机二高工程的钢箱梁施工工艺介绍
2021-08-13赵学亮方文兵
赵学亮 方文兵
（广州市市政集团有限公司）
1 工程概况
钢箱梁是桥梁常用的结构构件，其抗弯及抗扭刚度大[1-3]，重量相对较轻[4]，外形简洁美观[5]。工程为广州新白云国际机场第二高速公路项目，其中包括一座120m长、20m宽、3.35m高、单箱四室的钢箱梁桥。
2 钢箱梁的制造、加工
钢箱梁采用Q345D低合金高强度结构钢制造，梁腹板纵横向拼接间距不小于10倍的腹板厚度。构件连接时，钢板的轧制方向与部件主要受力方向一致，腹板的纵向拼接焊缝，布置在受压区。对于现场组装部位，应按接头曲线预留出不小于200mm的余量。
钢箱梁各分部构件加工完成后，在胎架上进行组装。T型构件、横隔板构件、底板，在小合拢阶段进行组装；顶板、U肋、横隔板和腹板，在中合拢进行组装。
钢箱梁的制造流程如图1所示。值得注意的是，常见的钢面板焊接之后，易出现较大变形，造成后期矫正工作量大。经过多次试验与优化，本工程在焊接组装之前，先在面板上焊接U型肋板，通过U型肋板来约束面板的变形，从而减少面板焊接之后的收缩量，使焊接之后的矫正工作量减少了90%。
图1 钢箱梁的制造、加工流程
3 临时支墩的施工
在钢箱梁运至工地之前，应完成临时支墩的施工并达到设计承载力。临时支墩包括基础、立柱、墩顶平台三部分。
基础采用厚100cm的钢筋混凝土，混凝土强度等级为C20，距基础下表面20mm处的混凝土中铺设200mm×200mm的ϕ12钢筋网，垫层中预埋钢板，用于焊接支墩立柱。
支墩立柱采用ϕ600×12mm钢管柱，其长度根据钢箱梁底部的离地高度而定。钢管柱采用2排9列，纵桥向为2排，间距200cm；横桥向9列，间距250cm。钢管柱与钢管柱之间采用22#槽钢作为水平及交叉缀条连接。
墩顶平台位于支墩柱顶。钢管柱顶上纵向架设3条长度3.5m的40b工字钢；工字钢上架设横向单层双排贝雷架，贝雷架共3组，其中2组长度9m，1组长度3m；贝雷架上铺设重型枕木以及调整钢箱梁标高用的32t千斤顶，枕木和千斤顶上设横向2×32#工字钢。钢箱梁将吊装、安置在2×32#工字钢上。
临时支墩与钢箱梁的立面位置如图2所示。
图2 临时支墩与钢箱梁的立面
4 钢箱梁的拼装、起吊、就位
钢箱梁各部位运至工地，分块拼装成型。钢箱梁纵向分为3个节段，横向分为4块，其中箱间横梁由预埋段和现场拼装段组成，预埋段在加工场内完成，现场拼装段则到现场进行拼装。为运输与施工方便，钢箱梁的分段长度为20m。钢箱梁的接缝为阶梯形，顶板、腹板、底板的焊缝位置依次错开500mm，各腹板平齐。
采用2台300吨汽车起重机进行吊装。吊索安全系数为10，吊索与梁体交角为45°～60°。钢箱梁构件绑扎应牢固，单点起吊的吊环应在构件重心上方，两点或多点起吊时，应根据各吊点受力均匀一致的原则来确定吊环位置。使用两台起重机抬吊同一构件，要根据双机协作系数选择吊机，使各起重机力距均控制在安全力距以内。
为了实现钢箱梁的精确就位，本工程采用“有余量拼装”措施，钢箱梁的精确微调包括位置微调和余量切割两部分。钢梁位置微调包括竖向微调和水平微调，竖向微调通过临时支墩上的千斤顶来调节；水平微调通过电动可调葫芦来调节。余量切割包括“无负荷切割”和“有负荷切割”两种情况。根据本工程场地条件，采用“无负荷切割”方式。
5 焊接
本工程以钢板组焊为主，采用对接平焊及板与板之间立接角焊。施焊前必须清除连接接触面和焊缝边缘30～50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢。每一层连接处焊接结束后，应及时清除药皮、熔渣、溢流。
定位焊时应符合下列规定：焊缝应距设计焊缝端部30mm以上，焊缝长应为50～100mm，间距应为400～600mm，定位焊缝的焊脚尺寸不得大于设计焊脚尺寸的1/2；焊接后，焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣、焊瘤等缺陷。
缝磨修和返修焊时应符合下列规定：焊接结束后，切掉构件的两端引板，并磨平切口；焊脚尺寸超出相关规定允许的正偏差点焊缝，及小于1mm超差的咬边，必须磨修匀顺；焊缝咬边超过1mm或外观检查超出负偏差的缺陷，应用手工电弧焊进行返修；16Mn钢板厚度大于25mm返修焊时，应预热至100～150℃。
6 防锈处理
钢材在雨露、盐雾、灰尘、氧气与酸性气体作用下，容易发生化学锈蚀与电化学锈蚀[6-7]，钢材表面氧化成疏松、易剥落的铁锈[8-9]，久而久之，锈蚀将降低钢材的强度、韧性等力学性能[10]，减小钢构件的截面尺寸，缩短钢结构的使用寿命[11]。为了提高钢箱梁的抗锈蚀性能，本项目采用刷油漆进行防锈处理。
防锈处理流程为：基层处理→涂防锈漆→涂磷化底漆→涂刷面漆。首先将钢材表面上的灰尘、油污、锈斑、焊渣、毛刺等清除干净，使其露出金属光泽；然后涂红丹防锈漆；为了使金属表面的油漆能有较好的附着力，延长油漆的使用期，红丹防锈漆干燥后，在其表面涂一层磷化底漆；最后涂饰丙烯酸聚氨酯面漆。
7 结语
本工程的钢箱梁桥已竣工1年多，从未出现破损、变形、锈蚀等质量问题，使用性能良好，受到了业主的好评。
