大跨度槽型组合梁施工技术研究

黄德财HUANG De-cai

（中铁十二局集团城市发展建设有限公司，苏州 215000）

0 引言

目前我国高速公路建设正处于蓬勃发展的时期，与此同时也促进了我国桥梁建设水平的飞跃提升。当公路线路上跨既有交通道路时主要有三种桥型，一是连续梁桥，该桥型结构简单受力明确，采用悬臂法施工时对下方交通影响较小，但施工工期长同时存在较大的安全隐患，同时梁体结构高度大对下方通行净空产生一定影响；二是现浇梁，该桥型适用于曲线半径较小坡度较大的桥梁，受力及后期维护较为简单，但桥梁施工时需采用满堂支架法施工，对周边交通影响很大；三是槽型组合梁，该桥型适用于交通水运繁忙但净空要求较高的区域，施工周期短影响范围小，但槽型组合梁制作工艺较为复杂，对技术水平要求较高，而且梁体在安装过程中存在较大的安全风险。在苏台高速公路南浔至桐乡段（二期）洲泉高架桥槽型组合梁施工中，由于该槽型梁跨度较大，不但加工制作难度大，而且梁体较重，使得梁体施工难度很大，为此项目部对该槽型组合梁加工过程中的各项工序进行严格把控，同时对梁体吊装施工进行严格计算。通过一系列措施，不但安全顺利地完成了该槽型组合梁施工，而且成形后的梁体质量及线性也满足相关要求。通过现场实际应用，该大跨度槽型组合梁施工所涉及的相关技术在实际应用中取得很好的效果。

1 工程概况

苏台高速公路南浔至桐乡段及桐乡至德清联络线（二期）TJ05 标段起讫桩号为联络线LK9+340～LK19+494.543段，包含洲泉高架二号桥（2185m）、洲泉互通、洲泉高架三号桥、洲泉服务区、屠家浜桥、新市枢纽的土建工程等内容。路线长10.155km，其中路基长1.199km，桥梁共22 座，圆管涵12 道，箱涵8 道。联络线采用双向六车道，设计速度100km/h，路基宽度33.5m。主要工程内容为：路基、路面、桥梁、涵洞、安全设施及预埋管线（仅含预埋管线，不含安全设施等）、道路沿线绿化（不含房建绿化和环境保护设施）及相关临时工程等。

其中洲泉高架二号桥LK9+960～LK10+020 段采用60m 槽型组合梁上跨河流，该桥面宽度33m，左右幅均为15.25m，中央隔离带宽度1.5m，每幅由3 片槽型梁组合而成，梁面设置10cm 沥青混凝土。（图1）

图1 洲泉高架二号桥上部结构断面图

2 槽型梁总体施工方案

首先根据桥址施工环境、运输条件、钢混组合梁结构形式，对钢混组合梁进行合理的纵向分段、横向分块；然后将钢混组合梁采用在工厂内分段、分块整体匹配拼装加工成型，经验收合格后采用平板车运输至项目现场；钢梁运到现场后根据梁底线形，在现场设置二次拼装区，把厂内分段分块拼装成整段；最后采用大吨位吊机双机抬吊，把钢混组合梁节段整体吊装砼盖梁上就位。

每联横向（即桥宽向）吊装顺序：从道路中心线向两边吊装钢混组合梁节段，梁体全部安装完毕后进行焊缝检测和涂装施工。

3 主要施工工艺

3.1 钢梁加工制作流程（图2）

图2 槽型梁加工制作流程图

3.2 钢梁加工制作

钢混组合梁，厂内纵向共分为3 段，（按底板划分）分别为A 段20.9m、B 段18.2m、C 段20.9m，横向分为3 个箱室。采用CAD 电脑软件对钢桁架各构件进行精确放样，放样时按工艺要求预留制作和安装焊接收缩补偿量、加工余量及线形调整量。各单元件切割完成后进行组拼，组装前先检查组装用零件的编号、材质、尺寸、数量和加工精度等是否符合图纸和工艺要求，确认后才能进行装配。

钢梁采用船型焊接，在单元件专用焊接反变形胎架上进行焊接，焊接时板块须在船形位置进行焊接，以保证肋板与顶板的焊缝熔深得到较好的效果。底板及腹板的肋板在整体拼装胎架上采用药芯焊丝CO2气体保护自动焊焊接。制作过程中要在平台上根据工艺要求严格检测板单元的纵、横挠度、桥面板不平度，并进行矫正，矫正合格后进行编号标识。（图3）

图3 槽型梁单元件场内制作示意图

图4 槽型梁运输示意图

图5 槽型梁吊装流程图

3.3 钢混组合梁运输

根据组合梁分段尺寸及重量，选择重型低平板挂车进行运输，梁段制作完成后采用两台75t 龙门吊装车。钢混组合梁节段吊运到运输车上后，采用葫芦捆绑将钢混组合梁节段与运梁车的平板上固定，防止其倒倾、滑移造成事故。

装车时，应设统一的起重指挥和专人安全监护，作业人员在起重指挥的统一指挥下，严格遵照方案要求进行装车、绑扎作业。构件应均衡、稳定、合理地分布在载货平台上，不超载、偏载、不集重、偏重；能够经受运输过程中所产生各种力的作用，不发生移动、滚动、倾覆、倒塌或坠落等情况。构件重心要与承运车辆或船舶的承载重心相吻合，遇到无法吻合的，其偏差应控制在车辆的许可范围内。在吊装时，应在钢丝绳绑扎处做包角（用半圆钢管内夹角钢）以防止钢丝绳刻断。

由于车板为高低板，需要在车板后端固定临时支架一个（尺寸为2500*800*700mm），以便于梁段放置。沿梁段长度方向，在构件的前，中，后，两侧分别焊接3 根角钢或者H 型钢将钢梁与车板焊接，以防止货物向两侧倾倒。最后通过手拉葫芦加钢丝绳将钢梁的前部、中部、后部捆绑在车板上，已达到最终固定的目的。

3.4 槽型梁吊装施工

槽型梁采用400t 吊车双机抬吊，吊装顺序为逐孔进行，由内往外依次吊装施工，400t 吊车最大重量104.7t，单机承受52.35t；旋转半径16m，臂长20.7m，额定起重量75*0.8=60＞52.35t，满足吊装要求。吊装作业时应由专人统一指挥，严格按照上述试吊步骤进行，并做好吊装记录。同时要全面检查各种绳索如起重索、吊索等是否完好，汽车吊运行状态是否良好，履带吊是否安全可靠，指挥通讯是否畅通。双机抬吊时起吊重量不得超过两台起重机在该工况下允许起重量总和的75%，在吊装过程中起重机的吊钩滑轮组应保持垂直状态。

4 槽型梁吊装受力计算

4.1 吊耳验算

槽型梁最重起重量为104.7 吨；按3 点受力时不利工况验算，则单个吊耳最大受力：104.7/3=34.9 吨；所有梁段吊耳结构形式一致，钢混组合梁吊装吊点采用焊接吊耳，吊耳同钢桥采用Q355 钢材，厚度为30mm，并在吊耳两侧增加12mm 的圆环板。吊点布置在钢混组合梁合梁腹板与隔板交叉处，吊耳与钢混组合梁合梁顶板采用坡口熔透角焊缝，焊接完成后对焊缝进行无损检测。

吊耳示意图，见图6。

图6 吊耳示意图

吊耳的强度验算：

①吊耳的允许负荷按下式计算：

P=cD/n

式中：P——吊耳的允许负荷；

D——起重量；

c——不均匀受力系数，c=1.5；

n——同时受力的吊耳数；

按照吊耳承受最大重量进行计算，则D=1047kN；

吊装采用4 个吊耳，考虑3 点受力时的不利工况，则n=3；

不均匀系数c=1.5

P=1.5×1047/3=523.5kN；

②吊耳（吊耳孔洞位置）强度计算按下式验算：

式中：

Fmin——垂直于P 力方向的最小截面积（吊耳孔洞位置）；

Amin——平行于P 力方向的最小截面积（吊耳孔洞位置）；

σs——材料的屈服点应力；

[σ]——材料的容许正应力；

[τ]——材料的容许切应力；

k——安全系数，k=2～3；

R——吊耳载荷值；

斜拉按60°考虑，吊耳载荷值R=523.5/sin60°=604.5kN；

吊耳的钢材为Q355，厚度为30mm，则σs=355N/mm2；

安全系数取k=2；

则[σ]=355/2=177.5N/mm2；

净截面正压力的计算：

抗剪承载力的计算：

综上所述，此规格吊耳能满足该梁的吊装施工。

4.2 钢丝绳安全验算

本工程梁段吊装分为二拼单机吊和双机抬吊整体吊装，保证钢丝绳最小吊装角度α=60°夹角。

根据梁段吊装重量表，整体吊装阶段（4 吊点），400T汽车吊抬吊，设置4 吊点吊装分块最重为104.7T，取1.2倍荷载分项系数，取吊索最小吊装角度α=60°夹角进行整体吊装，每个吊点设置2 根钢丝绳，则单根钢丝绳拉力为：

N=1.2*104.7/4/sin60°*10=362.69kN

统一吊装钢丝绳规格，同一起重机械选取单个吊耳受力最大梁段来计算选取吊装使用的钢丝绳规格型号。

钢丝绳的安全载重系数按照重型起重设备选取，K=6；

钢丝绳安全载重G=6×362.69=2176.15kN

查《钢丝绳通用技术条件》GB20118-2017 表A.2，选用φ44mm-6*37、公称抗拉强度选用1770MPa，钢芯钢丝绳，钢丝绳最小破断拉力F=1140*2=2280kN＞2175kN，所选吊装钢丝绳的受力满足要求！

5 安全质量保障措施

①钢混组合梁出厂时按图纸要求保证分钢混组合梁的几何尺寸和焊接坡口。坡口处理后还应贴密封纸保持清洁，坡口表面及焊缝两侧50mm 内不允许存在影响焊接的杂质。

②焊接接头两端板厚不同时，应按厚板确定预热温度；焊接接头材质不同时，按强度高、碳当量高的钢材确定预热温度。

③起吊构件时，吊索要保持垂直，不得超出起重机回转半径斜向拖拉，以免超负荷和钢丝绳滑脱或拉断绳索而使起重机失稳。起吊重型构件时应设牵拉绳。

④构件吊装就位，应经初校和临时固定或连接可靠后始可卸钩，最后固定后方可拆除临时固定工具。高宽比很大的单个构件，未经临时或最后固定组成一稳定单元体系前，应设溜绳或斜撑拉（撑）固。

6 结束语

通过对苏台高速公路洲泉高架二号桥槽型组合梁加工过程中的各项工序进行严格把控，同时对梁体吊装施工进行严格计算等一系列措施，不但安全顺利地完成了该槽型组合梁施工，而且成形后的梁体质量及线性也满足相关要求。通过现场实际应用，该高速公路大跨度槽型组合梁施工所涉及的相关技术在实际应用中取得很好的效果，也为后续类似施工提供了借鉴和参考。