大節段鋼箱梁運輸及匹配施工技術

憲光僑

（中交二航局第二工程有限公司，重慶401121）

1 工程概況

主橋主跨跨中采用鋼箱梁，鋼箱梁理論區段長（至結合面處）為96m，鋼箱梁分3段，分別為：南臺島側鋼混結合段、整體鋼箱梁段、馬尾區側鋼混結合段，其節段長度分別為：5.5m、90m、5.5m。其中，鋼混結合面往混凝土箱梁側長2.5m，往鋼箱梁側長3m。鋼箱梁區段根據整體計算設置預拱度。整體鋼箱梁為變高鋼箱梁，底板采用近似3.8次拋物線，頂板水平投影中心處梁高（頂板頂面至底板頂面）采用自梁端至跨中從4.203m減小至3.8m。

2 大節段鋼箱梁施工方法及其研究意義

隨著我國橋梁事業的發展，成功修建了很多結構形式復雜、施工技術難度極大的超長跨度的橋梁，其中絕大部分采用的是鋼箱梁橋。相比預應力混凝土橋梁，鋼箱梁橋具有自重輕、跨度大、環保、施工速度快等優點【1】。大跨度鋼箱梁橋常用的施工方法如表1所示。

表1 鋼箱梁施工方法

隨著我國橋梁建設事業的迅猛發展，對大跨度橋梁建設的要求將會越來越高，在跨江、跨海條件下將會出現更多的大跨徑鋼箱梁橋。因此，大節段鋼箱梁施工技術研究將會變得更加重要。

3 鋼箱梁運輸穩定性分析

3.1 運輸航線

根據馬尾橋的地理位置選擇水路運輸，具體運輸線路為：船舶從中泰碼頭離泊后通過江陰大橋、滬通大橋、蘇通大橋，途經張家港、南通、常熟、太倉，航程約166.68km，航時約12h至吳淞口駛離長江；后經長江口南槽航道、浦東機場、乘泗列島白節門、岱山下三星島東、舟山小板門、舟山外洋鞍島、臺州東磯島東、大陳島西、溫嶺洛嶼島東、福建馬刺島南、西洋島南、福州閩江，最后到達馬尾，總航程約926km。

3.2 鋼箱梁定位

運梁船甲板合適位置放置專用支架，支架上敷設墊木，墊木由200mm木方+10mm橡膠墊組成，木方呈井字形疊放，部分不平的用小木砌調平，最后鋪上1cm厚度橡膠墊。單側布置30道φ36mm鋼絲繩，通過眼板及手拉葫蘆進行系固綁扎，鋼絲繩綁扎角度垂向≤40°，水平方向≤30°。

3.3 力和力矩的平衡計算依據

最小計算內容：

1）若系固安排是對稱的，則可僅計算1次；

2）向左、右舷的橫向滑移；

3）向左、右舷的橫向翻轉；4）由于摩擦減少而發生的前后方向的縱向滑動。

摩擦力有助于減少滑動，不同材料間的摩擦系數（μ）見表2。

表2 不同材料間摩擦系數表

3.3.1 橫向滑動計算

平衡計算應按式（1）進行：

式中，Fy為由外力假設而得到的橫向力，kN；μ為摩擦系數；m為貨物質量，t；g為重力加速度，取9.81m/s2；CS為系固設備的計算強度，kN；f為摩擦系數μ和垂向系固角α的函數，f可取f1，f2，f3，…，fn；n為納入計算的系索的根數。

垂向系固角＞60°時將降低系固設備在防止貨物單元滑動方面的作用，應考慮在平衡計算中不計入該系固設備，除非其用于防止翻轉和提供預應力【2】。

水平系固角應≤30°，否則該系索不應納入橫向滑動平衡計算。

3.3.2 橫向翻轉計算

平衡計算應滿足式（2）：

式中，a為翻轉力臂；b為穩定力臂；c為系固力臂。

4 大節段鋼箱梁整體吊裝技術研究

4.1 接縫縫寬控制

按照圖紙要求，箱梁南臺島側與結合段之間的施工縫為4mm，以理論拼接線兩側各縮短2mm為準下料加工，同時按要求配鉆、配連接板；馬尾側則根據現場實測數據下料，連接孔或連接板現場配鉆。

實際施工時大節段梁段兩端各留80mm余量，大節段工廠組拼合龍時劃出理論線，橋位現場配切余量，所有配鉆、連接板均在現場完成。

橋位余量配切時遵循先下后上的原則，即先配切底板余量，再配切腹板余量，最后配切頂板余量。

4.2 鋼箱梁就位及調位

在大節段余量切割及坡口開設完成后，根據確定的合龍時間（溫度較穩定的夜間）完成剩余1m高度的吊裝，與鋼混段的順接并通過馬板鎖定。

具體調位方法如下：

1）鋼梁的豎向平動調整：通過6個主油缸豎向位移實現；

2）鋼梁的傾角調整：通過1臺吊機中的3個主油缸和另1臺吊機中的3個主油缸豎向反方向位移實現；

3）鋼箱梁繞軸線轉動角度調整：通過6個主油缸中一側腹板上方的2個主油缸與另一側腹板上方的2個主油缸施加豎向反方向位移實現；通過計算機精確控制3組不同方向的調位油缸，實現鋼箱梁的精確合龍。

4.3 合龍口監測

4.3.1 線形觀測

在鋼箱梁起吊過程中，至距安裝高度1m處之前，在夜間溫度相對穩定的條件下，連續72h測量合龍口的長度、形狀及大氣溫度，確定合龍時間。

合龍口觀測由施工單位、監控單位及監理共同進行，由監控單位提供合龍段實測尺寸作為配切依據。

鋼箱梁整體吊裝階段，主要受力為重力和風荷載，風荷載對吊裝的影響是不容忽視，應盡量在風速較小的情況下，完成整個吊裝過程，風速應≤10m/s。

4.3.2 應力監測

采用大節段整體吊裝施工會增大主梁跨中截面下緣的拉應力水平，應對主梁跨中截面下緣應力進行監測，以判斷結構應力水平是否超出安全范圍。本次擬定在鋼箱梁跨中截面及兩側端部截面各布置6個應變測點，單幅18個應變測點，全橋共計36個測點，應力監測傳感器采用基康儀器（北京）有限公司生產的BGK-4000型振弦式表面應變計。

同時，在主跨鋼-混結合段、鋼箱梁吊裝施工前與施工中，隨時監測混凝土懸臂段的變形及應力，確認符合設計要求，若發現異常應立即停止施工并采取措施。

4.4 接縫連接工藝研究

鋼箱梁精調到位后，開始鋼箱梁連接，由于配切方式的不同，具體施工工藝有如下2種。

1）方法一：鋼梁吊裝到位→校準拼接板配鉆→安裝部分定位沖釘→螺栓初擰固定→替換全部定位沖釘→現場匹配、校準嵌補段→環縫施焊→螺栓終擰固定→全面檢查焊縫及高強螺栓→補刷焊縫。

2）方法二：鋼梁吊裝到位→校準拼接板配鉆→安裝部分定位沖釘→螺栓初擰固定→替換全部定位沖釘→環縫施焊→螺栓終擰固定→全面檢查焊縫及高強螺栓→補刷焊縫。結合設計及規范要求，綜合現場實際情況，制定如下焊接工藝：定位焊接通過手工焊或CO2氣體保護焊進行。

頂板和底板的對接焊縫先采用CO2氣體保護焊接，再用埋弧焊填充和蓋面。頂板環焊縫從橋中軸線向兩側對稱施焊。每個頂板和底板配置2個焊機，焊機設置在橋的中心軸的兩側，以實現對稱的同步底焊。將頂板和底板焊接到底部之后，使用2個埋弧自動焊接機（2個焊接機）對稱地焊接頂部和底部焊接焊縫。

4.5 接縫防腐

在涂層系統的選擇上，易于施工、經濟性和使用壽命是主要考慮的因素。目前，通常使用底層、中層和面層3層涂層系統【3】。底涂層主要由無機富鋅、富含環氧-鋅的涂料涂層和鋅噴涂或鋁噴涂的金屬涂層制成。盡管金屬涂層的耐久性比涂層的耐久性好得多，但涂層體系的防腐效果受許多因素的影響。鋼表面的處理方法和要求將根據所用涂層的類型而變化。與無機富鋅和噴鋅或噴鋁涂料相比，表面處理要求依次提高。特別是在金屬涂層領域，需要訓練有素的工人和檢查員，以確保滿足所需的技術要求。

5 結語

大節段鋼箱梁是現階段橋梁工程的重要應用形式，對施工技術提出了較高要求，本文針對滑移與散拼施工展開探討，提出可行的技術指導，有效解決了在復雜環境下鋼箱梁施工難度較大的問題，最終成橋線形良好。