高速公路鋼箱梁制造及頂推架設施工技術

2023-01-01 00:00:00肖同

工程機械與維修 2023年2期

摘要：頂推施工技術兼具作業便捷、質量可靠、高效、環保等特點，是現代橋梁建設中的重要技術。以杭甬高速復線S2合同段威海互通項目為例，詳盡地論述了公路鋼箱梁的制造技術、頂推法架設連續鋼箱梁施工技術流程及操作要點，并闡述鋼箱梁單元制作、頂推設備配套等環節的作業細節。

關鍵詞：鋼箱梁；制造；頂推架；分段

0" "引言

頂推指的是在橋頭將梁體逐段澆筑或拼接，將建成的單元結構用千斤頂縱向頂推，借助臨時滑動支座面使梁體精準到位的方法。在頂推施工中，于橋臺的后方規劃場地，根據梁體結構特點分多個節段，有序施工成型，利用縱向預應力筋做連接處理。在梁體前方布設鋼導梁，結合千斤頂提供的推動力，使梁體在外力作用下被推送至現場。按該流程重復施工后，將各段梁體頂推到位，建成完整的梁體結構。

1" "工程概況

威海互通設置為梨型互通形式，匝道設計速度為60km/h。除L匝道橋外，其余匝道橋梁部為鋼混組合梁，L匝道橋設計三聯，其中40m跨徑組合梁上跨化工管廊。前4孔設計單箱多室現澆梁結構。標準段頂板寬24.5m，底板寬19.9m，翼板懸臂2.3m，采用整跨（聯）一次性澆注工藝施工。后4孔采用鋼混疊合梁。

2" "公路鋼箱梁制造技術

2.1" " 鋼梁設計

鋼梁標準寬度和跨度分兩種型號，分別為9m、10.5m寬，跨度為25m、30m。9m寬匝道橋，以單箱雙室雙焊鋼箱梁為主，設3道縱腹板，鋼梁頂板全寬8.8m，底板寬5.5m。10.5m寬匝道橋，主梁為雙箱雙室全焊鋼箱梁，縱腹板有4道，鋼箱梁頂板全寬10.3m，底板寬7.0m。30m標準跨梁高1.6m（內輪廓），25m標準跨梁高1.5m（內輪廓），行車道內、外設0.5m寬防撞欄桿。標準梁段頂板厚度16mm，底板厚度16mm，中墩頂、底板朝外側加厚到20mm。

2.2" " 工藝方案

鋼梁分為兩大部分，制作工藝流程上為“兩地三階段”。結構二大部分為縱梁及橫梁。兩地為鋼箱梁制造廠、威海互通橋位。制造三大階段分別為板單元制造階段、節段總拼及預拼裝階段、橋位吊裝及連接階段。鋼梁節段在鋼箱梁制造廠總拼胎架上采取“正造法”，以底板為基面模擬成橋線形，連續匹配多節段，經過組裝、焊接、節段總拼及預拼裝作業。在架設現場以吊裝的方式將節段布設到位，再組織橋位拼裝焊接作業[1]。

2.3" " 板單元制造

板單元的類型包含底板單元、腹板單元、隔板單元等，各自的制造均在指定車間內完成，加工人員嚴格依據設計圖紙規范操作工裝設備，保證各板單元的加工質量。板單元加工成型后，安排質量檢驗，禁止任何存在質量缺陷的板單元出廠使用。

2.4" " 節段制造

單元件制作成型后，安排節段的組裝與焊接，此操作在橋梁整體組裝胎架上完成。鋼梁節段采取“正造法”，以底板為基面，依次進行匹配組裝、焊接、預拼裝作業，制得特定尺寸的鋼梁節段。根據節段的結構形式采用正造法總拼工藝，逐段組裝與焊接。將隔板作為內胎，胎架作為外胎，組裝作業人員加強對橋梁線形、鋼梁幾何尺寸的檢測與控制。

2.5" " 鋼梁制造難點及控制措施

2.5.1" "鋼梁制造難點

綜合考慮鋼梁結構特點、受力條件，總結出鋼梁制造環節的主要難點如下：底板單元制造時，需要切實提高整體和細部的幾何精度，保證整體的協調性和細部的可靠性；對隔板的幾何尺寸精度要求高；鋼梁整體組裝及焊接細節多，易出現質量問題；對預拼裝線形及接口匹配連接精度要求高，需精準控制；鋼梁有腐蝕的可能，必須采取防腐措施。一般箱梁制造尺寸允許偏差應符合表1規定。

2.5.2" "鋼梁制造難點控制措施

一是控制底板單元幾何尺寸。在整個鋼梁的結構組成中，底板單元屬于基礎部分，為提高幾何尺寸精度，著重采取如下措施：①面板加工采用數控精切下料的方法，輔以滾平工藝，盡可能減小焰切應力，以免后續焊接作業時面板出現大幅度變形。②嚴格按照圖紙測放加勁位置線，以此為參照基準，將加勁肋布置到位。③利用反變形胎架設置反變形量，焊接采用線能量較小的CO2氣體保護自動焊接工藝，在縱橫向預留焊接工藝補償量，以有效控制焊接變形。④針對焊接后產生的微小殘余變形，聯合采用冷、熱矯措施[2]。

二是控制隔板幾何尺寸。隔板是鋼梁組裝的內胎，屬于整體式結構，其尺寸精度直接對鋼梁的斷面尺寸造成影響。此外，Ⅰ肋槽口間尺寸精度控制也屬于重點內容。提高隔板幾何尺寸精度的措施如下：①適配滾板機，對機械滾平待下料的鋼板，消除軋制和焰切應力，以免在后續作業中產生明顯焊接變形。②為提高下料精度，采用數控精切下料的方法。部分隔板較薄，為防止切割過程中產生變形，采用水下等離子切割的方法。③在平臺剛性約束下施焊，維持材料形態的穩定性。

三是控制鋼梁組裝和焊接質量。架設效果受鋼梁斷面尺寸、接口匹配精度等因素的影響，為此提出如下措施：①搭建整體組裝胎架，以胎架為外胎，以隔板為內胎，施工人員按圖紙要求準確組裝，期間加強對縱橫基準線、節段外形尺寸、測量塔控制箱口幾何尺寸的檢測，根據實測結果與設計要求的差值采取控制措施。②采用地樣線控制底板單元準確就位，并以地樣線為基準，在底板單元上二次劃設隔板位置線、腹板位置線，最后按線定位、組焊各單元件。③橫向對接焊縫施工時，采用單面焊雙面成形工藝，設置V形坡口，適時修正焊接收縮量，并加強施工監測，根據監測數據優化裝配時的工藝補償量，提高裝配精度。

四是控制預拼裝線形及接口匹配。節段吊裝準確性、橋梁線形合理性均受到預拼裝線形及箱口匹配連接精度兩個因素的影響，據此特點，主要采取以下措施：①按成橋狀態進行預拼裝，預拼裝線型胎架型值按“設計縱斷面+預拱度”值進行設置，確保橋梁線型。②準確測放地樣線，以此為基準控制拼裝節段長度。③加強對箱梁匹配連接精度的控制，對局部偏差部位進行適當矯正，并采用多段立體預拼裝的方法。④腹板與頂底板間的焊縫留出適量長度不做焊接處理，以便后續靈活調整橋位接口對接錯邊。

3" "頂推架設施工技術

3.1" " 滑動及頂推裝置

3.1.1" "頂推軌道

頂推軌道組成包含頂推梁、側擋塊、擋板、不銹鋼板等，在支撐架平臺鋼板上通長布置，頂推梁上設擋板、側擋塊以及不銹鋼板。在頂推梁上通長焊接擋板，側擋塊由材質Q235B的材料制作而成，擋板與頂推梁在位置無誤前提下做焊接處理。擋板間通長設2mm厚不銹鋼板，將其焊接至擋板處。

頂推期間，頂推梁具有傳遞支座荷載的作用，擋板和側擋板具備抵抗水平荷載側的作用，減小力的不良影響。采用不銹鋼板有利于降低摩阻力，以便頂推的順利進行。擋板與頂推梁采用坡口焊焊接，不銹鋼板與頂推梁用氬弧焊焊接，側擋塊與擋板和頂推梁角焊縫焊接 [3]。

3.1.2" "頂推支座

在鋼箱梁底面設頂推支座，根據頂推支座的布設情況，在該處設由兩塊耳板構成的頂推節點，使頂推器與鋼箱梁形成連接關系。頂推器反推頂緊塊，在推動作用下促使鋼箱梁沿著特定的軌跡發生移動。

3.2" " 箱梁及導梁安裝

鋼箱梁在預制梁廠加工成型后，用大型車輛運輸至現場。吊裝設備采用300t汽車起重機，先將兩根纜風繩系在節段上，以便通過對纜風繩的控制調整鋼箱梁的姿態，避免吊裝磕碰問題，將鋼箱梁精準吊裝到位。鋼絲繩與梁段捆綁至一體，起重機司機在專員的指揮下緩慢起升至特定高度，轉動吊臂，將被吊裝置轉移至指定安裝位置的最上方。

經檢查確認位置無誤后，起重機緩慢落鉤，吊運至分段處頂面10cm時停止。由現場施工人員輔助，根據分段邊線、中心線調整鋼梁，精準對位后起重機繼續下放。用碼板對鋼箱梁分段接口部位做臨時固定處理。吊裝結束并經過焊接處理后，節段的穩定性得到保證，可拆除臨時固定措施。

按照從大樁號到小樁號的順序拼裝梁段，每段拼裝時均進行質量檢驗。橋址區梁段環縫、縱縫及隔板的焊接，由具有資質的焊工操作，保證焊接的可靠性，焊后及時檢查，盡快處理存在的問題。鋼箱梁和滑塊以焊接的方法處理。導梁采用長度為28m的變高截面工字板梁，用300t汽車起重機吊裝，導梁與箱梁腹板高度保持一致，在確認位置無誤后進行熔透對接焊接。為使鋼梁與導梁有效焊接，適當加長鋼梁腹板，兩者的對接焊縫用大型馬板連接，提升連接穩定性。

3.3" " 頂推施工

根據天窗封鎖時間及滑靴位置控制每次的頂推距離，每結束一次頂推后切割滑靴。頂推作業要點如下：

全面清理軌道、滑道上的雜物，要求下滑道板與四氟乙烯板、滑塊與軌道間無雜物附著。清理箱梁上面各類無用物體，以免對頂推作業造成干擾。測量箱梁的梁體、下滑道面的線型及標高，采集數據并記錄。實測結果顯示局部偏離設計要求時，對其進行妥善處理。

向滑移接觸面均勻涂抹黃油，以便在頂推期間梁體、滑靴均順暢運行。滑靴間的連接、千斤頂與鎖夾的連接必須穩定可靠。頂推設備安裝后進行試頂，檢驗各類裝置的運行狀況，根據反饋信息調整泵站的調速閥，使各千斤頂的運動速度相同。試頂期間，加強對橋體結構的檢查，判斷是否有失穩傾斜、局部受力開裂等問題。試頂結果顯示頂推過程中有異常時，根據現狀優化頂推施工工藝。嚴格按照施工方案頂推，現場作業人員聽從指揮，協同配合，將頂推工作落實到位。

3.4" " 拆除導梁

鋼箱梁頂推到位后，拆除導梁并用起重機懸掛，依次切割導梁腹桿、分段導梁。切割可能造成不必要的損傷，要求切割人員精準操作，確保鋼梁不會由于切割而受損。對于切割后產生的不平整之處，先用手砂輪磨平，再補漆。

3.5" " 落梁

按照如下流程緩慢落梁：

①鋼箱梁頂推后，在其下方設兩道支撐裝置。配套液壓泵源系統、頂升器等裝置，共同組成液壓同步頂升系統（頂升器初始狀態下的行程為0mm）。

②液壓同步頂升系統安裝后，安排調試，檢驗系統是否存在異常，若無誤則開始落位。支撐一頂升器伸液壓缸，頂升器底部落至墊板時，仍繼續伸液壓缸，推動箱梁將其向上頂起，觀察頂升器由初始狀態的0mm變為100mm，可將頂推臨時設施拆除。

③于支撐二上放置墊塊，支撐一頂升器縮液壓缸，由支撐二承受鋼箱梁的質量，將兩臺頂升器底部的墊塊各拆除一塊。

④支撐一頂升器伸液壓缸，頂升器落至墊板處，伸液壓缸頂起鋼箱梁，拆除支撐架二的一個墊塊。

⑤支撐一頂升器縮液壓缸，支撐二承受鋼箱梁的質量，將兩臺頂升器底部的墊塊各拆除一塊。

⑥按照步驟④、⑤的流程重復操作6次，此過程中每個支撐拆除的墊塊數量均為6塊。

⑦頂升器伸液壓缸，底部落至墊板處，伸液壓缸頂起鋼箱梁。⑧頂升器縮液壓缸，支撐二承受鋼箱梁的質量，在此狀態下將兩臺頂升器底部的各墊塊均拆除。

4" "結語