復雜環境條件下大跨度變截面連續鋼箱梁拼裝施工技術

龍國輝

（中鐵二十二局集團第三工程有限公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況

鑒湖大橋處于紹興市二環西路跨域鑒湖處，主橋長195m、寬27m、總質量3100t，為（55+85+55）m變截面三跨連續鋼箱梁。橋梁跨中梁高2.4m，中墩位置梁高4.8m，邊墩位置梁高1.8m，最大墩高22.7m，橋梁下部結構采用群樁水中承臺，如圖1所示。

圖1 鑒湖大橋立面圖

工程的重難點有3個：1）鋼箱梁分段與吊裝綜合考慮因素多。受施工場地狹窄，鑒湖主橋水中支架須利用老橋拆除支架管樁進行接高，支架的施工精度及質量要求高且鋼箱梁分段須兼顧既有支架位置、構件運輸及起重機械吊裝性能。2）大跨度變截面鋼箱梁制造、焊接要求高。該工程鋼箱梁橋面鋪裝僅3cm，成橋后的表面線形與平整度要求高，受橋梁豎曲線、預拱度、縱橫坡及變截面的影響，須合理預留裝配間隙、克服現場焊接應力集中、控制豎曲線與起拱問題。3）施工風險高。鑒湖屬通航水域，施工須避讓過往客、貨船，施工場地狹窄，陸上支架須留有運輸通道，支架存在撞擊風險，構件結構復雜，箱梁內部有限空間焊接難度大、過程中的安全問題多。

2 施工方案確定

鑒湖大橋采用主、輔分離式設計，主橋一座，輔橋二座，橋長與跨徑相同。建設期需拆除既有鑒湖大橋，再原位新建鑒湖主橋。主橋建設期，鑒于兩側輔橋須保證通行，水上不封航，主、輔橋凈距僅1m，水深較淺等因素，大型流動式起重機、浮吊無法完成吊裝作業[1]，同時兼顧既有鑒湖大橋拆除，最終確定采用舊橋拆除支架接高后，利用龍門吊吊裝的方案完成主橋鋼箱梁施工[2]，橫斷面位置關系見圖2。

圖2 鑒湖大橋鋼箱梁安裝橫斷面圖

3 鋼箱梁吊裝支架設計

鋼箱梁臨時支撐架由φ630×10mm鋼管、φ219×10mm剪刀撐、雙拼I40b主橫梁及φ180×10mm調節鋼管組成。根據鋼箱梁吊裝安排，通過MIDAScivil建模，對14個吊裝施工階段進行計算，確定每個吊裝階段的支點反力及變形情況，如圖3、圖4所示。

圖3 鋼箱梁模型圖

圖4 支架彈性壓縮及拆架后梁體自重作用下的變形圖

經匯總確定地面管樁體系頂部最大支撐反力3424kN；水中管樁體系頂部最大支撐反力2824kN；55m邊跨跨中下撓13.96mm；85m中跨跨中下撓49.73mm。

根據地面及水中管樁體系最大支撐反力采用MIDASGen對單個獨立支架結構進行有限元分析，其位移、強度及穩定性均滿足使用要求，如圖5所示。

圖5 鋼箱梁支架模型分析

4 鋼箱梁施工關鍵技術

4.1 鋼箱梁制造與運輸

主橋長度方向分14段，除第一段作為定位段，其余13段橫向分7節，節段內、節段間、頂底板拼接位置均錯開設置，最大分節質量61.6t。圖紙深化時考慮豎曲線、設計起拱及施工工藝起拱量，并繪制鋼箱梁制造三維圖形，確定頂板、底板、腹板、隔板等零件大樣圖及吊裝吊耳布置圖；加工構件采用拼裝胎架（保證橋梁加工的縱坡、橫坡），反變形胎架（有效抵消板單元焊接變形，如圖6所示），并配合火工校正，避免因焊接應力導致的板面變形；各節段鋼箱梁加工完成后至少縱向每三段進行預拼裝，以保證現場安裝接頭精度。

圖6 廠內加工制造控制

鋼箱梁構件運輸應該確保安全性和運輸次序科學合理，避免由于構件運輸順序混亂導致工期延誤。臨時存儲應保證環境干燥并對構件進行下墊上蓋，放置地點應有足夠的支撐力，避免構件發生形變。鋼箱梁在運輸前經由運輸部門完成超寬運輸手續的辦理；分段運輸每3m臨時焊接一道交叉圓鋼或者槽鋼，以便對箱體整段進行固定。

4.2 鋼箱梁支架施工

舊橋拆除完成后，利用2臺25t吊車站位于輔橋上將拆橋支架主橫梁拆除，鋼管頂口切平后進行接高處理，接高后的鋼管及時施做鋼管剪刀撐連接系；并與龍門吊基礎管樁連成整體。支架主橫梁與梁底間留20cm~30cm作為調節鋼管安裝，方便鋼箱梁底部焊接施工與精調。

4.3 鋼箱梁吊裝

4.3.1 吊裝設備

吊裝設備應滿足安全可靠、經濟合理、因地制宜。要求吊裝設備有一定的安全儲備，避免對人員和設備造成傷害；最大限度利用已有設備或材料，吊裝設備滿足要求即可，避免過高的安全系數造成成本增加；根據周邊環境條件選擇吊裝設備，對支撐基礎穩定性進行充分考慮，并根據分節重量與尺寸，合理選擇吊具、設置吊點，保證吊裝安全、防止構件變形。

根據該工程最大構件質量61.6t、長度21.6m，按60°鋼絲繩吊裝夾角作業最小高度37m的要求，舊橋拆除85t龍門吊兼顧主橋鋼箱梁吊裝的安裝凈高在水面以上38.8m。吊耳材質為Q345B，主板厚度25mm，外側加強板厚度10mm（如圖7所示），吊耳布置應保證鋼絲繩之間的夾角不超過60°并且在吊耳下方位置有U肋或實腹板；鋼絲繩選擇6*37纖維芯鋼絲繩，公稱直徑為60mm、公稱抗拉強度1770MPa；卸扣選用6級32t卸扣。

圖7 吊耳構造（單位：mm）

4.3.2 吊裝順序

吊裝方向從北向南進行。首段鋼箱梁整體吊裝后在邊墩精確定位，先箱室主體后挑臂，從中間向兩端依次吊裝，如圖8所示。

圖8 鋼箱梁分節吊裝

4.3.3 吊裝就位

工藝流程：起吊鋼箱梁與前一段平齊→對齊主腹板→安裝頂板對拉螺栓/臨時連接件→測量箱梁高程及軸線→調整箱梁前端高程及軸線→安裝底板對拉螺栓/臨時連接件→測量主梁前端高程及軸線調整箱梁前端高程及軸線至設計位置。

鋼箱梁分節除支座處外，其他節段均由調節鋼管臨時支撐，各調節管高度應根據計算好的標高提前安裝就位。在提升過程中通過溜繩調整構件方向，放置構件應緩慢、平穩。

4.3.4 鋼箱梁臨時連接

相鄰節段鋼箱梁就位后進行接口粗匹配，調整箱梁線形確保中心軸線。調整程序如下：1）梁段的傾斜度與高度需要與頂板的中軸線齊平。2）梁段的高度需要和頂板的U肋齊平，調整好之后要測量出吊裝梁段的前后點的標準高度。3）測量梁段底板處縫隙，確保其縫隙寬度的最大值為15mm。4）使用千斤頂調整主腹板的平衡狀態。5）復測。

匹配好接口是焊接施工的前提條件，包括節段的標準高度、預拱度、橫坡度；接口面板最大的差距須達到0.5mm；調整約束時要遵循由硬到弱的規律；調整腹板和頂底板交界處的距離，之后調整接口距離；精調時可使用千斤頂，固定時使用碼板壓平。

4.3.5 鋼箱梁焊接

完成鋼箱梁的精準定位后，根據相關的規范標準比對縫口，對未達標的進行打磨修正至符合規范才可以開展焊接工作。

先焊接縱向對接焊縫，后焊接節段間環向對接焊縫。根據全橋成橋后的彎矩圖，先焊受拉焊縫，后焊受壓焊縫。先焊節段內的鋼箱梁，節段內的構件先在橫向行成整體后，再進行縱橋向相鄰的節段焊接工作。盡可能先吊裝完成所有節段后，從橋墩中間節段向兩側焊接，能夠有效控制焊接變形，保證橋梁整體線形。

5 質量控制

鋼箱梁的拼裝質量是工程質量控制的關鍵，該工程采用的質量控制措施有7點：1）梁寬度方向分段時每節段內橫隔做成整體，可減少現場橫隔板對接錯口的發生。2）U肋加工定位以腹板為基準線定位；鋼箱梁一端U肋留400mm廠內不焊，等U肋連接板用高強螺栓初擰后再現場焊接；U肋連接板留一端六個孔廠內不鉆，接頭處孔距實量后用搖臂鉆現場鉆孔；頂板U肋接頭位置一端預留一小段不焊接，現場調整后再焊接，方便接頭對正，可保證頂板接頭高強螺栓穿孔率。3）對接打底后，碼板割除后再焊第二道焊縫，保證后續焊縫無約束狀態下焊接，減少焊接應力。4）箱外焊接須設置防風防雨棚，減少焊接氣孔等缺陷，提高焊接質量；對接接口焊接采用陶瓷襯墊，單面焊接背面成型好。5）各鋼箱梁段內拼裝采用碼板進行固定，保證頂板接頭、底板接頭位置錯邊控制在標準范圍之內。6）根據鋼箱梁主材材質，選擇合適的焊接材料，按焊接工藝評定來控制焊接順序和焊接參數，以控制焊接變形提高加工精度。7）舊橋拆除鋼管支架的承載力大于新建主橋鋼管支架承載力要求，支架接高利用消除了支架沉降對鋼箱梁拼裝的影響。

6 結語

鑒湖大橋作為S308省道智慧快速路改造工程重難點，受施工條件及周邊復雜環境的限制，架橋機、移動式大型起重機和大型浮吊等常規施工方法均無法滿足鋼箱梁安裝要求，同時，3cmECO面層對鋼箱梁拼裝后的線形、平順度要求高。該文通過闡述大跨度變截面鋼箱梁各施工階段的控制要點，解決狹窄空間架梁的難題，整個施工過程安全平穩，吊裝就位方便快捷，定位精度高，保證了施工質量滿足驗收要求，最大限度地減少了對社會車輛及通航影響，為今后類似工程起到借鑒作用。