大跨徑變高度連續鋼箱梁散拼架設淺析

楊濤

摘要：橋梁在施工中由于受場地條件、梁段特點等制約，按一般分段大塊板吊裝組拼的技術難以完成，需要根據具體情況研究有限空間作業下的組拼方法。本篇以引江濟淮G312合六葉公路橋鋼箱梁施工為例，總結了變高度鋼箱梁現場散拼技術，在有限場地下采用橋位搭設支架吊裝，板單元預組拼，接縫預固定控制變形，分段焊接成形的方法和經驗，為后續類似工程施工提供一些參考。

關鍵詞：大跨徑;變高度;鋼箱梁散拼

1 引 言

1.1概況

G312 合六葉公路橋位于引江濟淮工程江淮溝通段 K42+271m 處，跨越江淮溝通段航道，航道為規劃限制性Ⅱ級航道，雙向通航，橋位處設計最高通航水位 23.86m，最低通航水位17.40m，通航孔凈寬不小于 103.8m，凈高不小于 10m，橋位處航道底寬 60m。項目為路改橋采用四幅錯墩布置的（100+180+100）m 跨徑布置的連續鋼梁橋，跨度布置均為 100+180+100=380m，上部結構均采用變高度連續鋼箱梁結構，橋墩均為板式墩，橋臺均采用肋板式橋臺，基礎均為承臺下設鉆孔樁。

1.2鋼箱梁結構設計

四幅橋梁均為單箱室結構箱寬6.25m，懸臂寬度為2.75/3.5m。單幅橋寬為11.75/13.25m，兩橋之間間隔0.75/1m，梁高從4.5--9m不等。

箱內每隔 3m 設置一道橫隔板，為使箱內具有良好的通透性及減輕箱梁重量，在橫隔板上開設有孔洞，其數量及開孔尺寸根據橫隔板高度不同相應變化，梁高較高處的隔板還開設有人孔以方便制造及后期養護維修。普通橫隔板板厚 12mm，端支承橫隔板板厚24mm，中支承橫隔板板厚 40mm，均采用板式加勁肋對其進行水平向和豎向加勁。

2 工程特點、難點

（1）G312合六葉公路橋主跨180m是安徽省第一，國內第二大單跨徑連續鋼箱梁橋，作為合肥市西大門連接六安，交通壓力大，重載車輛多。道路等級為一級公路（兼城市道路功能），設計荷載為公路-Ι級（城-A驗算），設計車速為80km/h，面板與挑臂、底板與腹板、隔板與腹板等連接處需要全熔透焊接，面板U肋全熔透焊接，焊接工作量大，全熔透對焊接質量有更高要求。

（2）主梁采用Q370qD材質橋梁專用鋼，箱梁墩支點處梁高9m，邊跨端支點及中跨跨中處梁高4.5m;變高度底面線形為半徑R=824.028M的圓曲線。箱體高度變化大，施工難度高對線性精度要求嚴格。如：接頭處梁高允許誤差±2mm，橫斷面對角線應控制在≤6mm，全長（分段累加長度）偏差控制在±20mm以內。

（3）鋼箱梁現場施工場地小（兩幅橋在寬30M，長400M的狹小場地原位拼裝），焊接環口多（底板、隔板、腹板、面板、挑臂全部需要現場對接施焊），如何控制拼裝及焊接質量，加快施工進度是難點。

3 施工總體方案及橋梁分段

本橋施工方法為：采取工廠板單元分塊制造，進行現場焊接，涂裝后運輸至橋址，橋址原位進行吊裝、焊接;油漆補涂及最后一道面漆涂裝，驗收。根據《超限運輸車輛行駛公路管理規定》（交通運輸部令2016）第三條：車貨總高度從地面算起不得超過4米、總寬度不得超過2.55米、總長度不得超過18.1米，六軸及以上最大總質量不得超過49噸。超限在一定范圍內貨車應提前申領超限運輸許可申請待批準后才能上路運輸。引江濟淮工程江淮溝通段位于安徽省合肥市境內，板單元件從武漢加工廠出發，穿越鄂皖交接的大別山山脈隧道多，不宜使用大構件運輸。從經濟成本和技術方面綜合考慮，再結合《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650-2020）相關要求，將1#和2#橋每幅鋼箱梁縱分為33個節段，節段最長分段為15m。梁高從4.5m-9m不等;隔板高度方向分段均分為兩段。其中頂、腹、底板分段焊縫錯位200mm以上。再在橋址利用雙橋門式起重機，整體搭設臨時支架，進行原位吊裝、焊接固定，分段分節從底板、隔板、腹板、頂板依次拼裝焊接完成，整體橋梁施工完成后，整體拆除臨時支架。

4 施工工藝流程和要點

鋼箱梁現場散拼工藝流程

工廠板單元加工、運輸→橋址搭設臨時支架→現場板單元組拼焊接→板單元吊裝→接縫預固定→分段拼裝焊接→整體完成后拆除支架

4.1工廠板單元加工操作要點

本橋單元件種類形式較為復雜，尺寸多樣，直腹板及橫隔板作為最重要的高度及寬度控制構件。為提高橋梁尺寸精度和使用壽命，降低各類疲勞病害缺陷發生，在橋面板制作過程中應用最新技術工藝“正交異性橋面板U形加勁雙面熔透焊”實現U肋焊縫100%全熔透，提高U肋與橋面板疲勞強度，防止疲勞開裂。

4.2拼裝支架準備

拼裝支架采用工字鋼、槽鋼及鋼管制作，支架搭設布置的位置、數量均通過校核計算（邁達斯軟件），校核計算內容包括強度、剛度等，確保整個系統的安全穩定。支架體系在使用過程中要定期檢查橫梁的撓度、鋼柱的水平位移、焊縫的質量、千斤頂安全可靠性、支撐體系的整體穩定性，并作好記錄。鋼柱水平位移控制在±5mm，超出范圍則需要另加支撐固定，支撐體系沉降控制在±10mm，超出范圍則需利用千斤頂進行微調。

支架體系調節工鋼主要用于鋼箱梁吊裝時調節鋼箱梁標高，且便于總體支架的拆除，調節段高度為 500-- 800mm 左右。

4.3拼裝支架設置

支架立柱采用Φ426x8mm 的鋼管，連接系采用[16 槽鋼，鋼管柱頂部設置分配梁，中跨鋼箱梁梁高 H（4.8m≤H≤6.1m）、邊跨鋼箱梁梁高 H（H≤6.1m）處采用 I32a 工字鋼，中跨鋼箱梁梁高 H（6.1m

4.4 鋼箱梁板單元安裝工藝

鋼箱梁采用32T門式起重機將工廠制造的散拼件吊裝到臨時支架上進行架設作業，按照底板→隔板→腹板→頂板的順序依次吊裝，并從墩支點位置向跨中重復以上步驟。在支架縱向各調節塊的標高按設計給定的線性設計，橫向考慮焊接變形和重力影響，按每100m預抬35mm設置焊拱值。在胎架上設置縱、橫基線和基準點，以控制鋼梁的位置和高度，確保各部尺寸和立面線形保證在±5mm范圍內。胎架外設置獨立的基線、基點，以便隨時對支架進行檢測。由于場地限制把胎架設置在主跨跨中安裝位置，采取從兩邊向中間靠攏架設方案。

鋼箱梁組焊和拼裝在胎架上一次完成。組裝采用“正裝法”，以胎架為外胎，以橫隔板腹板為內胎，各板單元按縱、橫基線就位，輔以加固設施以確保精度和安全。鋼梁按照橋底板→橫隔板→兩側腹板→面板→挑臂的順序進行組裝;實現立體箱形推進方式逐段組裝與焊接。

a 拼裝底板單元。在無日照影響的情況下，以測量站點和縱向里程為基準，定每節段底板縱向位置，再以橋偏距線控制底板橫向位置，并用碼板限制底板在支架上的橫向移動。

b 拼裝箱室橫隔板單元。組裝過程中輔以定位夾具、頂拉工具控制隔板位置精度和垂直度等控制點，使橫隔板滿足3m標準間距。

c 拼裝箱室兩側腹板單元。按順序將腹板單元吊裝至支架上，對齊隔板上的板肋槽口后與底板點固焊連接，最后利用馬板等輔助措施進行剛性固定。

d 拼裝頂板單元。

e 拼裝挑臂單元、封板和裝飾板。

f焊接完成后進行焊縫檢測，驗收，依次進行下一節段的組裝。驗收合格后對焊縫及破壞的鋼箱梁表面進行涂裝。

4.5焊接板縫要求及質量措施

（1）焊接鋼板縫基本要求①主要構件的對接和角接焊縫的力學性能（包括拉伸、沖擊）滿足下屈服強度≥400Mpa，抗拉強度≥500Mpa，并對比焊縫中心沖擊吸收能量，側彎性能達到合格。

②注明等級焊縫的各項檢測指標必須達到《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650-2020）的驗收要求，并對金屬熔化焊焊接接頭進行射線照相，出具檢測報告。

（2）焊接縫質量保證措施

① 依據焊接工藝評定試驗結果制定焊接工藝，焊接工藝評定試驗應在鋼結構制作開工前進行。

② 根據圖紙要求及工廠條件進行焊接工藝評定試驗。試驗使用的材質應為Q370qD，且其化學成份 C、S、P 含量應選用偏上限者。試驗所施焊的焊縫在強度、韌性等方面應和母材相匹配并滿足設計要求。

③ 根據圖紙確定需要評定的項目，擬用的焊接設備及焊接方法，焊接坡口形式及焊接順序，以及焊接參數，編寫焊接工藝評定計劃書，并提交監理工程師評審批準。

④ 根據批準的焊接工藝評定任務書，逐項進行焊接工藝評定試驗，并根據試驗結果寫出相應的試驗報告。

⑤ 焊接工藝評定試驗應有階段性報告及最終報告。報告應經規定程序審查、批準方可生效。如生產過程中某焊接工藝生產不穩定，不能滿足質量要求時，應立即中止使用。

⑥ 試驗報告按規定程序批準后，根據焊接工藝評定試驗報告編寫各種接縫的焊接工藝指導書。批準后由焊接技術人員根據焊接工藝指導書的內容組織工人焊接施工。

5 散拼架設優缺點及關鍵控制要點

（1）散拼架設優缺點對比：

現場板單元拼裝優勢：

①無需場內總拼切割環節，減少近50%場內制造時間，工地安裝總拼一次成型。可1、2#橋同時施工，提高施工效率，完美規避場地限制。

② 質量方面工地施工可總拼一次成型，全站儀定點全程檢測，大大減少了底板線型誤差和運輸帶來的鋼梁尺寸破壞。

③ 技術方面，工地焊接腹板、隔板在預制場地進行平焊焊接，大大提高了焊縫質量和外觀平整度。

現場板單元拼裝劣勢：

④增加現場拼裝、焊接工作量;

⑤現場噴涂油漆可能會影響施工工期。

受現場場地狹小，實現不了水路運輸等地理環境因素影響，該項目橋梁采用現場板單元拼裝施工整體貫通只用了4個月工期、鋼管支架系統采用租賃和攤消結合計算成本，兩幅橋總重量約500T，6個月市場租賃期，租賃費及攤消費合計約100萬元、現場采取原位拼裝胎架保障了焊接質量，縮短了工期;此方法在今后類似工程施工中采用散拼架設法值得借鑒。

（2）鋼箱梁變形控制要點

①在組拼每節段內各零件單元時，焊接工藝和程序應使變形和收縮盡量小，并減少結構拘束應力，即先縱焊后橫焊、先結構再熔透確保板單元四角不平度≤3mm，在重要受力位置使用超聲波錘擊消除應力以加工出符合規定質量要求的構件。

②構件焊接前，在焊縫坡口反面設置反變形預抬量。當構件焊接后產生較大的變形，應采用熱矯正法矯正，矯正溫度控制在 600～800°C 。應自然冷卻到環境溫度。溫度未降至環境溫度時，不得錘擊鋼料。嚴禁水冷卻。在對收縮有較大拘束條件下進行焊接時，焊縫應連續焊完。

③熔透焊縫采用單面焊雙面成型工法，20°的坡口，間隙6～8mm貼陶制襯墊，為此要使用間隙定位工藝板確保間隙尺寸。在首節段拼裝焊接完成后，全面檢查整個制造工藝是否合理及生產措施是否得當，并在拼裝時考慮節段間環口焊縫收縮量對梁長影響。根據首節段拼裝的累計總長及誤差修正后期梁段長度，保證全橋順利合龍，確保合攏段預留足夠的配切余量。

6 結論

由于受場地狹小且無法實現水路運輸到達橋址附近等因素影響，加上橋梁節段自身重量大，底板圓曲線需靠底板定位，拼裝難度大，此類項目鋼箱梁難以按照一般的整體分段大塊制作并進行現場整節段吊裝的組拼方法進行施工，而采取散拼架設技術能很好地克服以上困難。在施工過程中，可以更好地控制安裝精度及質量，值得類似工程借鑒。

參考文獻

[1]楊永強，劉春風，魏云祥主編，《小拼裝場地下大型鋼箱梁拼裝與架設技術》，《鋼結構》出版，2013 年第 28 期.

[2]馮茂生，楊長春，齊德伍主編，《中國建筑2016年技術交流會優秀論文集》，中國建筑工業出版社出版P117-125，2016年8月.