山区高速公路小半径曲线钢箱梁施工技术研究

樊俊亮

（甘肃省公路建设管理集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

史家山互通立交枢纽位于甘肃庆阳市庆城县境内，该立交枢纽是甘肃省在建规模最大的互通式立交桥，也是银百高速甜永段全线控制性工程之一，由1座主线桥、13座匝道桥和2座拼宽桥构成。其中D匝道桥第5-7联采用小半径曲线钢箱梁结构，在架设施工中面临高空跨线施工、路线与谷底高差较大、场地设备要求高、架桥机移动困难等一系列问题。本文以银百高速（G69）甜永段史家山互通立交小半径曲线钢箱梁桥施工为例，介绍小半径曲线钢箱梁桥跨线的制作、架设过程中的线型控制技术，为同类型工程结构的施工提供参考。

1 钢箱梁制作与安装

1.1 钢箱梁场内制作

（1）放样。

利用相关软件绘制出箱梁各构件详图，精确放样箱梁各构件，对部分复杂部位需进行立体放样，作为数控编程和下料套料图的控制依据。

（2）号料及下料。

严格按工艺套料图进行。校平直所使用的板件，保证其断面光滑均顺，边缘无飞刺、挂渣；宜冷矫矫正相关零件，矫正后其表面无明显的损伤和凹痕。当必须采用热矫时，控制其温度在600～800℃，在降至室温前不得锤击钢材。弯曲后零件不得产生裂纹。矫正时环境温度不宜低于-12℃[1]。

（3）典型零部件加工。

典型零部件加工包括顶板单元、横隔板单元、悬挑板单元，由顶板和板单元焊接组成。板单元焊接后的矫正要求如下：冷矫时，其环境温度应高于5℃，在矫正过程中应缓慢加力，矫正完成后总变形量应小于变形部位初始长度的2%；热矫时，不宜在同一部位多次重复加热，加热温度应控制在600～800℃，不允许过烧。

（4）拼装胎架制作。

拼装梁段胎架根据梁段的重量、结构位置、投影水平弧形外轮廓、梁段制造预变形及钢箱梁设计圆弧竖曲线等因素进行胎架的设计和制造，保证胎架有足够的刚度[2]。

（5）钢箱梁组装流程。

在组装前综合考虑焊接顺序和方法对梁段组装焊接变形的影响，制定梁段组装程序。一般总拼步骤为：底板→横隔板→腹板→顶板→悬挑单元。

1.2 钢管桩临时支架施工

1.2.1 钢管桩施工

打桩工作开始前，首先对现场进行实地测量放线，定位钢管桩位置，然后利用打桩机用振动锤在设计位置精确对位后将钢管桩插打至设计深度，打入深度根据桥梁永久桩基施工时记录的入岩标高参数和现有原地面标高确定。钢管桩施工时外露高度控制在80cm左右，以方便进行与临时支架立柱的焊接作业[3]。

为验证钢管桩单桩承载力，项目部组织进行了单桩承载力试验。现场在D匝道15号墩旁打入一根试验桩，试验桩打入深度5m，另在试验桩两侧打入两根支撑桩用来做反力架。反力架分配梁采用I40工字钢焊接，顶部放置配重块，配重块单块尺寸3m×1m×0.8m，每块重3t，共放置20块，配重60t，试验用千斤顶为300T液压顶，其线性回归方程为y=0.0172x+0.947（y为油表读数，x为对应力值，换算x=58.1395y-5.5058），通过试验得出相关数据如表1。

表1 单桩承载力试验结果

从试验数据得出，单桩承载力满足方案计算书中单桩最大受力634kN的要求。

1.2.2临时支架施工

临时支架尺寸为4m×11m，立柱使用609mm×16mm的钢管，立柱间连接采用法兰盘。临时支架搭设高度根据施工完的钢管桩桩顶标高和临时支架顶部的标高计算确定，临时支架立柱标准节段长度为6m，立柱与钢管桩连接的第一节在地面焊接成格构形式后整体吊装安装，立柱与钢管桩对中后进行焊接连接，从第一标准节立柱顶部往下和底部往上各1m焊接一道水平纵横向连接以增加稳定性，同时顶部往下1m处的纵横向连接作为下一节立柱安装时的作业平台摆放位置,剩余上部立柱随着高度的增加,安装时每3根立柱焊接成一组进行安装，不可再整体6根立柱吊装,每组安装加固牢固且垂直度符合要求后再进行纵向两组之间的连接。

临时支架顶部主横梁采用双拼I40b工字钢，主横梁长度15m，主横梁与临时支架立柱顶部法兰盘进行焊接固定，主横梁上每隔1m放置纵向双拼I40工字钢，与主横梁焊接固定，作为架桥机1#柱横梁的放置平台，工字钢间空隙铺设用I10和花纹钢板制作的平台保证施工安全。

临时支架与混凝土墩间通过16#槽钢在高度方向每隔6m连接一道，使临时支架整体刚度及稳定性得以提高。支架搭设完成后,使用前要组织进行联合验收，验收合格后方可进行下一工序施工。

1.3 钢箱梁场外架设

1.3.1 架桥机选型

为满足小半径曲线钢箱梁的架设要求，采用架桥机结构，结构包括常规架桥机主梁，前、中、后支腿装置以及设置于沿横桥向方向的中支腿横移轨道,通过中支腿滑动块将中支腿装置底部安装在中支腿横移轨道上,中支腿横移轨道设置与横桥方向构成一定倾角。通过中支腿横移轨道上的中支腿滑动块的移动，移动架桥机主梁的梁尾，即可调整架桥机的旋转角度。以前支腿为圆心，以钢箱梁上表面为平面，如果调整中支腿坡度为0，则钢箱梁进行左右方向的旋转，即实现架桥机的水平左右旋转；调整中支腿坡度不为0，则钢箱梁左右方向的旋转，会使钢箱梁前后端高程也会变化，从而通过架桥机角度的调整实现钢箱梁架设姿态的调整，满足小半径曲线钢箱梁的姿态要求[4]。

1.3.2 施工前准备

依据选定的钢箱梁架设施工方案，对照设计图纸对钢箱梁的节段划分，根据架桥机架设的特殊性对原设计图节段划分进行优化然后报设计院进行确认。D匝道钢箱梁主箱共分为3个架设段，内外弧翼缘板各3个架设段，总计9个架设段。根据钢箱梁节段划分等参数选用50m-180t架桥机架设，架桥机主析梁中心距6.3m，架桥机总长65.5m，50m-180t架桥机最小适应架设曲线半径为200m，现场施工通过在混凝土墩大里程侧搭设临时支架调整曲线半径以满足架桥机工作条件，调整后架桥机工作半径为225m，大于200m，可满足施工需要。

1.3.3 架桥机过孔

步骤1：过孔前支设好1#柱、辅助支腿、3#柱，调整2#柱横移轨道使其大致与架设完的梁前端平行，保证1#柱调整后2#柱轨道与其平行，主梁前移时不会别劲，保证顺利前移；

步骤2：架桥机主梁后退，使其0#柱退到临时支架平台或混凝土梁面上，0#柱支垫牢固；

步骤3：验收架桥机主要构件；

步骤4：调整1#柱使其与已架设完的钢箱梁或混凝土梁端头平行，架桥机准备正常过孔；

步骤5：架桥机主梁正常前移，当3#柱到达2#柱2m位置处时停止主梁前移;

步骤6：调整2#柱，摆放2#柱横移轨道使其到达跨中位置处（边移动边调整)，调整到工况模拟时确定的旋转角度；

步骤7：架桥机主梁向前继续过孔，使其0#柱到达临时支架平台上(前移主梁需要配重，用预制混凝土块或已架设的钢箱梁自身做配重)，支垫0#柱，3#柱；

步骤8：移动2#柱到墩顶满足架设钢箱梁的位置处(如1次移动不到加高横梁上，要临时支垫2#柱横移轨道在加高横梁附近，然后再进行顶升主梁放置到位)；

步骤9：验收此状态下的架桥机主要构件；

步骤10：移动1#柱到达临时支架平台上，1#柱支垫牢固。架桥机过孔基本完成，开始下一阶段调整;

步骤11：进行姿态调整。1#柱横移轨道在临时支架上支垫完成后，通过辅助支腿和3#柱支撑顶升架桥机主梁，将2#柱及其横移轨道移动到梁面上标识的最终架梁状态的位置线处，支垫时调整好架桥机前后主梁的相对高差，保证架桥机前端高于后端，确保架梁时整机安全。同时根据工况模拟将左右两侧主箱梁段架设时架桥机2#柱轮箱横移位置在轨道上标识出来，在架设过程中按此控制。姿态调整完成后组织进行架桥机的联合验收，确保在架梁前消除相关隐患。

1.3.4 主箱梁段架设前准备

主箱梁段架设顺序为:先外弧梁段→再中间梁段→后内弧梁段。

架设之前根据安装完的支座和盖梁、临时支架顶面的相对高差，计算出梁段架设时需要的临时支座高度，然后制作好临时支座，提前放置相应位置，然后将支座楔形钢板安装后与支座焊接固定。

根据支座中心线距挡块的距离,计算出梁段架设后外侧腹板距挡块的距离，然后用钢板制作后焊接在主箱支座对应的腹板位置处作为限位板,架设时限位板顶紧挡块，可保证梁段不会偏位。

提前准备好50T立式油压千斤顶调整梁段高度；32T千斤顶及配套顶拉架作为相邻两梁段拼缝及高差的调整；足够数量的码板及二保焊接进行梁段的固定连接。

1.3.5 主箱梁段架设

运梁车喂梁后，将吊装单元块的一头移到架桥机尾部的前天车下，由前天车吊起该单元块的一头，另一头仍然支撑在主动炮车上。前天车和主动炮车同步进行喂梁，直到该梁段的另一头走到后天车下，由后天车吊起单元块的另一头后，2台天车同步将该单元块运输到待架桥梁的位置。通过架桥机和起重天车的起升、下降、横移和纵移将主箱梁段摆放到相应位置，然后用临时支座作为支撑，用32T千斤顶及配套顶拉架调整相邻两梁段拼缝及高差，调整完成后及时采用码板焊接固定[5]。

1.3.6 主箱纵横梁焊缝焊接

焊缝焊接采用单面焊接双面成型工艺,焊接前在焊缝底面或焊接对面粘贴陶瓷衬垫,焊接时做好箱室内通风和有害气体的检测,确保焊接作业过程人员安全。

1.3.7 翼缘板架设及焊接

翼缘板架设采用在架桥机主析梁上安装I45b工字钢横梁，人工配合使用5T手拉手推单轨行车和5T倒链进行横向滑移架设，架设前先用架桥机将翼缘板提放到相应位置，然后再进行人工提升滑移安装。

翼缘板安装时要根据设计图纸所给桥面横坡进行板面横坡和梁面宽度的调整，通过测量相对高差确定翼缘板的横坡，安装后及时用码板进行固定，同时每块翼缘板纵向与主箱梁焊接连接不少于3处，每处焊缝长度不小于50cm。

翼缘板与主箱腹板连接处的焊缝焊接时采用16#槽钢加工制作作业平台，作业平台在梁顶面安装4个行走滑轮，作业平台作业时在其顶部配重确保安全。

1.3.8 焊缝探伤检测

焊缝焊接完成后及时安排进行打磨处理,自检合格后报第三方进行探伤检测，探伤合格后进行下一跨施工。

1.3.9 墩顶横梁内压重混凝土浇筑

每一联架设完成后，将墩顶横梁内清理干净，采用汽车泵浇筑混凝土，浇筑时使软管刚好能从灌注孔伸入，直接泵送入仓。

混凝土施工分层浇筑，分层厚度按30cm控制，采用插入式振捣棒振捣，振捣时严禁碰撞到箱梁，振捣时逐点移动，按顺序进行，不得漏振。浇筑过程中还应注意箱梁、支座，如有位移、变形、沉降等应立即校正并加固。

混凝土浇筑完成后及时养生,且保证水化热充分释放后再进行灌注孔的封闭，封闭用钢板材质及规格同母板，剖口全熔透焊接。

2 结束语

应用于甜永高速12标史家山枢纽互通立交D匝道桥第5-7联施工中的钢箱梁架设方法，通过设置中支腿横移轨道达到调整架桥机旋转角度的目的，从而满足小半径曲线架设钢箱梁要求，既有效地解决钢箱梁在小曲线半径下的架设问题，又解决了要求横坡和纵坡的钢箱梁拼装的难题。同时相较于普通的搭设支架架设钢箱梁，施工工艺简单，工艺新颖、安全可靠，加快施工进度，不占用桥下净空，达到降低成本、降低安全隐患、减小对桥下既有线运营影响的目的，适用于高墩条件下小半径曲线钢箱梁架设。