基于工程实例的钢箱梁施工技术应用研究

李会龙

（宇航交通建设集团有限公司,浙江 杭州 311100）

0 引言

钢箱梁是大跨度桥梁施工时常用的组成部分，其形状接近箱子，钢箱梁主要由顶板、底板等多个部分组成，采用焊接方式完成各个组分的连接[1]。钢箱梁具有抗扭刚度大、受力性能好等优势，与此同时，由于其自身重量较轻，也会导致钢箱梁施工后，上部结构在荷载作用下发生倾覆矩，直接影响钢箱梁的横向稳定性，导致桥梁存在倾覆风险。我国钢箱梁桥梁工程施工后，已经发生多起箱梁倾覆事故，严重影响桥梁使用安全[2]。钢箱梁在施工过程中，典型的施工方法包含吊装法、悬臂拼装法、高空滑移法、顶推施工法等多种方法[3]，因此，为保证桥梁施工质量以及施工后的通行安全，提升钢箱梁的横向稳定性、降低倾覆风险，可结合施工需求以及施工环境等选择合适的施工方法[4]。该文以实例大跨度桥梁工程为例，研究钢箱梁的施工技术，保证钢箱梁施工后的稳定性[5]，避免发生倾覆，并为相关工程提供可靠依据。

1 钢箱梁施工技术

1.1 工程概况

该文以某地区的大跨度桥梁工程为例，研究钢箱梁施工技术。该桥梁工程主要由主线桥钢箱梁、非通航孔钢箱梁以及中航道钢箱梁组成，共计8 联35 跨，整体划分成36 个大节段，单个大节段钢箱梁重量达到3 100 t。

整个桥梁工程中，主线桥梁为1 联钢箱梁，长度为355 m，属于变宽截面钢箱梁；非通航孔钢箱梁2 联，长度为445 m，属于标准节段箱梁；中航道钢箱梁为1 联钢箱梁，长度为655 m，属于高截面钢箱梁。钢箱梁标准版段梁体宽度为36 m，变宽段宽度最大为52.7 m，梁高度变化由3.5 m 增加至7 m。

该桥梁工程在设计过程中，其选择带有热轧U 型肋的顶板，U 肋厚度为15 mm，该顶板的热轧U 型肋采用全熔透焊接方式，并按照双“90”标准完成质量验收。

该桥梁工程在施工过程中，面临以下挑战：

（1）桥梁整体跨度较大，桥体属于非对称高低塔斜拉桥，施工过程中，会面临较大的环境约束和施工空间约束。

（2）水文环境复杂。该工程位于某河道下游，水流急，航道等级较高，主跨施工过程中对于航道的安全存在一定影响[6]；同时该工程施工周期较长，并且水位变化较大。

1.2 钢箱梁施工技术应用

1.2.1 整体施工方案选择

由于施工环境距离海面距离较小，天气和海况的变化会直接影响作业安全，该文结合桥梁工程设计方案以及施工面临的挑战，采用整体吊装装配化施工技术完成钢箱梁施工。该施工技术具有吊装重量大、安装精度高等特点，该技术在施工时主要结合桥面吊机、浮吊、双履带吊等吊装设备完成钢箱梁施工。在整个施工过程中，相邻梁段接缝和前一个墩中心线距离为18 m，中跨和尾跨安装梁段需临时挂设在前一个梁段悬臂端。依据钢箱梁的安装位置，整体可分为4 个施工阶段，索塔区的钢箱梁在施工时，主要采用浮吊方式进行施工，将其吊至塔区存梁支架处，再进行后续安装；中跨需先将钢箱梁运输至江面指定位置，再利用浮吊进行吊装；尾锁区钢箱梁的施工则直接采用浮吊的方式进行吊装，使其位于梁支架处，通过桥面吊机进行拼装。

1.2.2 施工步骤

确定整体施工方案后，则结合工程施工标准，制定钢箱梁施工流程，如图1 所示。

图1 钢箱梁施工流程

依据图1 的施工流程，完整钢箱梁施工，在施工过程中，钢箱梁的标准梁段为15 m，使用吊机最大起吊重量为355 t。钢箱梁施工关键步骤如下所述：

步骤1：钢箱梁吊装和定位

在进行钢箱梁施工前，需先确保施工仪器就位，并且将钢箱梁运输至施工位置。先将浮吊抛锚定位，并采用运梁船将钢箱梁运送至指定施工位置，完成吊具和起吊绳索的安装。安装完成后，进行试吊，试吊正常后，则开始进行钢箱梁起吊，对其起吊位置进行初步定位，并进行位置校正，实现位置的精准确定。位置确定后，在钢箱梁顶起后，依据定位轴线和标高调整标准，完成整梁段姿态调整，保证吊装效果。

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在上述步骤的基础上，确保钢箱梁位置的精准后，采用焊接的方式完成相邻梁段之间的处理，并将其与缩塔下的横梁进行临时固结处理。该文共设计12 个固结点，以此保证钢箱梁施工质量。

步骤2：墩顶布置和临时支点确定

钢箱梁施工过程中，需先进行临时支点设置，并进行千斤顶调节，吊装钢箱梁之前，将支座置于垫石上，并在该支座上放置硬橡胶垫，将其作为临时支撑点。调节千斤顶主要包含多个部分，一是竖向千斤顶，二是水平千斤顶；在永久支座顺桥向外侧安装中墩调节千斤顶，安装数量为2 套，安装方式为单排安装。对千斤顶进行调节，调节详情如表1 所示。

表1 千斤顶调节详情

设置的临时支点主要由正式支座、滑动装置、调节千斤顶、橡胶垫等部分组成，其在设置过程中，为降低支座的临时摩擦力，将滑动装置设置在临时支点底部。主要由滑槽和滑靴组成，滑靴底部安装四氟板，在其和滑槽接触面上安装1块不锈钢板，同时保证滑槽顶面整洁，并在顶部涂抹黄油。

步骤3：钢箱梁吊装

将吊具下放，吊具下端和水面距离在20 cm 左右时，停止继续下放，此时对钢箱梁和桥轴线之间的距离进行测量，保证钢箱梁段定位误差不超过550 cm。利用吊机扁担梁上重心完成千斤顶调整，以此保证钢箱梁处于水平起吊；通过集中控制台控制牵连吊机进行钢箱梁起吊，保证梁段100%临界负载。

步骤4：钢箱梁初步就位

钢箱梁吊装完整后，进行梁段装配定位。钢箱梁初步就位前，在墩顶侧预设制作中心，完成千斤顶调位装置安装，同时安装临时使用的永久支座。以安装的硬橡胶垫作为临时支点，需保证其临时中心偏差不大于5 mm，高程偏差不大于2 mm；每片钢箱梁出运前，在梁底进行中轴线、支座中线的标记，并且提前校对永久支座断面和千斤顶的十字轴线。位置确定后，完成所有锚绳收紧，关闭锚机，进行钢箱梁下落，并严格控制下落速度。当钢箱梁下落至墩顶1 m 处时，调整运输船姿态，再次进行钢箱梁平面位置调整，同时完成锚绳收紧。当钢箱梁稳定后，进行下落处理，完成钢箱梁初步就位，同时进行初步位置检测，保证其横纵两个方向的偏差均在5 cm以内。

步骤5：钢箱梁精准对位

在上述步骤的基础上，通过千斤顶依次对钢箱梁平面位置进行检测和调整，保证其纵轴线偏差不超过10 mm，相邻跨之间端横梁中心相对位置偏差不超过5 mm；在进行上述调整过程中，纵向和横向同时进行。

钢箱梁精准对位可将其看作为调梁处理，主要内容包含改成调整、水平调整、临时限位调整，其主要目的是保证钢箱梁精准的施工位置。其按照先纵向、后横向千斤顶的执行顺序完成，同时临时支点底座在横向顶力的作用下，随着钢箱梁同时移动；当钢箱梁位置满足工程施工标准后进行落梁，此时墩台处和两跨端梁处的对位偏差不可超过10 mm 和5 mm。完成精准对位后，采用码板完成钢梁接头位置锁定，并取出正式支座上的硬橡胶垫，同时完成支座上下钢板安装和支座灌浆处理，最后将千斤顶后移至下个墩顶处，以此完成钢箱梁精准对位。

步骤6：合龙施工

完成钢箱梁精准定位后，依据设计标准进行合龙施工，合龙顺序为先边跨后中跨。在进行合龙操作前，需先对全桥所有控制点的标高、关键界面等参数进行检验，保证相关参数结果和设计标准吻合，整体结构处于标准状态后进行合龙。合龙时主要采用几何控制方法完成，利用塔梁之间设置的顶推器进行合龙口长度的控制，保证施工操作。同时在合龙过程中，控制合龙的顶推力，保证合龙效果。合龙后，钢箱梁的顶板和底板之间的缝隙均采用焊接方式进行连接，并且焊缝误差需满足施工标准，宽度均匀并且不存在错台，以此完成钢箱梁施工。

1.3 施工质量分析

钢箱梁的抗倾覆能力是保证桥梁通行安全的重要标准，如果上部结构发生偏载情况，则会引起桥梁结构倾覆力矩小于桥梁的抗倾覆力矩，而支座在较大水平力的作用下，会发生位移超限，引发支座的上部结构发生落梁现象，同时水平位移超限失效后，墩顶截面会发生压弯损坏。除此之外，上部结构一旦偏载，会导致距离荷载位置距离较远的支座完全脱空，致使支座完全脱空，桥梁结构发生整体倾覆。因此，依据上述小结完成钢箱梁施工后，为验证该施工技术的施工质量，需进行相关性能分析，该文主要选择抗倾覆稳定性作为试验性能，其主要用于衡量钢箱梁施工后，在自重和外荷载作用下的抗倾覆能力。按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD 60—2015）标准，判断钢箱梁的抗倾覆稳定性结果是否满足规定标准。

如果钢箱梁的抗倾覆稳定性系数用ξqf表示，其计算公式为：

式中，G1、G2——自重，前者对应有利的钢箱梁结构，后者对应不利的钢箱梁结构；x1、x1——距离，前者对应G1的质心和倾覆轴线之间，后者对应G2的质心和倾覆轴线之间；ξQ、ξG——重要性系数，前者对应对钢箱梁抗倾覆不利的汽车荷载效应，后者对应钢箱梁抗倾覆不利的上部结构横载；qk——车道均布荷载；l——钢箱梁跨径；Pk——车道集中荷载；ej——钢箱梁倾覆侧与倾覆轴线之间的距离。

依据上述公式计算采用该文施工技术完成钢箱梁施工后，其在不同大小的车辆荷载下（规范标准为70 t 车辆荷载），抗倾覆力矩的结果以及钢箱梁的抗倾覆稳定性系数结果（标准结果大于2.5），如表2 所示。

表2 抗倾覆稳定性试验结果

对表2 测试结果进行分析后得出：采用该文施工技术完成钢箱梁施工后，钢箱梁的抗倾覆性能较好，抗倾覆稳定性系数结果均在2.5 以上，满足规范标准。整个钢箱梁施工后，不会发生侧向倾覆风险，能够极大程度确保桥梁工程安全。

2 结论

钢箱梁是大跨度桥梁工程的重要组成部分，其施工质量直接决定桥梁整体安全性，因此，需可靠完成钢箱梁施工。文中为研究钢箱梁的施工技术，以实例工程为基础，结合该桥梁工程的施工方案和施工需求，选择吊装施工法完成钢箱梁施工，并对施工结果展开稳定性分析。确定该文研究的施工技术具有较好的施工效果，能够保证钢箱梁的施工质量，避免其施工后发生侧向倾覆风险，保证整体桥梁的使用安全。