沙坪河大桥钢箱梁分段安装曲线线形控制方法研究

何中旺

摘要 文章结合具体工程实例，介绍了沙坪河大桥钢箱梁吊装施工方案，并分析了吊装过程中可能导致安装线形和最终成桥线形出现误差的各种因素，并提出了线形控制措施，以确保钢箱梁安装线形满足设计要求，提高桥梁工程钢箱梁安装施工质量，降低钢箱梁施工风险隐患。

关键词 桥梁工程；钢箱梁安装；线形控制

中图分类号 U445.4文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）09-0060-03

0 引言

钢箱梁施工技术已经成为桥梁工程不可缺少的组成部分[1]，减小钢箱梁安装后实际线形和设计线形之间的偏差则是钢箱梁施工控制的主要因素。偏差较小时，所产生预应力较低，桥梁安全系数较高，因此，对于偏差的控制至关重要[2]。

1 工程概况

沙坪河大桥的主桥采用300 m四跨的连续钢箱梁，主桥长300 m，引桥长227.6 m，全桥全长527.6 m。大桥圆曲线半径是570 m，在大桥主墩墩顶2 m的地段，钢箱梁的高度是4 m，当位于墩顶43 m区域时，钢箱梁高度逐渐变为2.3 m，其他区域的钢箱梁均高为2.3 m。钢箱梁的宽度是17.25 m，箱体的宽度是5.4 m，钢箱梁底部梁高与中跨的直径比是1∶32，中部梁高与中跨直径比是1∶40。

2 吊装施工方案概述

将钢箱梁大节段从工厂用运输船移送到大桥的指定取梁区，提前准备好液压小车和200 t以上的浮吊起吊。浮吊的详细参数见表1。浮吊吊着钢箱梁依靠自身动力驶向转运平台进行二次转运，将转运平台轨道上的液压小车钢箱梁设置在钢箱梁的两端的第一档横隔板与外腹板交汇的位置，利用180 t龙门吊将钢箱梁的首跨吊装到桥墩墩顶支座上面的调节位置处，中跨和尾跨吊装到首跨的悬臂端，另一端也置于墩顶支座上面的调节位置处，将首跨、中跨和尾跨分别精准地调整到指定位置后，开始对钢箱梁相邻阶段进行焊接，当焊接部位通过审核验收后，开始下一梁段的施工[3]。

作为主要构件之一的钢箱梁，在限位操作期间需依托特定的支座才能实现稳固的支撑作用。在结束第一节大段的安装作业后，施工人员需将用于支撑的临时墩依照纵、横的连接方式加以固定。對于永久性支座的安装也需提前利用吊车将其放置在墩顶的支座上方，同时将用于固定的地脚螺栓构件嵌入之前的预留孔内，并采取双头螺柱的安装工作，降低钢箱梁对双头螺柱的前期损伤[4]。上述操作期间，垫石后的浇层处于未施工的状态，且支座的顶面要低于实际梁底低约4.5 cm，对箱梁安装作业影响不大。

3 吊装阶段线形控制分析

桥梁现场施工要比工厂制作环节的施工环境复杂得多，而且大部分复杂因素都是临时不可控的，而相较于陆地施工，海上施工的难度更大，可采用的措施和施工借助的工具都比较有限，所以为了达到减小实际线形和设计线形之间的偏差，就非常有必要对事先可能出现误差的施工环节进行严格控制。例如在钢箱梁吊装过程中可能影响偏差的施工温度、承受荷载的能力、工厂制造时产生的误差等因素。

3.1 制造线形误差对大节段接缝的影响

大节段的误差分为制造阶段的误差和施工阶段的误差。前一种误差是桥梁线形的一部分，不影响整体线形，后一种误差属于施工误差。

第一种情况：接缝的两个节段高低相同，这种情况一般无需人为强制将实际高低值调整为理论高低值，由于接缝处可以正常通畅焊接，且将理论值与误差值控制在上下浮动10 mm时，不影响其他线形，对桥梁的整体线形也不会有太大的影响。

第二种情况：接缝处的两个桥梁节段高低不一致，一个高一个低。此时接缝不能正常焊接，如果是接缝处部分区域高低不一，可以用码板进行找平；若接缝处某些部位高低不平，可使用码板找平；但是，若整个接缝处不一致时，则不能使用码板找平，此时通常通过转动后一节段的支座来调节找平。但是，转动后一节段的支座会影响下面接缝处的标高。调节支座后造成的标高变化与支座和接缝距离是成正比的，一般情况下的比例是87∶23，当对支座进行转动调整时会形成连续的误差叠加，若加上在工厂制作时形成的误差，最终就会形成较大误差，甚至超过设计可接受最大范围。

例如第二种情况，当接缝处大节段前端比标高低5 mm，而后端则高5 mm，则此时误差为10 mm，为了使接缝能顺利焊接，此时应采用调节支座的方式将后端降低10 mm，则线形变化如图1所示。

从图1可以看出，当接缝处前后两端产生不一样的偏差时，需要对后一段进行高低调整，这种调整会使后一段的线形产生较大变化。因此，钢箱梁节段进行安装的过程中，必须按照设计标高尽可能地将大节段高低调整一致，使接缝两端的高低误差降到最小。

3.2 临时荷载的影响

以下着重分析了接缝处受到的作用力，由于桥梁受到的临时作用力主要来自吊装机械、接缝处施工设施等临时机械及其他暂时堆放的物品引起的荷载作用力，吊装机械可供施工设计时精确预估和严格按施工要求管理，但接缝处所使用的有关机械设施通常都是按现场施工的需要而临时安装的，因此设计时很难做到精确预判。

同时满足按照设计要求严格进行钢箱梁节段制造、在箱梁节段组装过程中时刻保持钢箱梁的弹性连续性两个条件的情况下，以便临时承受力产生的变化不影响整体桥梁状态。其中，弹性连续性的判定标准是对钢箱梁节段的倾斜角度和箱梁前后段高低的差额进行测量。因为当接缝处承受力的位置和强弱变化时，会影响理论状态下的桥梁线形，所以，为了保证桥梁整体线形与目标线形值的最小误差，要按照实际安装时的线形与弹性连续曲线线形进行比较，在改变临时承受力情况下，对实际安装线形不断进行修正调整，从而保证最终的桥梁施工质量。在不变化受力位置的情况下将接缝处承受力加大20 t时，接缝处前后端箱梁的标高和理论值之间的差额如图2～3所示。

从图2～3可以看出，接缝处临时承受力的变化对箱梁线形的理论值产生一定的影响。因此，在接缝处应控制好临时承受力，以减小与设计线形值的偏差。在因接缝处承受力而出现线形误差情况下，应在箱梁安装过程中恰当地调整线形，以使整体线形达到最佳状态。

3.3 温度的影响

影响桥梁线形的另外一个因素就是温度，通常将温度对桥梁线形变化影响统称为系统温度和底板梯度温度影响。由于桥梁工程的施工较复杂且工程量较大，所以时间跨度相对就会较长，这就导致桥梁的各种结构会受周围环境，特别是温度的影响而发生变形或其他变化。影响桥梁整体变化的温度主要可以归纳为日照温度、突然降温温度和季节温度变化三种。温度对整体桥梁线形影响的原理是桥梁不同结构构件中都会受到温度的影响发生热传导现象，进而会使得桥梁构件在长时间受热发生变化的情况下，构件自身也发生变化，从而影响桥梁的整体线形。

3.3.1 温度对线形影响分析结果

沙坪河大桥在实际施工过程中花费了较长时间，各个阶段最终连接时间处在不同的季节。具体施工地的温度参数如下：最冷月份的温度是14.8～16.0 ℃，最热月份的温度是28.4～28.7 ℃，全年平均温度是22.4～23 ℃，最高时的温度是38.9 ℃，最低时的温度是零下1.8 ℃。日照时的最大温差是34～40 ℃，夜间凌晨的温差会降到2～3 ℃，温差越大，对箱梁线形的影响也就越大，也就越不利于箱梁节段的连接合龙施工。下面该文就基于Midas有限元软件，采用有限元法对温度影响进行计算分析，从而为具体施工提供可借鉴经验。

3.3.2 温度对过程线形影响

影响箱梁线形的主要因素是顶底板的温差，而系统温度几乎对桥梁整体线形没有影响。前后大节段处于简易支护状态未焊接时，此时当顶底板的温度差额在10 ℃时，箱梁线形的变化曲线如图4所示。

这时候对前后大节段箱梁进行焊接时，焊接后的箱梁便成了两端悬空的连续箱梁结构，在这个时候如果将顶底板的温差降为零时，焊接后的连续箱梁结构就产生了?10 ℃的温差。这个时候桥梁的线形变化曲线如图5所示。

将图4和图5对比就可以得知，对箱梁前后节段进行焊接的前后时间段，顶底板的温差是相同的，但是最后对桥梁线形产生的变化却是不同的。变化不同的根本原因在于前者是作用在简易支护结构上的，后者是作用在连续箱梁结构上的，焊接前后的温差不能相互完全抵消掉，未抵消部分温差的变形曲线如图6所示。

因为不能抵消部分的温差引起的箱梁变形是不可逆的，因此，如果在顶底板有温差的情况下对其进行焊接，线形就会产生偏差。由图5可知，当顶底板温差是10 ℃时，箱梁线形偏差最大可以达到40 mm，已超出了设计要求。为了保证箱梁整体线形的偏差，需要施工人员在顶底板温差最小时再进行焊接施工，通常情况下是22：00—7：00施工焊接最為适宜。

3.3.3 温度对成桥线形影响

当桥梁全部连接合龙后，顶底板的温差还会对桥梁的整体线形产生变化。当顶底板温差是10 ℃时，桥梁线形变化的最大值是15 mm，顶底板温差对桥梁整体线形产生了一定的变化。因此，在具体桥梁焊接施工时，一定要选择在顶底板温差最小的时间段对箱梁进行调整焊接合龙，最大限度地减少温差对桥梁整体线形的影响，从何保证桥梁的整体施工质量。通常情况下，凌晨时间段是最适宜对接合龙焊接的，这时候的顶底板温差最小，对箱梁整体线形的影响也是最小的。

4 结语

综上，安装线形的控制工作作为各钢箱梁安全匹配的关键环节，在校对和调整期间需重点注意，以确保成桥后的主梁线形处于稳固及安全的状态。该文依托某大桥工程案例背景，重点对其钢箱梁作业展开详细的分析及探讨，在线形控制方面给出专业的意见和建议，旨在提升该大桥工程的施工质量。

参考文献

[1]吕雨， 谢兰敏. 浅谈钢箱梁施工的线形控制技术[J]. 安徽建筑， 2009（6）： 45-46.

[2]胡广瑞. 大型公路钢箱梁整体拼装制造线形和尺寸的控制[J]. 钢结构， 2006（5）： 74-75+84.

[3]龚政. 椭圆形人行天桥钢箱梁分段吊装定位技术研究[J]. 建筑机械化， 2021（2）： 90-91.

[4]芶洁. 连续曲线钢箱梁及钢混组合梁顶推施工监控技术[J]. 山西建筑， 2020（8）： 236-239.