基于某转体桥特点构建下的钢箱梁制作施工探索

2021-10-05王天荣

工程建设与设计 2021年17期

王天荣

（中建隧道建设有限公司，重庆 404100）

1 引言

本工程为某市绕城改线工程上跨石太铁路桥梁，孔跨布置形式：（1×40 m 简支T 梁+2×100 m 转体钢箱梁T 构）；本桥平面位于圆曲线和直线上，跨铁路孔的孔跨设计为2×100 m转体T 构，按整幅设计，桥面宽度24.5 m。转体桥范围内线位处于直线和圆曲线上。先沿铁路线搭设临时支架拼装焊接T构钢箱梁，完成后逆时针转体54°就位，转体质量9 050 t。本文结合该转体桥工程特点分析了钢箱梁制作施工要点。

2 转体桥钢箱梁制作施工工艺分析

本转体桥工程的钢箱梁采用的是全焊结构形式，这使得成品焊缝较为密集，且残余应力较大，容易出现焊接变形等质量缺陷。为保证钢箱梁制作加工质量，提高制造加工的效率，在钢箱梁的制造中采用了在车间生产零件及板单元，并在车间外利用连续整体胎架完成板单元及各零部件拼接的制作加工方式。根据该转体桥的施工特点，在本次钢箱梁的制作加工中加强对箱形基本组成部件板单元加工的几何形状、尺寸规格和组装精度的控制，为钢箱梁整体制作质量控制奠定良好的基础。同时，应严格按照设计准确控制箱形隔板周边几何尺寸、相邻边夹角的控制以及纵向加劲肋缺口位置精度，箱型隔板的加工精度将直接关系到箱形的组装精度[1]。在钢箱梁的焊接施工时则应合理选择焊接方法以及焊接工艺流程，并重点控制对腹板与顶、底板焊缝及拼接焊缝等主要传力焊缝的焊接施工质量，确保钢箱梁的几何精度以及焊接质量能够达到设计要求。此外，还应准确控制整体胎架各点标高和钢箱梁线形精度，以保证成品制作质量符合设计标准。

3 转体桥钢箱梁制作节段划分分析

在划分转体桥钢箱梁制作节段时，应以保证钢结构整体性为原则，结合制作工厂现有制作加工技术水平、钢箱梁连接和接口错开尺寸要求、起重设备的起重能力、钢箱梁成品运输要求、施工现场工况条件等各种因素科学划分各联钢箱梁节段，为钢箱梁线形控制创造有利条件。同时，钢箱梁节段的划分还应考虑经济因素，尽量减少拼接段数量以及临时支护安装数量。在划分钢箱梁制作阶段时应设置单向以及双向胎架拼装分段，以防止钢箱梁结构出现永久变形等问题。且胎架刚度应满足制作加工要求，其还应具备对钢结构水平以及预拱度进行校正的功能，以便于在完成各节分段组装后开展复测调整工作。在完成钢箱梁制作节段的划分后，应准确标记所有分段的零部件。

4 转体桥钢箱梁厂内制作技术分析

在加工制作转体桥钢箱梁零部件上应先对原材料进行抛丸除锈处理，再按照设计标准下料切割。在拼装分段前，应根据钢材规格合理确定主要受力构件拼缝位置。通常不得在箱梁面板跨中以及墩顶处设置横桥向拼缝，且在腹板在高度方向不得采用拼接方式，而应采用整板。在拼装时应尽量错开拼缝，以防止出现通缝现象，影响钢箱梁整体结构强度[2]，如图1、图2 所示。如受运输条件限制需要采用分段运输方式时，应错开设置底板、顶板以及腹板接缝，且应保证其不重合于前后分段节段错开处。制作钢梁时应结合转体桥设计线形和曲线合理设置预拱度，且应根据二次抛物线确定梁跨中起拱曲线。在对钢箱梁分段进行拼装时应首先进行厂内试拼装，以保证转体桥的施工进度。在试拼装时应分别进行横纵向试拼，以确保所有构件以及分段均能够与相邻构件和分段有效衔接。在焊接钢箱梁时，应对焊材进行逐批抽样复验，确认其机械性能、化学成分均符合相关技术标准后才能使用，且应详细记录复验检查数据。在钢箱梁节段拼装施工时，为防止出现结构变形问题，应科学选择焊接技术方法以及工艺流程，通过焊接工艺评定试验优化焊接工艺参数，以尽量减小钢箱梁构件以及分段组装焊接收缩变形，且应合理控制应焊接约束应力。如必须在有较大拘束状态下施焊时，应采用连续施焊方式。同时，在焊接构件前，应合理设置收缩余量以及反变形。在完成焊接作业后，应采用无损检验方式对焊缝质量进行检测。在本次钢箱梁制作施工中分别采用了超声波探伤以及射线探伤技术进行检测，且在射线探伤时面板、底板以及腹板焊缝条应达到焊缝对接焊缝长度的10%以上。在探伤检测合格后就可以对钢箱梁进行涂装施工了。施工时应严格遵守相关操作规范以及工艺流程，准确控制涂层厚度，保证涂装施工质量。

图1 分段节段错缝示意图

图2 箱体节段顶、腹、底板错缝示意

5 转体桥钢箱梁运输分析

在运输转体桥钢箱梁时应科学规划运输路线，合理选择运载方式以及运载设备，并要做好成品保护措施。下胎前应用角钢或槽钢对钢箱梁开口箱等相对薄弱设置临时性支护结构，且临时支护应设置成三角形体系，以提高支护的稳定性，防止钢箱梁构件出现变形损坏等问题。且应根据每段箱梁的长度、重量、结构形式，在箱梁的隔板、筋板部位等合理布置支点，改善受力情况，减小箱梁变形。且应将纸板或胶皮垫设于钢箱梁支承点处，以避免损伤油漆涂层。同时，应在安装前对临时加固焊点进行打磨和刷油处理，并将胶皮设置在封车钢丝绳接触钢箱梁主梁处。装车时应平稳摆放钢构件，并将方木设置于构件和车板间，避免运输过程中构件出现变形情况。装车后应将钢箱梁捆扎紧固，且在运输过程中应随时注意检查倒链的松紧度，如发现松动应及时紧固。在运输时应均匀行驶，并严格控制车速，不得拐死弯或者小弯，以保证运输安全。

6 转体桥钢箱梁安装施工分析

6.1 转体桥钢箱梁安装工艺

当钢箱梁验收出厂并运抵施工现场后，应现场搭设临时支架以便进行高空拼装以及定位焊接作业。在对焊缝打磨处理后应探伤检测，检测合格还要补涂油漆。在钢箱梁吊装焊接质量验收合格后应将临时支架拆除。

6.2 合理划分转体桥钢箱梁安装节段

由于该转体桥工程的钢箱梁构件的自重及形体较大，因此，在划分节段时应严格遵守相关技术规范要求，并综合考虑钢梁各分段结构形式和跨度、现场运输路转弯半径和宽度以及临时支架基础位置等因素，确保节段单件重量和外形尺寸科学合理。在该转体桥钢箱梁的安装施工中，沿钢箱梁纵向划分为18 个大段，横向划分为挑臂单元2 个以及箱室5 个。同时，根据该转体桥特点，采用U 形肋螺栓连接分段位置，而其余箱梁连接则采用焊接方式。吊装顺序可参见图3。

图3 钢箱梁吊装顺序示意图

6.3 合理选择吊车吊耳等吊具

根据该转体桥施工现场地面承载能力以及钢箱梁构件重量、吊装高度等要素，配置280 t 履带吊2 台以及50 t 汽车吊配合2 台。同时，根据母材力学性能合理选择吊耳所用材料以及吊耳的焊接用辅材。

6.4 转体桥钢箱梁吊装施工分析

在吊车进场前应详细检查整车质量，且应保证所有相关文件资料完整准确。同时，应对施工现场进行平整，并采用铺设道木以及路基箱等方式对施工道路进行加固处理，确保施工现场道路平整坚实，确保施工现场地基及道路承载能力达到要求后，吊车才能进场。

6.4.1 安装吊耳

在吊装钢梁段时，应在每节段钢梁上设置吊耳4 个，一般应选择梁段两端约1/3 处横梁或横隔板正上方设置吊点。在焊接吊耳施工时应结合吊装物体的实际情况选择相应的焊接方法，并合理控制焊脚尺寸，并应通过数控割孔方式加工吊耳孔眼，且应打磨光滑并呈圆弧倒角，防止对索具造成损坏。安装吊耳时按照受力方向确定设置方向，且以吊装构件重心为中心对称布置吊耳，以确保构件吊装平稳安全。

6.4.2 吊装前准备

在转体桥土建工程完成后，应详细检查基础实物施工质量，确保基础混凝土结构强度与设计强度标准相一致。同时，施工现场的临时道路强度能够满足箱型梁构件运输和吊装设备的通行要求，基础周围完成回填施工。施工单位应对轴线控制点和标高等指标参数进行复测，确保施工完成部分的土建基础标高、轴线、柱距、跨距等均符合设计标准，并应详细记录复测数据。施工单位在吊装前应检验钢箱梁构件外观以及质量性能，并应根据施工现场的实际情况复核施工图纸，做好技术交底工作，确保施工人员能够熟练准确地掌握各项技术要点以及操作规范。

6.4.3 吊装钢箱梁

在吊装转体钢箱梁施工时，应首先搭设临时支架，然后将中墩位置S0 段锚固段箱梁吊装到位并浇筑混凝土。当混凝土浇筑完成并符合设计强度要求后，再进行S0 段上半段钢箱梁的吊装作业，且应将临时连接板分别设置于上下分段处，以便进行临时固定安装。当中墩S0 段钢箱梁完成吊装施工后，才能向东西两侧依次吊装S1 至S6 段。其中，S1 段的横向吊装应按照从南向北顺序依次安装就位。

6.4.4 钢箱梁工地施焊

在该转体桥钢箱梁的焊接施工中采取了同时多点施焊方式处理纵向焊缝，并根据纵向焊缝长度确定起焊点数量，起焊点间距则控制在4 m 左右。在对接钢箱梁梁段顶和底板时应在将底板焊接就位后再进行顶板的焊接作业，且应通过二氧化碳气体保护焊工艺处理顶底板焊缝，同时，将陶质钢衬贴垫在反面，以确保单面焊双面成型。而在焊接U 形肋施工时则可以同时进行U 形肋嵌补段施工，先焊接对接缝，然后再焊接角焊缝。在焊接U 形肋时应杂立焊部位焊接完毕后再进行平焊部位的施焊作业。U 形肋的嵌对接也应选择采用二氧化碳气体保护焊工艺，反面钢衬垫，单面焊双面成型。在对加劲肋进行嵌补焊施工时，应由先焊接对接加劲肋，然后，再焊接底板位置以及加劲肋的角焊缝。加劲肋的嵌对接也应选择二氧化碳气体保护焊工艺进行施焊。