大跨度連續鋼箱梁大節段安裝施工技術研究

蔣高鴿

（廣東省東莞市交業工程質量檢測中心，廣東 東莞 523125）

0 引言

連續鋼箱梁橋由于具有抗彎與抗扭剛度大、施工快速不影響交通、外形優美等優點，又具有鋼結構強度高、自重輕、跨越能力大等特點，在城市高架橋梁建設中應用廣泛。目前，國內學者主要針對大節段箱梁的制造技術、定位技術、線形控制和吊裝施工進行了研究和實踐，隨著連續鋼箱梁大節段的施工難度增大，大跨度連續箱梁的安裝施工控制也越發重要。

1 工程概況

某連續鋼箱梁橋全長802 m，主橋起止樁號為K15+780～K15+918，跨徑組合為（39+60+39）m 的 3跨連續鋼箱梁，橋面寬29.8～34.3 m，雙向六車道，采用等高變寬截面，單箱四室箱梁結構，箱梁中心線處梁高2.44 m，鋼箱梁總重2 400 t，共分為11個節段，采取工廠內制作完成后汽車運輸到現場完成吊裝。圖1為鋼箱梁現場平面圖和架設方向。

圖1 鋼箱梁現場平面圖和架設方向

2 鋼箱梁安裝施工

3跨連續鋼箱梁采用先簡支后連續施工，每跨又根據起重機起吊重量及運輸車輛的限制采取橫向分節段分塊施工，共分成11個節段72塊，鋼箱梁沿橫向按箱室分6塊，最寬處劃分為7塊，最寬為6.6 m，縱向最長為15.65 m，所有分段截面均遠離支座及跨中處，避免了在應力集中處分段[1]。圖2為鋼箱梁分塊示意圖。

圖2 鋼箱梁分塊示意圖

2.1 鋼箱梁內力計算

由于支座、跨中處未劃分節段以及箱梁變寬度等原因，中跨的60 m以及部分邊跨劃分成為12 m+15.65 m+15.65 m+12 m+12 m五個節段，縱向最長處15.65 m，取中跨60 m的跨中截面為標準截面建立模型，計算結果如圖3所示。

采用MIDAS/Civil建立有限元分析模型，除結構自重外，其他臨時施工荷載取10 kN/m，建立四個施工階段：第一階段架設8.2 m，第二階段施工完成8.2 m+15.65 m，第三階段施工完成8.2 m+15.65 m+15.65 m，第四階段施工完成全部中跨，以便考慮順橋向支架的穩定性。經計算發現，最大支反力發生在3號節點上，為34 555.8 kN；最大彎矩發生在第四階段，彎矩值為44 561 kN·m[2]。

圖3 連續箱梁中跨各支點反力圖（單位：kN）

2.2 立柱式支架設計

考慮到連續箱梁上跨地鐵線路，不能采用滿堂支架施工，因此建議采用立柱式支架，支架采用格構形式。支架各截面尺寸如圖4所示，截面參數A=0.032 m2，Wy=Wx=0.028 m3，Iy=Ix=0.032 m4。

圖4 支架立面及平面圖（單位：mm）

（1）強度驗算。立柱為單向偏心受壓格構柱，鋼箱梁底橫向設連續格構柱，3#梁底共設置16個格構柱，單個立柱承受的壓力為34555.8/16=2159.7（kN），強度 σ=N/Aj+M/Wj=107.5 MPa＜[σ]=160 MPa，滿足要求。

（2）剛度驗算。立柱一端鉸接、一端自由，高5.24 m，長細比 λ=l0/rmin=11.9＜[λ]=120，滿足要求。

（4）單肢穩定性驗算。單肢柱只有軸力，沒有彎矩，N=2 159.7/4+2 159.7×0.5/4=809.9 kN，M=0，A0=8 017 mm2，W0=624 133 mm3，I0=102 045 762 mm4，查公路橋涵手冊的表 3-9，φ=0.888，則 σ=N/φA0+M/Wj=68.25 MPa＜[σ]=160 MPa，滿足要求。

（5）鋼管局部穩定性驗算。根據鋼管截面尺寸，D/δ=327/8=40.875 MPa＜240，滿足要求。

（6）地面受壓承載力驗算。地基處理完成后進行觸探試驗，測定結果發現地基承載力滿足0.15 MPa，則 σ=F/A=0.077 9 MPa＜[σ]=0.15 MPa，滿足要求。

2.3 吊耳的選用和鋼絲繩的驗算

梁段設置4個吊耳，采用200 t吊裝，最重節段為52 t，考慮不均衡受力狀態，單個吊耳受力不大于20 t。吊耳強度σ=F/A=220 617/（0.03×0.156）=47.1（MPa），則 σ＜[σ]=345/3.5=98（MPa）。設焊高為20 mm，σ=F/A=220 617/（20×sin45°×2×320）×106=24.4（MPa）＜[σ]=345/3.5=98（MPa），焊接強度合格。

選用抗拉強度為1 700 MPa、直徑為39 mm的鋼絲繩，最小破斷拉力為F=2 030 804 N，取安全系數為5，則允許拉力為406 160 N，符合安全要求。

3 鋼箱梁施工要點

3.1 地基處理

（1）地基的處理范圍為箱梁水平投影線外2 m，然后清除地基地表的松軟土層，用推土機推平，并設置2%橫向排水坡，然后用振動壓路機分層壓實，觸探試驗測定地基承載力需大于0.15 MPa[3]。

（2）根據施工放樣在支架地基處橫向整體鋪設厚度不小于20 mm，即20 mm×3 000 mm×20 000 mm的鋼板，以滿足地基承載力，確保支墩安全穩定。

3.2 橫向微調裝置與鋼梁臨時連接

鋼箱梁拖拉時橫向產生位移，在安裝對位時，在各臨時支墩平臺上固定的橫向微調支座，主要便于微調時提供千斤頂支反力，同時對鋼箱梁拖拉偏移時起一定限位作用。

首先連接吊裝節段頂板與已安裝節段頂板臨時連接件，再強迫連接底板的臨時連接件，最后連接兩側腹板的臨時連接件，并初調箱梁的接縫間隙。由鉚工對接縫間隙進行精確調整，達到設計標準要求后，焊接馬板保持既定位置再焊接。

3.3 焊接工藝

對于箱體，首先鋼箱梁對接、角接焊縫找正合格后對橫隔板與腹板角接焊縫進行點焊，其次焊底板對接縱焊縫，焊蓋板對接縱焊縫，再次焊一個節段內橫隔板與腹板的角接焊縫，一個節段內的對接縱焊縫焊完后焊接相鄰節段之間的橫焊縫（先底后蓋最后直腹板，側腹板立焊，最后合格后焊接嵌補段U和T肋[4-5]）。

對于懸臂端，首先焊接相鄰節段面板對接焊縫（橫縫），其次焊挑臂與主箱體之間面板對接焊縫（縱焊縫），最后焊挑臂腹板與主箱體側腹板之間角接焊縫。

3.4 線形控制

（1）預拱值按曲線和橫坡移值到各分段。

（2）標高控制可根據鋼箱梁分段，選定分段頂板上四角隔板與腹桿匯交節點作為標高控制點。

（3）鋼箱梁安裝的測量控制重點在于就位的控制，要保證立柱支座的精度，可根據設計標高引測至支頂點上，通過對鋼箱梁在工廠內試拼裝吊離胎架前測取的相對數據，頂板控制點標高及高空就位后對上述各點的標高變化進行觀測，測定桁架下撓變形情況。

4 結語

綜上所述，得出以下結論：

（1）鋼箱梁的線形直接影響到橋梁整體的行車舒適性以及整個結構的整體連接，由于格構式支架搭設后無預壓環節，因此需在支座與梁底間設支架上部橫梁與鋼箱梁底面至少要留足500 mm間距，且鋼箱梁底面與球形支座上焊接墊板間距留10 mm左右。

（2）通過計算與驗算，支架等均符合設計或規范要求。同時鋼箱梁分段長度宜取10 m左右，分塊可根據需要進行，分段長度過長，格構支架間距過大，鋼箱梁內力偏大，變形過大。

（3）從支點處開始，采用先中間后兩邊對稱進行的拼接方法，提高了鋼箱梁的施工進度，也確保了結構的安全。