大跨度鋼箱梁安裝施工技術探究

陳隆平

（四川路橋橋梁工程有限責任公司， 四川 成都 610000）

1 大跨度鋼鐵梁概述

1.1 概念

鋼鐵梁是大跨徑橋梁工程常用的結構形式，也叫做鋼鐵箱形梁，是采用全焊接的方式將頂板、縱隔板、橫隔板、底板、腹板、加勁肋等連接而成的一種施工技術。頂板指的是縱向加勁肋和蓋板共同組成的正交異性的橋面板。施工中合理設置并利用大跨度鋼箱梁，能夠充分優化橋梁工程的結構性能，然后采用頂推、拖拉等施工技術，以滿足跨線施工要求[1]。

1.2 應用價值

①大跨度鋼鐵梁能夠提高路橋整體的施工水平，減少施工過程中對橋梁結構造成的影響。

②大跨度鋼鐵梁為橋梁工程的高效施工、結構設計提供了充分保障，而且還能豐富橋梁工程的結構形式。

③關注大跨度鋼鐵梁施工技術，可增強路橋結構應力中的承載力，細化施工內容，很好的應對荷載因素的影響。

2 大跨度鋼鐵梁的安裝施工技術

某鋼鐵梁總長度350m、總質量8033t，橋跨布置（100＋150＋100）m。鋼鐵梁截面采用的是單箱多室變截面的結構形式，兩側挑臂寬度為 3.85m；梁高3.2～6.2m；箱梁頂板寬度是26～34.319m；底板寬度是18.3～26.619m。橋梁設置了雙向1.5%的橫坡，采用的是Q345q-C材質。板厚＞35mm的主材材質是Q3370q-D，同時板厚超過30mm鋼板所要求的Z15性能。鋼箱梁座位于混凝土的支墩上，要求跨中起拱，從左到右的橋墩編號是Z114～Z117[2]。

鋼鐵梁為正交異性結構，頂板的板厚20，28，32，36mm；底板板厚20，28，32，40mm；腹板板厚 16，20，24mm；橫隔板板厚全部為 16mm，支座部位的橫隔板板厚是28，32mm。端部支座的橫隔板間距是0.8m、中部支座的橫隔板間距為1.2m，其他橫隔板的間距全部為3m，其中兩道橫隔板之間設置了一道腹板豎向加勁肋[3]。

2.1 分段與分塊方案

零部件單元的制造流程見下圖。

圖1 零部件單元的制造流程圖

嚴格按照設計方案與圖紙進行制作、安裝；認真編寫鋼結構的制作文件，細化文件內容，提高制作質量；詳細繪制零部件的加工圖紙并上報監理、設計、建設等單位，通過審核與批準后才能開始操作。

高架梁的鋼箱梁全部位于頂底板平行處，箱梁整體旋轉后形成橫坡。制作塊單元時，首先要定位好縱橫基準線，然后以此為依據分別劃出隔板組裝、加勁肋以及腹板的位置線。鋼鐵梁的焊接質量應達到《公路橋涵施工技術規范》（J0KNG/0KNF50——2011）中提到的一、二級焊縫質量要求，然后進行射線探傷以及超聲波探傷。要求箱梁內部的相對濕度≥50%，如果鋼鐵梁完全暴露在大氣中，則要求外表面涂裝的耐久性≥25年。

2.2 設計施工方案

2.2.1 鋼箱梁分段出廠，履帶式起重機吊裝

在工廠內完成鋼鐵梁分段的制作，達到現場后使用履帶式起重機把鋼鐵梁分段吊裝在支撐體系上。優點是能夠節約施工現場的拼裝與焊接時間，提高施工效率。缺點是：①考慮到運輸條件，如果在工廠內制作鋼鐵梁分段，則分段的高度需要控制在4m以內，同時鋼鐵梁截面最高是6m，必須把箱梁再一次進行橫向分段，增加了現場施工難度。②箱涵比較老舊，采用的是擴大型基礎，承載能力較差，需要把荷載控制在 15kN/m2以內，吊裝過程中會對箱涵產生嚴重影響[4]。

2.2.2 鋼箱梁單元件出廠，履帶式起重機吊裝

優點是可以進一步提高鋼鐵梁的整體拼裝質量。缺點是履帶式吊裝會影響箱涵。

2.2.3 鋼鐵梁單元件與分段出廠，龍門機吊裝

在工廠內制作完成單元件，然后運送到施工現場安裝，在不被運輸條件限制的情況下，還能保證現場拼接質量。挑臂和靠近 Z177橋墩位置采用分段，同樣在工廠內制作，以減少現場施工量，還能保證施工區域兩側的交通不受影響。龍門吊機節約了施工成本，而且不會對老舊的箱涵產生不利影響。

經綜合對比，本工程最終選擇第三種施工方案。

2.3 支撐體系的搭設

2.3.1 具體要求

考慮到路面的承載能力，荷載應≤15kN/m2；鋼支撐的間距應≤3m×3.5m，同時每個支點的集中力控制在 84kN/m2以內；每個支點的路面墊板尺寸至少要達到0.5m×0.5m。

2.3.2 搭設

在鋼鐵橫隔板下布置臨時的支撐順橋向。臨時支墩分為主支墩和副支墩，前者為鋼管Ф273×8；后者為鋼管Ф194×6。支墩和支墩之間采用平聯的方式連接，平聯又分為上下兩層；橫橋向支墩和支墩之間為圓管斜撐連接。縱橋向主支墩為槽鋼斜撐連接，副支墩沒有斜撐連接，斜撐為間斷布置。在箱涵的區域內，臨時支墩底部用鋼板鋪設而成，鋼板的厚度是 20mm，可充分滿足箱涵的承載力要求

采用專業軟件分析支撐體系，結果表明，胎架的結構應力強度不能超過材料許用應力，變形和穩定性全部符合設計要求[5]。

2.4 交通疏導

L32聯鋼箱梁所處路段的寬度在46m左右，道路兩側各設置一個花壇，寬度2.8m，花壇內側是人行道。為了不影響車輛的正常通行，根據交管局要求，布置了支撐體系和龍門吊裝置。施工區域設置28m寬的圍擋，拆除兩側花壇，待其硬化后，可提供出城和進程車輛的通行道路。施工區域內應該注意：如果圍欄處有車輛的進出口，則要在此安裝反光鏡；然后在施工區域的兩端分別設置減速帶，圍擋的兩側每隔20m的距離安裝一個警示燈，以保證夜間通行安全。

2.5 安裝施工

2.5.1 選擇吊機、固定軌道

單元構件的最大外形尺寸是17.678m×4.911m×0.292m；質量為32.191t，因此需要兩臺20t的龍門吊，通過抬吊的方法來安裝。根據鋼箱梁的長度，在沿線布置4臺龍門吊。

將現澆混凝土條形梁作為龍門吊軌道的基礎，用來調整軌道的水平度，為龍門吊的使用創造條件。箱涵和混凝土軌道梁之間需要墊上寬600mm、厚30mm的鋼板；條形梁的內部鋼筋用膨脹螺栓和地面固定，或者穿過鋼板和地面固定，膨脹螺栓的間距是600mm。然后在條形梁內部鋼筋的頂部焊接預埋墊板，用來固定龍門吊的軌道，所有預埋墊板的表面都應保持同一水平面。

2.5.2 安裝鋼箱梁

考慮到鋼箱梁的立面變成了截面，橋墩位置的截面較大，所以安裝單元件時，應先安裝橋墩處的箱梁，再向中間安裝，最后再安裝中間合龍段。

2.5.3 鋼箱梁的安裝要求

①當組焊完一個節段的底板組合單元件時，需要切割一端的余量，然后再組裝相鄰下一節段的底板組合單元件。組焊完這一節段后再組焊相鄰節段。

②每節段的頂板上都有節段的縱橫基準線以及標準控制點，需要通過全站儀來明確節段的縱橫基準線，采用水準儀來明確標高。

③為了給現場施工人員、施工設備的進出提供方便，保障施工安全。現場安裝時，每一條環縫附近的頂板上都需要開 1～2個長圓人孔，尺寸600mm～280mm。如果設備的外形尺寸較大，無法順利進入箱梁，則需要開設Ф600的人孔。

④合龍段吊裝之前，應該檢測余量斷口的位置以及和理論位置之間的偏差，根據偏差值來切割余量。切割余量的檢測時間為晚上10點至次日早上7點，在溫度相同的條件下進行連續、多次的測量，取平均值作為最終的余量切割值。

2.6 安裝效果

①鋼箱梁單元件和分段全部在工廠制作，施工現場采用龍門機吊裝，顯著提高了施工效果，而且不會影響施工時對箱涵的觀測，還能充分保障施工安全。

②對于面積、體積較大的中、厚鋼板現場拼裝的鋼箱梁，安裝與焊接施工中應保持應力的均勻分布，不會產生嚴重的施工變形。鋼橋在落架時，采用光纖動態監測了鋼箱梁的應力變化，監測數據顯示，無論是橋梁的應力還是應變狀態都保持良好。

③對鋼箱梁焊縫進行無損檢測，同時測量橋梁線型，檢測結果顯示，焊縫的質量均滿足規范與設計要求。橋梁中線偏差僅有5mm，墩臺處的梁底標高偏差僅有＋2mm，實測橋面標高，同樣滿足設計規范要求。

3 大跨度鋼箱梁的安裝施工技術要點

3.1 制作控制技術

鋼箱梁頂的拱度，鋼箱梁的預拱度與行車荷載、鋼箱梁自重、焊接變形產生的撓度密切相關。預制鋼箱梁的預拱度，參數值應以三個指標的組合值為主。計算簡支梁最大的跨度值時，需要設置拋物線。鋼箱梁的預拱度=鋼箱梁自重產生的撓度＋車輛荷載產生的向下撓度＋焊接產生的向上撓度。

嚴格控制胎架精度，根據計算的預拱度用拋物線方程分配法起拱。鋼箱梁的底板尺寸以及曲線決定了正裝法胎架，縱橫梁結構采用的是型鋼，縱橫梁之間的間距≤2m，同時要保證足夠的剛度。嚴格按照預拱曲線來計算胎架強度，反復檢測核對后才能使用。

3.2 裝配精度的控制

裝配底板的過程中需要檢查底板以及胎架支撐點之間的貼合度，保證貼合度＞95%。規范焊接操作，避免結構變形。特別是焊縫的焊接，需要抽取10%的焊接縫進行射線探傷，運用超聲波技術檢測焊縫。安裝腹板時，需要注意垂直度的偏差，用直角尺與鉛垂線共同檢測，將偏差控制在2°以內。

3.3 吊裝精度的控制

吊裝之前仔細檢查墩臺的支座是否達到規范設計的要求，以保證安裝質量與安全性。設備人員與工程技術人員共同前往現場檢查和驗收，進行技術、安全交底工作。結合施工現場規劃好運輸路線與吊裝順序。在吊裝區域設置警示牌，禁止車輛與人員未經允許擅自通行。將臨時的支架結構設計為鋼管立柱格構式支架，將工字鋼橫撐設置在支架頂部長度的方向上，各支架所處的位置以及高度由測繪人員現場復測、繪圖，以保證支架位置的準確。在組裝過程中或者組裝后修補施工現場，修補后的構件應干凈、無污漬，做好修補與涂層之間的銜接。在72h內修補焊接部位，修補時全程監控，并做好相關記錄。最后涂裝面漆，完善施工準備與安全檢查，修復好缺陷，加強保養，將油污和粉塵清理干凈，全部合格后開始面漆施工。

4 結束語

綜上所述，大跨度鋼箱梁的安裝對控制精度有著較高要求，因此應 采用精控法制作安裝和施工，以保證工程質量。根據工程特點和施工條件合理設計，加強對預拱度以及施工精度的控制，以充分發揮大跨度鋼箱梁吊裝安裝的技術優勢。