焊接工艺评定报告的参数。

6.4.3 焊接环境

①CO2气体保护焊作业区最大风速不宜超过2m/s、其他焊接方法不宜超过8m/s。

②焊接作业区的相对湿度小于 80%。

③ 焊接环境温度不低于5℃。

6.5 钢箱梁的卸载

①卸载原则：卸载之后要有针对性的结合，纵向和横向两个方向分级进行有效卸载，并保持卸载的同步性。如果是横向卸载，要由桥梁中心向两侧进行有针对性的悬挑部分卸载，在过程中要贯彻落实结构本身内力传递的相关原则，确保卸载点保持对称的状态;如果是纵向卸载，要由跨中向两桥墩范围进行有效卸载。在卸载过程中要缓慢渐进进行，不能急功近利，要确保相关支撑体系都在相对应的受荷状态。卸载时，要有针对性的严格监测和观察桥面支撑体系点的沉降情况，并着重针对相关检测点的数据进行有效汇总。同时，要着重针对箱梁顶板上布置的监测点进行有效观察和监测，在最大程度上确保其成桥的线形。

②卸载方法：在卸载的过程中，要有效针对钢箱梁纵腹板正下方的每组支撑体系的横梁上安排千斤顶，由专业人士对其进行切割支撑。

要结合具体情况在测量胎架上把全站仪架设起来，在卸载之前要着重针对整体桥面的线性监测点进行有效检测和核查，使其充分满足具体的组织要求的线型，并针对相关数据进行记录。其次，针对支撑体系的沉降情况进行有效监测，进一步把握其是否出现均匀性的变化，针对相关数据进行有效记录。之后再把支撑体系所配备的千斤顶顶紧，把支撑体系横梁支撑进行有效切割，要确保切割点和横梁距离维持在20mm之内，通过这样的方法，在最大程度上有效规避割伤横梁。在切割时要运用全站仪对每一个监测点进行监测，与此同时，针对支撑体系的沉降是否足够均匀进行密切观察，如果变化不够均匀，要停止相关操作，对其进行加固处理，然后才施工。

7  钢箱梁主要施工过程控制

7.1 U肋与顶板间焊缝熔透深度的控制

①采用合理的焊接形式：选用CO2气体自动焊;②U肋与主顶板连接处开设50°～55°坡口，钝边1±0.5mm;③在船形反变形胎架上焊接顶板单元件的U肋焊缝;④批量生产时，进一步结合相关规定和要求，着重针对焊接的焊缝熔透深度有效观察监测，使焊接质量得到充分保障;⑤焊接后100%外观检查，顶板单元件焊缝两端各2m进行磁粉检测，防止焊接裂纹的出现。

7.2 隔板制作精度、U槽口与U肋的配合精度

①隔板下料中有效采取离子切割机对其进行有效切割。②顶板单元采取全自动U肋组装机对U肋进行有针对性的组装。③采用U肋检验样板针对U肋间的距离进行有效检测。④单元件预置准确的反变形，使焊接之后的修整量得到充分减少，在最大程度上有效规避因为太多的热矫正而改变U肋中间的距离。⑤实行首批检验制，板单元制作完成后，在平台上进行试装，检验上接板的直线度，从而验证专用胎架是否可靠。

7.3 焊接变形控制措施

①有针对性的结合分布组装和焊接法进行操作，从而有效预制反变形，使焊接的顺序得到科学合理的控制;②有针对性的采取小间隙、小坡口焊接方法;③在具体的制造环节，进一步有效积累相关焊缝的焊接收缩量数据，通过这样的方法进一步提升预留焊接收缩量;④采取多个节段总体组装及预拼装，针对相关制造方案进行不断优化;⑤采用以胎架为外胎、以横隔板为内胎的方案。

7.4 桥梁线型的控制

①钢箱梁制造的过程中要有效采取整体预拼装，预拼装节段5个，采取节段组装及预拼装等相关方案。②节段组装设置相应的5个停止点，并采取三检制。③分部组装具体环节主要是把各个节段的纵向和横向的基准线作为基准，针对各个节段的纵横基准线其位置偏差进行有效明确，并使其控制在科学合理的范围内，在最大程度上确保其匹配性。④钢箱梁制作预拼装相关工序的监测都要确保在温差比较小的范围内进行操作。⑤节段预拼装住之后要针对匹配装置进行有效组装，同时，在现场切实有效的复位每一个节段。

8  结束语

钢箱梁具有强度高、自重轻、环境影响小等多个优点，目前已成为城市大跨径高架桥梁中常用的结构形式，但对钢箱梁的施工要求愈来愈高，施工难度很大。本文对大跨度高架桥的施工做了详细的分析，对施工中重难点的控制给出了有效的措施，保证了工程质量，为类似工程的施工做一参考。

参考文献：

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[2]薛永成.城市大跨度钢箱梁的精控法制作安装施工研究[J].中国新技术新产品，2018，373（15）.

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