連續鋼箱梁頂推施工關鍵工藝研究

龍云祥，肖健，鐘明華

1.江西理工大學，江西 贛州 341000；2.贛州城市投資控股集團有限責任公司，江西 贛州 341000

1 工程概況

贛州市南河大橋主橋為等高連續鋼箱梁，跨徑組合為50m+70m+70m+50m，單幅橋寬18m，梁高 2.8m，梁高與主跨跨徑高跨比1/25。設計荷載為城市-A 級。主橋等高連續鋼箱梁采用頂推施工，橋體頂推總重為2946t。

鋼箱梁形式為等高寬幅魚腹式單箱三室箱梁，箱梁總寬18m，中腹板間距5.7m。中跨行車道處頂板厚度 24mm；邊跨行車道處頂板厚度 20mm；人行道處頂板厚度均為16mm；中跨底板厚度24mm，邊跨底板厚度 20mm；腹板采用直腹板，中跨中腹板厚度24mm，邊跨中腹板厚度20mm，中跨邊腹板厚度22mm，邊跨邊腹板厚度18mm；頂板采用 U 型肋加勁，腹板及底板采用 I 和 T 型加勁肋。鋼箱梁橫向設置實腹式橫隔板。除墩頂處，縱向每隔2.5m 設置一道實腹式橫隔板。所有腹板和橫梁保持鉛垂，縱橋向伸縮縫處斷面保持鉛垂。

針對本橋鋼箱梁的結構特點，以及橋梁全部位于豎曲線、拼裝場地受限等因素，鋼箱梁節段制作及拼裝節段的制作線形控制難度大，鋼箱梁在頂推施工過程中受力變形較為復雜，這對橋梁成橋內力和線形控制帶來較大影響，本文主要對鋼箱梁節段制作加工工藝、鋼箱梁頂推施工工藝的主要關鍵環節進行研究探討。

2 鋼箱梁加工關鍵工藝

2.1 放樣及下料

放樣下料前先對鋼板矯平，拋丸除銹（Sa2.5），表面清理，噴涂車間底漆，檢驗外觀厚度。鋼箱梁段主要焊縫均為全熔透一級焊縫，板塊的放樣時要充分考慮各焊縫的焊接收縮量，板件放樣全部采用計算機按 1：1 比例放樣，放樣尺寸包含焊接收縮量和切割余量橋梁豎向曲線及預拱度的影響。零件按照放樣尺寸進行下料切割，剪切邊采用砂輪打磨掉切割面，毛刺，主要受力部位構件嚴禁采用剪切下料，坡口加工采用半自動切割預制出［1］。

2.2 零件矯正及部件組裝

完成板件矯正和檢驗后，用鋼結構加工廠設置的專用組裝平臺和專用裝配胎具對箱梁各部件進行組裝，組裝時先采用與焊接同等的焊絲或焊條對鋼箱梁各零部件進行點焊定位，定位焊縫長度40～60mm，間距 400～600mm，定位焊縫高度為設計焊縫高度的一半。

2.3 底板、隔板、腹板的裝配

在下好料的底板上，劃線，將底板縱向加勁板的位置劃出，劃線時需要考慮焊接收縮量及加工余量的影響。在已下好料的隔板上，劃線，將隔板水平加勁肋及豎向加勁肋的位置劃出，劃線時需要考慮焊接收縮量及加工余量的影響。為保證組裝板單元的縱筋間距一致性，縱筋裝配時在專用胎架上進行組裝。裝配平臺應設置基準邊，作為腹板放置定位基準線，同時縱筋板在腹板上的劃線及定位也以基準邊為基準［2］。

2.4 底板、隔板上加勁肋及腹板焊接

鋼箱梁底板焊接主要是進行其上縱向加強筋扁鋼的焊接。一般扁鋼先焊側可在裝配時設置一個預變形角，以抵消角焊縫引起的變形。為抵消焊接扁鋼引起的角變形，將底板整塊固定在專用弧 形轉胎上進行焊接，其縱筋的焊接在筋板兩側同時進行，求焊接電流速度相同。焊接采用從筋板中心向兩側分段跳焊。橫隔板在裝配完成后進行其開孔補強板及筋板的焊接。內圓補強板采用對稱位置布置焊工，并采用分段跳焊的方法進行焊接，減少補強板焊接時由于集中受熱而產生較大的焊接殘余應 力，及其引起橫隔板的翹曲變形。

鋼箱箱梁腹板焊接主要是進行腹板上縱向加強筋扁鋼的焊接。當腹板上扁鋼布置為單側布置時，為抵消焊接扁鋼引起腹板的角變形，將腹板整塊固定在專用弧形轉胎上進行焊接，焊接采用從筋板中心向兩側分段跳焊。

2.5 鋼箱梁組裝

鋼箱梁的組裝采用含有胎架的外胎和含有腹板與橫隔板的內胎組合而成的專用組裝胎架上進行。單件疊合梁主梁組裝時應嚴格控制箱口尺寸，腹板中心線位置以保證箱梁段間接口的準確和焊縫質量及板件的受力。胎架的標高值包括鋼箱梁的豎向曲線、成橋預拱度和車間制作工藝預起拱的疊加數值［3］。

先將裝好加勁板的底板鋪在地胎架上，然后畫出隔板位置，吊裝隔板，定位焊固定。以隔板為內胎樣，將腹板吊裝，分別與底板和隔板定位點焊。鋼箱梁組裝應控制箱梁焊接應力最小化，減少組裝成整體后的整體焊接引起的整體結構的焊接應力，以及拼裝后的焊縫最少化。

圖1 鋼箱梁整體裝配圖

鋼箱節長度控制：通過下料節段預留焊接收縮量，對焊后長度變化提供余量。同時在組裝前對每段的長度進行測量記錄，在完成單節焊接后進行測試，并對照兩記錄的差值。在每個連續節內設置一個長度調整段，避免全橋長度收縮量的累計超差。

鋼箱梁的線型控制：在鋼箱梁拼裝胎架設置時，將梁的整體預起拱值按照計算設定，使鋼箱梁的組裝定位節段實現預制拱度，并通過組裝后的定位耳板將拱度鎖定。同時控制橋在水平面內曲線的變化。

3 鋼箱梁頂推關鍵工藝

3.1 頂推流程

主橋鋼箱梁采用現場加工制作，節段劃分長度為14.15～20.25m；利用下部混凝土條基平臺將節段轉運至滑移拼裝梁臺滑靴上，然后進行拼接口焊接。主橋鋼箱梁頂推施工流程為：臺后拼裝平臺瓶裝鋼箱梁節段，鋼箱梁節段間焊接，滑移平臺軌道上頂推梁體，頂推就位后落梁。頂推部分箱梁全部位于豎曲線范圍內，為保證鋼箱梁的整體頂推，鋼箱梁采用利用滑靴高度進行逐步調整橋體的豎曲線值，保證橋體能夠沿著圓曲線頂推并最終與成橋線性一致。

3.2 頂推施工設備組成

頂推施工設備主要由導梁、滑軌、頂推千斤頂系統組成。

前導梁采用變高截面斜腹板工字鋼梁，長度為 35 m。導梁自重為 87.5 t，采用栓焊連接。滑移軌道采用高精度分段現場拼接，軌道在整個滑移過程中承受鋼箱梁自重，并對鋼箱梁軸線位置進行引導，限制梁體橫向發生偏位，因此需保證軌道安裝的精度。

頂推千斤頂系統由4 臺1500kN 液壓頂推千斤頂進，并準備2 臺千斤頂作為備用。頂推千斤頂前端與設置在鋼箱梁腹板與橫隔板交匯節點處的梁底滑靴鉸接，后端與軌道式鎖緊器（爬行器）鉸接，爬行器鎖緊軌道作為頂推反力裝置。采用行程及位移傳感監測和計算機確保液壓千斤頂同步頂推，做到千斤頂全自動同步動作和負載均衡，并能實現頂推過程中的偏位矯正、應力控制，以及緊急狀態下的操作閉鎖和故障報警并進行過程顯示。

3.3 頂推過程糾偏措施

為防止箱梁在頂推過程中的橫向偏位和梁體傾斜等問題，以及在頂推過程中難免會出現千斤頂不同步情況，在頂推之前對設備進行全面檢查及試頂，同時校正數控中心電腦程序，使設備處于穩定狀態，在頂推過程中安排前后兩臺儀器進行跟蹤監測。發現偏移軸線 20mm 時，用糾偏裝置進行微調將鋼箱梁線形校正至理論目標線形。

3.4 頂推施工步驟

鋼箱梁在臺后拼裝平臺拼裝完成后，采用連續頂推千斤頂頂推出拼裝平臺。頂推軌跡立面按含有橋梁縱向豎曲線和預拱度的圓曲線控制。頂推開始時先將前后主頂活塞歸位至行程開始位置，然后按理論計算頂推力的10%、50%、100%分級加載頂推力，并結合現場監測檢查梁體及頂推平臺的應力和變形變化情況。頂推過程縱向以直線方式前行，立面軌跡沿著含有預拱度的鋼箱梁豎曲線形進行，通過滑移軌道及設在間隔設置在滑移軌道的橫向限位裝置控制梁體偏位和傾斜，鋼箱梁標高通過滑移平臺和軌道的豎曲線標高進行控制，并對縱向位移和橫線偏位通過現場監測進行追蹤控制。對頂推就位后鋼箱梁進行線形復測并在復測基礎上進行微調至理論位置，拆除導梁及滑靴體系，改用鋼支撐控制高程。鋼箱梁就位后分步落梁，取保梁體逐步平穩到位，相鄰兩墩支點高差控制在 5mm 以內，同一墩上兩臺千斤頂高差控制在 1mm 以內，各分步的落梁高度控制在5 mm 以內。

3.5 頂推過程監測

頂推過程中隨時對頂推鋼箱梁的狀態進行監測。監測內容主要有：（1）軸線偏位監測：包括前段鋼導梁中線測量和鋼箱梁尾端中線測量；（2）鋼箱梁變形監測：鋼導梁前端高程測量，與前進方向臨時墩標高進行比對；（3）鋼箱梁應力監測。

4 結語

頂推施工法因其施工工期短，以及對橋下交通和通航影響小等優勢，成為越來越多城市高架的連續鋼箱梁橋采用的施工方法。連續鋼箱梁橋施工時須設置制作預拱度而呈變曲率分段折線拼接，因此頂推過程中隨梁體前移在各臨時支墩處的梁底制作標高不斷抬升或下降，鋼箱梁節段的制作工藝、頂推施工工藝關乎橋梁最終的成橋線形和成橋內力［4］。本文對依托工程頂推法施工關鍵工藝的進行總結，本文提出的鋼箱梁節段制造工藝、頂推工藝及其糾偏措施、監測方法可為同類連續鋼箱梁橋的頂推施工時的施工質量控制提供借鑒，具有一定的參考意義。