复杂条件下大型钢箱梁分段安装技术研究

陈毅

摘要：钢箱梁是大跨径桥梁常用的结构形式，因为钢材抗弯、抗扭性能好，钢箱梁可以做的比混凝土结构轻，外形可以更简洁、美观。S3公路先期实施段新建工程2标钢箱梁安装工程，包括1处45m单跨钢-砼简支叠合梁和2处43m+64m+43m三跨钢-砼变高度连续叠合梁。为了方便运输和安装，需要进行有效的结构拆分。厂内实施精度管控，确保钢结构的加工精度满足设计要求。施工场地狭长，横向规划河道多，跨路施工作业时，做好交通组织，对靠近轨道交通16号线的区域采取相应的保护措施，远离轨交保护区域。S3公路先期实施段新建工程为迪士尼配套工程，建设周期短，需结合下部结构施工进度、钢箱梁加工进度和业主交地情况，精细施工计划，做好进度管理。希望本文可以为类似工程提供相应技术参考。

Abstract： Steel box girder is a commonly used structural form for large-span bridges. Because steel has good bending and torsion resistance， steel box girder can be made lighter than concrete structure， and the shape can be more concise and beautiful. The installation of 2 standard steel box girder for the new construction of the S3 highway in the early implementation period includes one 45m single-span steel-concrete simply supported composite beam and two 43m+64m+43m three-span steel-concrete variable-height continuous composite beams. In order to facilitate transportation and installation， an effective structural split is required. The factory implements precision control to ensure that the machining accuracy of the steel structure meets the design requirements. The construction site is long and narrow， and there are many horizontally planned rivers. During cross-road construction operations， the transportation organization should be well organized， and the corresponding protection measures should be taken for the area near the rail transit line 16 and away from the rail transit protection area. The new construction of the early implementation section of the S3 highway is a supporting project for Disney. The construction period is short. It is necessary to combine the construction progress of the substructure， the processing progress of the steel box girder and the land exchange situation of the owner. This article can provide corresponding technical reference for similar projects.

关键词：复杂条件;大型钢箱梁;分段拼装

Key words： complex conditions;large steel box girder;sectional installation

中图分类号：U445.4                                       文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）17-0173-06

1  工程概况

S3公路先期实施段新建工程位于上海市浦东新区，北起S20立交，南至周邓公路，全长约3.1km。高架道路为高速公路入城段，桥宽25.5m，布置双向六车道，基本平行于轨道交通16号线西侧。地面道路为南北向城市主干道，规划红线宽60m。

高架道路自北向南依次跨越规划康沿路、秀沿路、规划康科路、川周公路、秀浦路、周邓公路等6条道路，以及盐船港、龚潮港、龙游港、姚家宅河、八灶港和涣洋河等6条规划河道。除盐船港为等外级通航河道外，其它均为非通航河道。

工程2标段起始于秀浦路北侧（桩号K3+157.900），截止于周邓公路南侧（桩号K4+901.900），对应墩号Pm046～Pm100，全长1744m。

主线高架标准跨径30m，标准宽度25.5m，采用预应力混凝土小箱梁，先简支后连续体系，一般2～5跨为一联;平行匝道宽8.5m，跨径布置基本与主线高架一致。

工程2标段钢结构桥梁工程由1处单跨钢-砼简支叠合梁和2处三跨钢-砼变高度连续叠合梁构成，总计长度345m。其中，45m单跨简支叠合梁跨越八灶港河，墩位号为pm078～pm079;43m+64m+43m三跨连续叠合梁横跨秀浦路和周邓公路，墩位号分别为pm046～pm049、pm097～pm100。（图1）

2  关键技术特点及难点

①钢箱梁体积大，重量也大。单跨简支梁跨径45m，梁高2.3m，重量599.0t，三跨连续梁就更大了，具体参数如表1所示。为了方便运输和安装，需要进行有效的结构拆分。在钢结构制造厂进行分段加工，必须保证误差在控制范围内，否则将大大拖延现场的安装进度，影响道路交通，降低工程质量。

②施工场地狭长，横向规划河道多，平均间隔不到300m。跨路施工作业时，必须占用市政道路。主线高架位于轨道交通16号线西侧，布置方向基本一致，两者中心线的距离约为32m。对靠近轨道交通16号线的区域必须采取相应的保护措施，提前做好施工方案，并进行专家评审，从而确保吊装过程不会对现有轻轨产生不良影响。

③S3公路先期实施段新建工程是迪士尼的配套工程，迪士尼开园后，车流量会激增，需要尽快建设疏解通道，因此工程周期被大幅度压缩[1]。结合下部结构施工进度、钢箱梁加工进度和业主交地情况，现场钢箱梁安装于2016年9月份开始实施。八灶港河钢箱梁耗时3天，秀浦路和周邓公路连续跨钢箱梁各耗时10天。

3  结构分段拼装

3.1 分段形式

单跨简支梁采用多箱单室截面，由7片箱梁组成，梁距4.12m，梁高2.3m，桥面两端宽为29.24m和30.95m。三跨连续梁采用变截面梁结构体系，梁高1.8～3.6m，主梁采用多箱单室截面，桥宽25.4m，共由6片箱梁组成，梁距4.12m。中支点横梁采用单箱双室断面，宽2.8m，高3.6m。

根据钢箱梁构造形式和尺寸，并考虑分段构件运输路况和安装现场工况条件，钢箱梁横截面分段接头形式如下：

①伸缩缝部位分段（图2）;

②其它部位分段（图3）;

③纵梁与墩横梁接头形式（面板、底板和腹板对接焊缝均错开200mm）。

钢箱梁制作出厂分段及重量如下：

①45m简支钢箱梁（图5、表2）;

②43m+64m+43m连续钢箱梁（图6、表3）。

3.2 精度控制

为了确保工程质量，保障吊装作业的顺利推进，工厂内必须进行精度控制，确保钢结构的加工精度满足设计要求。一些需在钢梁上焊制的吊环和搁排（包括人孔的开设），要提前将零件规格图和布置图递交给工厂。在出厂前，完成现场安装所需的标记和标识，清除分段构件对接部位（安装焊缝一侧）上的粘着物[2]。

钢梁的主要材料是Q345q（D级）钢板。采用半自动火焰对钢材坡口进行切割加工，然后砂纶打磨，凹陷深度应≤1mm。接缝部位需要进行清理，常采用风动砂轮、钢丝轮或钢丝刷。为了减少焊接变形，采取如下措施：

①做好图纸深化、排版等前期准备工作;

②保证下料的尺寸精度，施焊前要考虑焊接收缩及端口的修整量;

③搭设好拼装胎架，胎架线型要考虑钢梁平面形状、纵向竖曲线的纵坡、横坡、拱度、焊接变形及自重变形等因素[3];

④在保证安全、质量的前提下，优化拼装及焊接顺序，让施工更方便，焊接变形更小。

所有焊缝必须在全长范围内进行外观检查，不得有裂纹、未熔合、夹渣、未填满弧坑和焊瘤等缺陷，应符合相关规范要求[4]。（表4）

外观检查时，如果有不能完全确定的表面或近表面缺陷，应作进一步检测，如超声波或磁粉探伤。箱形杆件棱角焊逢探伤的最小有效厚度为（t为水平板厚度，以mm计）。外观检查合格，再进行无损检测（焊接一天后）。（图7）

3.3 焊接拼装

按照施工进度，将检测合格的分段运至吊装区域，进行现场吊拼装。

中横梁的吊装，利用经纬仪定位。钢箱梁标高由临时钢支架顶部的支撑杆保证（架设前确定），微调采用2台30t螺旋千斤顶。千斤顶设置在钢支架顶部，通过专用托架支托箱梁底板。对照现场测量，将标高调整到设计位置，钢梁底部垫在临时支架上，通过焊接固定。

固定好橫梁，采用嵌入式的方法吊装分段纵梁。将纵梁从高处放下就位，两端依照错边结构搁置在横梁上，应对准厂内标记的基准定位线[5]。过程中，将一端定位好，然后收紧手拉葫芦，让吊机稍微松钩，根据实际情况割去另一端的总装余量，最后焊接总装接头[6]。

对于钢梁连接构架的焊接，要优先处理竖向T型角接焊缝，然后是上下翼板的连接焊缝。为了减少焊接变形和约束应力，如果现场安装焊缝是纵向缝，从跨中向两端施焊，如果是横向缝，从中间向两侧对称施焊[7]。对接焊缝，需要让两个焊工对称、同方向、同速进行焊接。焊接结束后，必须清理干净焊缝及两侧的焊渣，作好施工记录，在自检合格后，打上相应焊工钢印，并报探伤检测[8]。（表5）

4  结构吊装方式

施工场地狭长，多为荒地、农田。按照规范要求，必须对现场软土进行处理，使地基承载力≥0.15MPa。将作业场地开挖至原状土，用建筑垃圾进行回填，机械整平、压实，保证场地的强度，然后上铺0.2m的钢筋砼便道。部分较好地段，可以验算后铺设厚钢板或路基箱。吊装跨路钢梁时，因道路东侧为轨道交通16号线，仅有西侧单边道路可供构件进场及吊装施工，故分段构件吊装自东向西进行，单机吊装的大型吊机均站位于原有交通道路上起重吊装，远离轨交保护区域。装运分段钢梁的大件运输车自东向西进场。

吊机选用，综合考虑分段构件的规格、重量、安装高度、现场工况条件和吊装顺序。按轴线，总的吊装顺序是pm078～pm079、pm046～pm049、pm097～pm100。

单跨简支梁（pm078～pm079）选用双机抬吊的方法，实施吊装作业。吊机1：300吨履带，主臂36m，工作半径12m～16m，额定载荷109t～73t;吊机2：180吨履带，主臂31m，工作半径16m～14m，额定载荷46.7t～56t。（图8）

三跨连续梁（pm046～pm049、pm097～pm100）选用QUY300履带式吊车，采用单机吊装的方式进行作业。吊车作业工况参数为主臂36m，工作半径10m、12m，额定载荷141t、109.8t。现場吊装时，因场地限制，秀浦路跨的吊装顺序发生了一些调整：先吊装pm48～pm49（跨龙游港河）的钢梁，采用双机抬吊的方式架设;后吊装pm47～pm48（跨秀浦路）的钢梁，再吊装pm46～pm47的钢梁，采用单机吊装的方式架设。（图9）

5  施工进度管理

工程2016年6月1日开工，建设方要求2016年12月25日达到通车条件，只有7个月来完成主体施工，工期相当紧迫。必须细致安排施工计划，进行有效的进度管理，才能创造高效率，减少失误和返工。

考虑到钢结构吊装具有较大的施工噪声，为减少对周边居民的影响，除跨路段不得不封闭交通，其它分段钢梁构件原则上安排在凌晨5点前进场，暂时停放在现场施工围挡内，白天进行吊装，吊装完毕后，吊机退至围挡内，将道路清理干净，现场配合交警做好交通协管工作。根据现场工况条件，明确钢梁各分段构件的吊装顺序和进场方向，并确定分段构件出厂装车的方向[9]。按轴线，总的吊装顺序是pm078～pm079、pm046～pm049、pm097～pm100。提前做好吊装准备工作，对吊装作业人员进行施工技术交底。

吊装三跨连续梁跨路段钢梁时，需要封闭部分车道，会对交通造成影响，应提前调查道路交通状况，策划交通组织，做好封道告知工作，在施工期间安排专人指挥疏导。以秀浦路为例，跨路钢梁吊装日程如表6。

依据秀浦路交通情况，钢梁均安排于夜间吊装。具体时间为晚11点至次日凌晨5点（含交通封道、吊机站位及退场、道路清理）。纵横主梁分段吊装，每天吊装二根钢梁。

晚11：30起（待秀浦路上公交末班车收线后）上述施工区域东向和西向各2条车道实施间隙性封闭限行，机动车绕道行驶。铺设走道钢板、履带吊驶出施工围挡、停机站位。

约次日0：00大件运梁车进场，构件到位。

约次日0：30～1：00钢梁起吊、回转和就位。吊机站位占用东向2条车道及向外车道，钢梁回转到位后，除吊机占用的3条车道继续封闭限行，西向内车道开通，车辆减速慢行，并有专人指挥疏导。

约次日2：30第二根运梁车进场，构件到位。上述施工区域东向和西向各2条车道继续封闭限行，机动车绕道行驶。

约次日2：30～3：00钢梁起吊、回转和就位。钢梁回转到位后，除吊机占用的3条车道继续封闭限行，西向内车道开通，车辆减速慢行，并有专人指挥疏导。

约次日4：30吊机驶离现场，驶入北侧施工围挡内，清理道路。上述施工区域东向和西向各2条车道再次封闭限行，机动车绕道行驶。

约次日5：00恢复道路交通。（图10）

6  结语

S3公路先期实施段新建工程2标钢箱梁安装工程，包括1处单跨钢-砼简支叠合梁和2处三跨钢-砼连续叠合梁。钢箱梁跨度大，重量也大，为了方便运输和安装，需要进行有效的结构拆分。分段钢梁厂内加工，需要进行精度管控，确保钢结构的加工精度满足设计要求。施工场地狭长，横向规划河道多，跨路施工作业时，做好交通组织，对靠近轨道交通16号线的区域采取相应的保护措施，远离轨交保护区域。S3公路先期实施段新建工程为迪士尼配套工程，建设周期短，需结合下部结构施工进度、钢箱梁加工进度和业主交地情况，精细施工计划，做好进度管理。

因为钢材抗弯、抗扭刚度大，钢箱梁自重比混凝土结构轻，加之外形简洁、美观，钢箱梁是大跨径桥梁常用的结构形式，近些年使用频率越来越高。希望本文可以为类似工程提供相应技术参考。

参考文献：

[1]张杲.城市高架桥钢管桩快速施工技术[J].建筑施工，2018（7）：3.

[2]虞正宣.大跨度钢结构桥的施工技术[J].建筑施工，2014（01）：92-94.

[3]宋丽妹.复杂条件下钢结构吊装技术管理控制[J].中国市政工程，2010（S1）：115-117.

[4]李伟，金博.公铁两用钢桁梁铁路桥伸缩纵梁节点板更换施工[J].世界桥梁，2014（06）：91-94.

[5]吴骏，倪文全.共和新路立交钢箱梁安装工艺[J].中国市政工程，2007（S1）：87-89.

[6]唐燕.城市立交道路钢桥梁交通在线立体安装工艺技术的研究[C].中国钢结构协会第五次全国会员代表大会暨学术年会论文集，2007.

[7]冯宇飞.浅谈大跨度钢箱梁分段吊装在跨A20立交施工中的应用[J].城市道桥与防洪，2015（11）：21.

[8]黄卫权.大跨度钢箱梁分段吊装在跨道立交施工中的应用[J].建筑施工，2010（08）：136-138.

[9]郑晏华.装配式城市高架桥预制桥墩、桥梁的运输方法[J]. 建筑施工，2019（03）：14-15.