沙坪河大橋鋼箱梁分段安裝曲線線形控制方法研究

何中旺

摘要 文章結合具體工程實例，介紹了沙坪河大橋鋼箱梁吊裝施工方案，并分析了吊裝過程中可能導致安裝線形和最終成橋線形出現誤差的各種因素，并提出了線形控制措施，以確保鋼箱梁安裝線形滿足設計要求，提高橋梁工程鋼箱梁安裝施工質量，降低鋼箱梁施工風險隱患。

關鍵詞 橋梁工程；鋼箱梁安裝；線形控制

中圖分類號 U445.4文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）09-0060-03

0 引言

鋼箱梁施工技術已經成為橋梁工程不可缺少的組成部分[1]，減小鋼箱梁安裝后實際線形和設計線形之間的偏差則是鋼箱梁施工控制的主要因素。偏差較小時，所產生預應力較低，橋梁安全系數較高，因此，對于偏差的控制至關重要[2]。

1 工程概況

沙坪河大橋的主橋采用300 m四跨的連續鋼箱梁，主橋長300 m，引橋長227.6 m，全橋全長527.6 m。大橋圓曲線半徑是570 m，在大橋主墩墩頂2 m的地段，鋼箱梁的高度是4 m，當位于墩頂43 m區域時，鋼箱梁高度逐漸變為2.3 m，其他區域的鋼箱梁均高為2.3 m。鋼箱梁的寬度是17.25 m，箱體的寬度是5.4 m，鋼箱梁底部梁高與中跨的直徑比是1∶32，中部梁高與中跨直徑比是1∶40。

2 吊裝施工方案概述

將鋼箱梁大節段從工廠用運輸船移送到大橋的指定取梁區，提前準備好液壓小車和200 t以上的浮吊起吊。浮吊的詳細參數見表1。浮吊吊著鋼箱梁依靠自身動力駛向轉運平臺進行二次轉運，將轉運平臺軌道上的液壓小車鋼箱梁設置在鋼箱梁的兩端的第一檔橫隔板與外腹板交匯的位置，利用180 t龍門吊將鋼箱梁的首跨吊裝到橋墩墩頂支座上面的調節位置處，中跨和尾跨吊裝到首跨的懸臂端，另一端也置于墩頂支座上面的調節位置處，將首跨、中跨和尾跨分別精準地調整到指定位置后，開始對鋼箱梁相鄰階段進行焊接，當焊接部位通過審核驗收后，開始下一梁段的施工[3]。

作為主要構件之一的鋼箱梁，在限位操作期間需依托特定的支座才能實現穩固的支撐作用。在結束第一節大段的安裝作業后，施工人員需將用于支撐的臨時墩依照縱、橫的連接方式加以固定。對于永久性支座的安裝也需提前利用吊車將其放置在墩頂的支座上方，同時將用于固定的地腳螺栓構件嵌入之前的預留孔內，并采取雙頭螺柱的安裝工作，降低鋼箱梁對雙頭螺柱的前期損傷[4]。上述操作期間，墊石后的澆層處于未施工的狀態，且支座的頂面要低于實際梁底低約4.5 cm，對箱梁安裝作業影響不大。

3 吊裝階段線形控制分析

橋梁現場施工要比工廠制作環節的施工環境復雜得多，而且大部分復雜因素都是臨時不可控的，而相較于陸地施工，海上施工的難度更大，可采用的措施和施工借助的工具都比較有限，所以為了達到減小實際線形和設計線形之間的偏差，就非常有必要對事先可能出現誤差的施工環節進行嚴格控制。例如在鋼箱梁吊裝過程中可能影響偏差的施工溫度、承受荷載的能力、工廠制造時產生的誤差等因素。

3.1 制造線形誤差對大節段接縫的影響

大節段的誤差分為制造階段的誤差和施工階段的誤差。前一種誤差是橋梁線形的一部分，不影響整體線形，后一種誤差屬于施工誤差。

第一種情況：接縫的兩個節段高低相同，這種情況一般無需人為強制將實際高低值調整為理論高低值，由于接縫處可以正常通暢焊接，且將理論值與誤差值控制在上下浮動10 mm時，不影響其他線形，對橋梁的整體線形也不會有太大的影響。

第二種情況：接縫處的兩個橋梁節段高低不一致，一個高一個低。此時接縫不能正常焊接，如果是接縫處部分區域高低不一，可以用碼板進行找平；若接縫處某些部位高低不平，可使用碼板找平；但是，若整個接縫處不一致時，則不能使用碼板找平，此時通常通過轉動后一節段的支座來調節找平。但是，轉動后一節段的支座會影響下面接縫處的標高。調節支座后造成的標高變化與支座和接縫距離是成正比的，一般情況下的比例是87∶23，當對支座進行轉動調整時會形成連續的誤差疊加，若加上在工廠制作時形成的誤差，最終就會形成較大誤差，甚至超過設計可接受最大范圍。

例如第二種情況，當接縫處大節段前端比標高低5 mm，而后端則高5 mm，則此時誤差為10 mm，為了使接縫能順利焊接，此時應采用調節支座的方式將后端降低10 mm，則線形變化如圖1所示。

從圖1可以看出，當接縫處前后兩端產生不一樣的偏差時，需要對后一段進行高低調整，這種調整會使后一段的線形產生較大變化。因此，鋼箱梁節段進行安裝的過程中，必須按照設計標高盡可能地將大節段高低調整一致，使接縫兩端的高低誤差降到最小。

3.2 臨時荷載的影響

以下著重分析了接縫處受到的作用力，由于橋梁受到的臨時作用力主要來自吊裝機械、接縫處施工設施等臨時機械及其他暫時堆放的物品引起的荷載作用力，吊裝機械可供施工設計時精確預估和嚴格按施工要求管理，但接縫處所使用的有關機械設施通常都是按現場施工的需要而臨時安裝的，因此設計時很難做到精確預判。

同時滿足按照設計要求嚴格進行鋼箱梁節段制造、在箱梁節段組裝過程中時刻保持鋼箱梁的彈性連續性兩個條件的情況下，以便臨時承受力產生的變化不影響整體橋梁狀態。其中，彈性連續性的判定標準是對鋼箱梁節段的傾斜角度和箱梁前后段高低的差額進行測量。因為當接縫處承受力的位置和強弱變化時，會影響理論狀態下的橋梁線形，所以，為了保證橋梁整體線形與目標線形值的最小誤差，要按照實際安裝時的線形與彈性連續曲線線形進行比較，在改變臨時承受力情況下，對實際安裝線形不斷進行修正調整，從而保證最終的橋梁施工質量。在不變化受力位置的情況下將接縫處承受力加大20 t時，接縫處前后端箱梁的標高和理論值之間的差額如圖2～3所示。

從圖2～3可以看出，接縫處臨時承受力的變化對箱梁線形的理論值產生一定的影響。因此，在接縫處應控制好臨時承受力，以減小與設計線形值的偏差。在因接縫處承受力而出現線形誤差情況下，應在箱梁安裝過程中恰當地調整線形，以使整體線形達到最佳狀態。

3.3 溫度的影響

影響橋梁線形的另外一個因素就是溫度，通常將溫度對橋梁線形變化影響統稱為系統溫度和底板梯度溫度影響。由于橋梁工程的施工較復雜且工程量較大，所以時間跨度相對就會較長，這就導致橋梁的各種結構會受周圍環境，特別是溫度的影響而發生變形或其他變化。影響橋梁整體變化的溫度主要可以歸納為日照溫度、突然降溫溫度和季節溫度變化三種。溫度對整體橋梁線形影響的原理是橋梁不同結構構件中都會受到溫度的影響發生熱傳導現象，進而會使得橋梁構件在長時間受熱發生變化的情況下，構件自身也發生變化，從而影響橋梁的整體線形。

3.3.1 溫度對線形影響分析結果

沙坪河大橋在實際施工過程中花費了較長時間，各個階段最終連接時間處在不同的季節。具體施工地的溫度參數如下：最冷月份的溫度是14.8～16.0 ℃，最熱月份的溫度是28.4～28.7 ℃，全年平均溫度是22.4～23 ℃，最高時的溫度是38.9 ℃，最低時的溫度是零下1.8 ℃。日照時的最大溫差是34～40 ℃，夜間凌晨的溫差會降到2～3 ℃，溫差越大，對箱梁線形的影響也就越大，也就越不利于箱梁節段的連接合龍施工。下面該文就基于Midas有限元軟件，采用有限元法對溫度影響進行計算分析，從而為具體施工提供可借鑒經驗。

3.3.2 溫度對過程線形影響

影響箱梁線形的主要因素是頂底板的溫差，而系統溫度幾乎對橋梁整體線形沒有影響。前后大節段處于簡易支護狀態未焊接時，此時當頂底板的溫度差額在10 ℃時，箱梁線形的變化曲線如圖4所示。

這時候對前后大節段箱梁進行焊接時，焊接后的箱梁便成了兩端懸空的連續箱梁結構，在這個時候如果將頂底板的溫差降為零時，焊接后的連續箱梁結構就產生了?10 ℃的溫差。這個時候橋梁的線形變化曲線如圖5所示。

將圖4和圖5對比就可以得知，對箱梁前后節段進行焊接的前后時間段，頂底板的溫差是相同的，但是最后對橋梁線形產生的變化卻是不同的。變化不同的根本原因在于前者是作用在簡易支護結構上的，后者是作用在連續箱梁結構上的，焊接前后的溫差不能相互完全抵消掉，未抵消部分溫差的變形曲線如圖6所示。

因為不能抵消部分的溫差引起的箱梁變形是不可逆的，因此，如果在頂底板有溫差的情況下對其進行焊接，線形就會產生偏差。由圖5可知，當頂底板溫差是10 ℃時，箱梁線形偏差最大可以達到40 mm，已超出了設計要求。為了保證箱梁整體線形的偏差，需要施工人員在頂底板溫差最小時再進行焊接施工，通常情況下是22：00—7：00施工焊接最為適宜。

3.3.3 溫度對成橋線形影響

當橋梁全部連接合龍后，頂底板的溫差還會對橋梁的整體線形產生變化。當頂底板溫差是10 ℃時，橋梁線形變化的最大值是15 mm，頂底板溫差對橋梁整體線形產生了一定的變化。因此，在具體橋梁焊接施工時，一定要選擇在頂底板溫差最小的時間段對箱梁進行調整焊接合龍，最大限度地減少溫差對橋梁整體線形的影響，從何保證橋梁的整體施工質量。通常情況下，凌晨時間段是最適宜對接合龍焊接的，這時候的頂底板溫差最小，對箱梁整體線形的影響也是最小的。

4 結語

綜上，安裝線形的控制工作作為各鋼箱梁安全匹配的關鍵環節，在校對和調整期間需重點注意，以確保成橋后的主梁線形處于穩固及安全的狀態。該文依托某大橋工程案例背景，重點對其鋼箱梁作業展開詳細的分析及探討，在線形控制方面給出專業的意見和建議，旨在提升該大橋工程的施工質量。

參考文獻

[1]呂雨， 謝蘭敏. 淺談鋼箱梁施工的線形控制技術[J]. 安徽建筑， 2009（6）： 45-46.

[2]胡廣瑞. 大型公路鋼箱梁整體拼裝制造線形和尺寸的控制[J]. 鋼結構， 2006（5）： 74-75+84.

[3]龔政. 橢圓形人行天橋鋼箱梁分段吊裝定位技術研究[J]. 建筑機械化， 2021（2）： 90-91.

[4]芶潔. 連續曲線鋼箱梁及鋼混組合梁頂推施工監控技術[J]. 山西建筑， 2020（8）： 236-239.