大跨度钢箱梁安装施工技术探究

2021-08-03陈隆平

四川水泥 2021年8期

陈隆平

（四川路桥桥梁工程有限责任公司，四川成都 610000）

1 大跨度钢铁梁概述

1.1 概念

钢铁梁是大跨径桥梁工程常用的结构形式，也叫做钢铁箱形梁，是采用全焊接的方式将顶板、纵隔板、横隔板、底板、腹板、加劲肋等连接而成的一种施工技术。顶板指的是纵向加劲肋和盖板共同组成的正交异性的桥面板。施工中合理设置并利用大跨度钢箱梁，能够充分优化桥梁工程的结构性能，然后采用顶推、拖拉等施工技术，以满足跨线施工要求[1]。

1.2 应用价值

①大跨度钢铁梁能够提高路桥整体的施工水平，减少施工过程中对桥梁结构造成的影响。

②大跨度钢铁梁为桥梁工程的高效施工、结构设计提供了充分保障，而且还能丰富桥梁工程的结构形式。

③关注大跨度钢铁梁施工技术，可增强路桥结构应力中的承载力，细化施工内容，很好的应对荷载因素的影响。

2 大跨度钢铁梁的安装施工技术

某钢铁梁总长度350m、总质量8033t，桥跨布置（100＋150＋100）m。钢铁梁截面采用的是单箱多室变截面的结构形式，两侧挑臂宽度为 3.85m；梁高3.2～6.2m；箱梁顶板宽度是26～34.319m；底板宽度是18.3～26.619m。桥梁设置了双向1.5%的横坡，采用的是Q345q-C材质。板厚＞35mm的主材材质是Q3370q-D，同时板厚超过30mm钢板所要求的Z15性能。钢箱梁座位于混凝土的支墩上，要求跨中起拱，从左到右的桥墩编号是Z114～Z117[2]。

钢铁梁为正交异性结构，顶板的板厚20，28，32，36mm；底板板厚20，28，32，40mm；腹板板厚 16，20，24mm；横隔板板厚全部为 16mm，支座部位的横隔板板厚是28，32mm。端部支座的横隔板间距是0.8m、中部支座的横隔板间距为1.2m，其他横隔板的间距全部为3m，其中两道横隔板之间设置了一道腹板竖向加劲肋[3]。

2.1 分段与分块方案

零部件单元的制造流程见下图。

图1 零部件单元的制造流程图

严格按照设计方案与图纸进行制作、安装；认真编写钢结构的制作文件，细化文件内容，提高制作质量；详细绘制零部件的加工图纸并上报监理、设计、建设等单位，通过审核与批准后才能开始操作。

高架梁的钢箱梁全部位于顶底板平行处，箱梁整体旋转后形成横坡。制作块单元时，首先要定位好纵横基准线，然后以此为依据分别划出隔板组装、加劲肋以及腹板的位置线。钢铁梁的焊接质量应达到《公路桥涵施工技术规范》（J0KNG/0KNF50——2011）中提到的一、二级焊缝质量要求，然后进行射线探伤以及超声波探伤。要求箱梁内部的相对湿度≥50%，如果钢铁梁完全暴露在大气中，则要求外表面涂装的耐久性≥25年。

2.2 设计施工方案

2.2.1 钢箱梁分段出厂，履带式起重机吊装

在工厂内完成钢铁梁分段的制作，达到现场后使用履带式起重机把钢铁梁分段吊装在支撑体系上。优点是能够节约施工现场的拼装与焊接时间，提高施工效率。缺点是：①考虑到运输条件，如果在工厂内制作钢铁梁分段，则分段的高度需要控制在4m以内，同时钢铁梁截面最高是6m，必须把箱梁再一次进行横向分段，增加了现场施工难度。②箱涵比较老旧，采用的是扩大型基础，承载能力较差，需要把荷载控制在 15kN/m2以内，吊装过程中会对箱涵产生严重影响[4]。

2.2.2 钢箱梁单元件出厂，履带式起重机吊装

优点是可以进一步提高钢铁梁的整体拼装质量。缺点是履带式吊装会影响箱涵。

2.2.3 钢铁梁单元件与分段出厂，龙门机吊装

在工厂内制作完成单元件，然后运送到施工现场安装，在不被运输条件限制的情况下，还能保证现场拼接质量。挑臂和靠近 Z177桥墩位置采用分段，同样在工厂内制作，以减少现场施工量，还能保证施工区域两侧的交通不受影响。龙门吊机节约了施工成本，而且不会对老旧的箱涵产生不利影响。

经综合对比，本工程最终选择第三种施工方案。

2.3 支撑体系的搭设

2.3.1 具体要求

考虑到路面的承载能力，荷载应≤15kN/m2；钢支撑的间距应≤3m×3.5m，同时每个支点的集中力控制在 84kN/m2以内；每个支点的路面垫板尺寸至少要达到0.5m×0.5m。

2.3.2 搭设

在钢铁横隔板下布置临时的支撑顺桥向。临时支墩分为主支墩和副支墩，前者为钢管Ф273×8；后者为钢管Ф194×6。支墩和支墩之间采用平联的方式连接，平联又分为上下两层；横桥向支墩和支墩之间为圆管斜撑连接。纵桥向主支墩为槽钢斜撑连接，副支墩没有斜撑连接，斜撑为间断布置。在箱涵的区域内，临时支墩底部用钢板铺设而成，钢板的厚度是 20mm，可充分满足箱涵的承载力要求

采用专业软件分析支撑体系，结果表明，胎架的结构应力强度不能超过材料许用应力，变形和稳定性全部符合设计要求[5]。

2.4 交通疏导

L32联钢箱梁所处路段的宽度在46m左右，道路两侧各设置一个花坛，宽度2.8m，花坛内侧是人行道。为了不影响车辆的正常通行，根据交管局要求，布置了支撑体系和龙门吊装置。施工区域设置28m宽的围挡，拆除两侧花坛，待其硬化后，可提供出城和进程车辆的通行道路。施工区域内应该注意：如果围栏处有车辆的进出口，则要在此安装反光镜；然后在施工区域的两端分别设置减速带，围挡的两侧每隔20m的距离安装一个警示灯，以保证夜间通行安全。

2.5 安装施工

2.5.1 选择吊机、固定轨道

单元构件的最大外形尺寸是17.678m×4.911m×0.292m；质量为32.191t，因此需要两台20t的龙门吊，通过抬吊的方法来安装。根据钢箱梁的长度，在沿线布置4台龙门吊。

将现浇混凝土条形梁作为龙门吊轨道的基础，用来调整轨道的水平度，为龙门吊的使用创造条件。箱涵和混凝土轨道梁之间需要垫上宽600mm、厚30mm的钢板；条形梁的内部钢筋用膨胀螺栓和地面固定，或者穿过钢板和地面固定，膨胀螺栓的间距是600mm。然后在条形梁内部钢筋的顶部焊接预埋垫板，用来固定龙门吊的轨道，所有预埋垫板的表面都应保持同一水平面。

2.5.2 安装钢箱梁

考虑到钢箱梁的立面变成了截面，桥墩位置的截面较大，所以安装单元件时，应先安装桥墩处的箱梁，再向中间安装，最后再安装中间合龙段。

2.5.3 钢箱梁的安装要求

①当组焊完一个节段的底板组合单元件时，需要切割一端的余量，然后再组装相邻下一节段的底板组合单元件。组焊完这一节段后再组焊相邻节段。

②每节段的顶板上都有节段的纵横基准线以及标准控制点，需要通过全站仪来明确节段的纵横基准线，采用水准仪来明确标高。

③为了给现场施工人员、施工设备的进出提供方便，保障施工安全。现场安装时，每一条环缝附近的顶板上都需要开 1～2个长圆人孔，尺寸600mm～280mm。如果设备的外形尺寸较大，无法顺利进入箱梁，则需要开设Ф600的人孔。

④合龙段吊装之前，应该检测余量断口的位置以及和理论位置之间的偏差，根据偏差值来切割余量。切割余量的检测时间为晚上10点至次日早上7点，在温度相同的条件下进行连续、多次的测量，取平均值作为最终的余量切割值。

2.6 安装效果

①钢箱梁单元件和分段全部在工厂制作，施工现场采用龙门机吊装，显著提高了施工效果，而且不会影响施工时对箱涵的观测，还能充分保障施工安全。

②对于面积、体积较大的中、厚钢板现场拼装的钢箱梁，安装与焊接施工中应保持应力的均匀分布，不会产生严重的施工变形。钢桥在落架时，采用光纤动态监测了钢箱梁的应力变化，监测数据显示，无论是桥梁的应力还是应变状态都保持良好。

③对钢箱梁焊缝进行无损检测，同时测量桥梁线型，检测结果显示，焊缝的质量均满足规范与设计要求。桥梁中线偏差仅有5mm，墩台处的梁底标高偏差仅有＋2mm，实测桥面标高，同样满足设计规范要求。

3 大跨度钢箱梁的安装施工技术要点

3.1 制作控制技术

钢箱梁顶的拱度，钢箱梁的预拱度与行车荷载、钢箱梁自重、焊接变形产生的挠度密切相关。预制钢箱梁的预拱度，参数值应以三个指标的组合值为主。计算简支梁最大的跨度值时，需要设置抛物线。钢箱梁的预拱度=钢箱梁自重产生的挠度＋车辆荷载产生的向下挠度＋焊接产生的向上挠度。

严格控制胎架精度，根据计算的预拱度用抛物线方程分配法起拱。钢箱梁的底板尺寸以及曲线决定了正装法胎架，纵横梁结构采用的是型钢，纵横梁之间的间距≤2m，同时要保证足够的刚度。严格按照预拱曲线来计算胎架强度，反复检测核对后才能使用。

3.2 装配精度的控制

装配底板的过程中需要检查底板以及胎架支撑点之间的贴合度，保证贴合度＞95%。规范焊接操作，避免结构变形。特别是焊缝的焊接，需要抽取10%的焊接缝进行射线探伤，运用超声波技术检测焊缝。安装腹板时，需要注意垂直度的偏差，用直角尺与铅垂线共同检测，将偏差控制在2°以内。

3.3 吊装精度的控制

吊装之前仔细检查墩台的支座是否达到规范设计的要求，以保证安装质量与安全性。设备人员与工程技术人员共同前往现场检查和验收，进行技术、安全交底工作。结合施工现场规划好运输路线与吊装顺序。在吊装区域设置警示牌，禁止车辆与人员未经允许擅自通行。将临时的支架结构设计为钢管立柱格构式支架，将工字钢横撑设置在支架顶部长度的方向上，各支架所处的位置以及高度由测绘人员现场复测、绘图，以保证支架位置的准确。在组装过程中或者组装后修补施工现场，修补后的构件应干净、无污渍，做好修补与涂层之间的衔接。在72h内修补焊接部位，修补时全程监控，并做好相关记录。最后涂装面漆，完善施工准备与安全检查，修复好缺陷，加强保养，将油污和粉尘清理干净，全部合格后开始面漆施工。