分離式鋼箱組合梁安裝施工技術研究

摘要 鋼箱組合梁在跨越既有道路時具備施工占道時間短、施工跨度大等優勢。這種結構節段劃分、臨時支架、地基基礎、起重吊裝、安裝線型、現場安裝焊縫質量等是安裝成敗的關鍵施工技術。文章對上述施工技術的安裝進行深入研究，取得了成功經驗，可為類似鋼箱組合梁安裝質量安全控制提供借鑒。

關鍵詞 鋼箱組合梁；節段劃分；臨時支架；地基基礎；起重吊裝；安裝線型；焊縫質量

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）07-0072-03

0 引言

新建橋梁在上跨現狀道路時可采用預制預應力混凝土小箱梁、預制預應力混凝土T梁、現澆預應力混凝土箱梁、鋼箱混凝土組合梁等方案。由于現澆箱梁現場施工周期長、占道時間長，對現狀交通干擾大，一般在跨越現狀道路設計方案中較少使用。當跨徑小于等于30 m時，采用預制小箱梁或T梁跨越現狀道路相比鋼箱組合梁具備明顯優勢；當跨徑大于30 m小于40 m時，采用預制小箱梁或T梁跨越現狀道路時會受到一定制約，主要是預制梁過長且自重大導致運輸線路較難選擇；當跨徑大于40 m時，采用預制小箱梁或T梁跨越不再具備技術經濟優勢。此時，采用鋼箱混凝土組合梁進行跨越具備明顯的優勢，主要體現在鋼箱組合梁具有自重輕、跨越能力更強、鋼箱可分段制作安裝、橋梁下構施工時可平行制作鋼箱節段等方面。因此，鋼箱組合梁常用于跨度較大的交叉路口。上跨逸仙路跨度達到58 m，因此采用鋼箱組合梁進行跨越。該文深入研究了鋼箱組合梁施工安裝技術，提升了鋼箱組合梁施工質量控制及安全管理水平。

1 鋼箱組合梁工程概況

中開高速上跨逸仙路鋼箱組合梁位于6～7#墩，左幅6、7#墩高分別為16.8 m、17.2 m，右幅6、7#墩高分別為17.3 m、16.9 m，跨徑為58 m、上部結構全寬17.5 m，平面處于半徑R=5 000 m的圓曲線上。主梁采用“槽型鋼主梁+混凝土橋面板”的組合結構，全橋采用三鋼三梁結構，鋼主梁高2.55 m，高跨比約為1/22.75。鋼主梁采用直腹板形式，主要由上翼緣板、腹板、腹板加勁肋、底板、底板加勁肋、橫隔板及橫肋組成。單片鋼主梁腹板中心間距2.9 m。兩片鋼主梁中心間距5.8 m。鋼主梁上翼板寬0.8 m，梁底寬2.9 m，跨中設置124 mm向上預拱，中間部分按二次拋物線變化。

2 鋼箱組合梁構件劃分

鋼箱組合梁構件劃分合理性直接影響到工廠加工安排，運輸線路、運輸設備和吊裝設備的選擇，臨時支撐設計和施工，節段劃分要考慮運輸的合理性、現場安裝的便捷性和結構的安全性。經綜合研究，逸仙路鋼箱組合梁構件劃分單重最重構件為29.41 t，長度達13.54 m，鋼箱組合梁左右兩幅構件總重為847.74 t。采取場內制作，現場拼裝，單榀整體吊裝的方式進行施工。

3 臨時支撐及吊裝基礎設計

3.1 臨時支撐系統受力驗算

采用槽鋼拼裝而成的鋼墩作為臨時支撐系統、槽鋼為18號槽鋼、單個鋼墩平面尺寸為800 mm×800 mm，經計算作用在鋼墩的線荷載為3.28 t/m。計算采用Midas專業結構計算軟件。建模計算過程如下：單元采用梁單元、定義材料屬性為鋼材Q235、定義各材料的截面特性，建立模型單元，賦予材料特性和截面特性；定義邊界條件加一般約束；加節點荷載；運行計算查詢結果。組合應力圖最大應力50.1 MPa＜205 MPa，最大變形為橫梁變形值為0.09 mm＜800÷500=1.6 mm，一階模態臨界荷載系數69.3＞4，所以鋼墩的強度和剛度整體穩定性滿足要求，如圖1所示。

3.2 吊裝地基承載力驗算

鋼箱梁吊裝時采用450 t汽車吊，總重為145 t，鋼箱梁單端最大吊重為75 t，為確保安全靠主臂端的支腿受力按70%計算，吊車單支腿最大承重為77 t。支腿下方墊2 500 mm×2 500 mm×15 mm鋼板，地基承載力簡算為：σ=77×10/（2.5×2.5）=123 kPa。經實際動力觸探試驗，地基承載力為210 kPa，滿足要求。吊裝前應整平支腿處的場地，鋼板平整度應控制在20 mm，若達不到應在鋼板下方攤鋪中粗砂找平壓實，壓實度應大于94%。

4 鋼箱組合梁起重吊裝設備選擇及受力分析

鋼箱組合梁構件運輸到現場后，采用200 t汽車吊在胎架上拼裝，單構件最重為29.41 t，吊裝最大高度為1.5 m。設計左幅拼裝為三榀、右幅拼裝為三榀，單榀最重為146.64 t，吊裝最大高度為17.3 m，采用兩臺450 t汽車吊抬吊。吊車的起重能力、杠桿和抗傾覆，以及吊索、吊耳、卸扣等受力涉及施工安全，直接影響到鋼梁安裝的成敗，為此需進行驗算合格后才能開展吊裝作業。其中，吊車的起重能力、杠桿、抗傾覆驗算方法如下。

4.1 200 t汽車吊起重能力及杠桿驗算

采用200 t汽車吊在胎架上拼裝構件，單構件最重為29.41 t。按最不利工況考慮，吊車起重半徑R=18 m時，查200 t汽車吊性能參數表可知對應的最大起重量為32 t＞Q=29.41 t，起重能力滿足要求。在鋼構件四角分別設置吊點，吊耳縱向間距b=9 m，橫向間距a=2.75 m，鋼絲繩與水平面夾角θ按60°考慮，則吊索高度h4由公式（1）可計算得出：

=8.1 m （1）

吊鉤鉤口至起重臂頂端定滑輪中心的最小距離h取3 m，該段鋼梁吊裝支座表面最大高度h1取1.5 m，安裝間隙h2取0.5 m，綁扎點至構件吊起后底面的距離h3取2.6 m，吊車旋轉中心至起重臂鉸軸的水平距離F取1.5 m，則此時吊臂長可由公式（2）計算得出：

l

（2）

對應的起重臂傾角由公式（3）計算得出：

（3）

吊鉤溝口至起重臂頂端定滑輪中心的最小距離h取3 m，吊索高度h4=8.1 m，則鋼梁頂面吊點中心距起重臂的水平距離計算見公式（4）：

（h+h4）/tan（α）=（3+8.1）/tan（40.4°）=13 m （4）

吊裝鋼構件寬度的一半為3.7/2=1.85 m，因此，吊車不會傾覆，滿足要求。

4.2 450 t汽車吊起重能力及杠桿驗算

吊裝時鋼梁最重節段重量Q1=146.64 t，因兩吊車起重半徑（吊距）均為14 m，故主機的起重量和副機的起重量相等，則單側吊重Q=Q1/2=73.32 t。按照最不利工況，查450 t汽車吊起升參數可知：起重半徑（吊距）R=14 m，臂長l=37 m，起重量為94.6 t。當采用雙機抬吊時單機荷載不得超過額定起重量的80%[1]，450 t汽車吊起重量：94.6 t×0.8=75.68 t，均大于單側吊重，故起重能力滿足要求。吊車杠桿計算原理同上。

4.3 汽車吊抗傾覆驗算

依據《起重吊裝計算及安全技術》為保證汽車吊在吊裝過程中的穩定，需進行抗傾覆驗算。當穩定力矩的代數和大于傾覆力矩的代數和時，認為該吊車是穩定的，在計算中要考慮吊裝穩定性安全系數值K≥1.333。200 t汽車吊抗傾覆驗算如表1所示。

根據穩定性安全系數驗算見公式（5）：

K=Mr/Mov=[G1（l1+a1）+G2a1+G3（l3+a1）]/[（Q1+Q2）（R?a1）+Q3x]=[180×（1+4.25）+150×4.25+700×（3+4.25）]/[（300+5）（18?4.25）+100×4.75]=1.426≥[K]=1.333 （5）

故抗傾覆穩定性滿足要求。450 t汽車吊抗傾覆驗算參考200 t汽車吊抗傾覆驗算方法，驗算結果抗傾覆穩定性滿足要求[2]。

5 鋼箱組合梁安裝線型控制方法

5.1 施工階段的預拱度控制

設計跨中設置124 mm向上預拱，中間部分按二次拋物線變化，預拱度值不含制作拱度和支架墩彈性變形，鋼梁的立面線型應按立面圖中的主梁設計線型與預拱度曲線的疊加曲線，加工和施工安裝時應充分考慮以上因素。槽形鋼主梁成坡原則：鋼梁上翼緣橫坡與橋面橫坡一致，底板保持水平，通過腹板高低不同形成橋面橫坡，梁底增加楔形墊塊調整縱坡。

預拱度值按二次拋物線公式（6）計算：

[3] （6）

具體數值如表2所示，δx——距左支點x的預拱度值，δ設計跨中預拱度124 mm，l——跨長；x——距左支點的距離。

5.2 鋼梁安裝要求

為確保現場安裝精度，構件在工廠組裝好后應進行預拼裝，預拼裝檢查合格后應標注中心線、控制基準點等標識。鋼梁構件預拼裝應按照拼裝施工圖進行，可采用試裝法，合格后方可出廠。預拼裝過程中應檢查拼接處有無相互抵觸情況，焊縫是否影響安裝，如有沖突應立即進行處理。鋼梁吊裝前在臨時支架上按拱度標高放置鋼墊和千斤頂，在橋墩和臨時支架上按箱梁位置劃上縱、橫基準線，在箱梁上同樣劃線，吊裝時按線就位[4]。采用汽車吊將箱梁按預定施工順序和方法吊裝就位，同時測量箱梁標高，利于千斤頂調節因支架墩彈性和非彈性變形以及安裝誤差，直到箱梁標高及平面位置滿足設計要求[5]。鋼梁安裝程序和措施必須保證結構的穩定性并不導致永久性變形。安裝前應按構件明細表核對進場構件，查驗產品合格證及驗收文件。組裝前，進行零部件檢查，連接接觸面和沿焊縫邊緣30～50 mm范圍內的鐵銹、氧化皮、油污水分清除干凈。板材、型材的拼接應在組裝前進行，構件的組裝應在部件組裝、焊接、矯正后進行。鋼梁現場拼裝底面線性與設計線性一致，并注意預拱度的設置。

6 現場安裝焊接質量控制

（1）焊接材料采用與母材相匹配的焊絲、焊劑和手工焊條，符合國家標準的要求。焊縫力學性能不低于母材，所有焊縫均應由持有合格上崗證的焊工進行施焊。

（2）鋼材、焊接材料、焊接接頭形式、焊接方法、焊縫等應進行焊接工藝評定，并根據評定報告確定焊接工藝作為指導生產性文件。

（3）所有不同厚度鋼板的對接焊縫，均需按焊接工藝規程要求在厚板上開坡口。焊接要求采用以埋弧自動焊、氣保焊為主，手工焊為輔。應采用雙數焊工從中間逐漸向外，左右對稱進行，以保證構件自由收縮。

（4）焊接前，應復查焊件接頭質量和焊區的處理情況，當不符合要求時，應經修整合格后方可施焊。焊接時，焊工應嚴格遵守焊接工藝，不得自由施工及在焊道外的母材上引弧。對母材焊道中心線兩側各2倍板厚加30 mm的區域內進行超聲波探傷檢查。母材中不得有裂紋、夾層及分層等缺陷存在，嚴格控制焊接順序，盡可能減小垂直板面方面的約束，根據母材的Ceq（碳當量）和Pcm（焊接裂紋敏感性系數）等參數選擇正確的預熱溫度并記錄和必要的后熱處理。

（5）焊縫外觀檢驗要求焊縫不得有裂紋、未熔合、焊瘤、夾渣、未填滿弧坑及漏焊等缺陷。焊縫出現裂紋時，焊工不得擅自處理，應查明原因確定修補工藝后方可進行處理。焊縫同一位置不得出現二次以上返修，超過二次時，應按返修工藝進行。外觀檢查不合格的構件，在處理并滿足要求之前，不得進入下一道工序。

（6）所有焊縫施焊24 h后，且經外觀檢查合格，都必須進行焊縫無損檢測。無損檢測采用超聲波探傷和射線探傷兩種方法，必須達到各自的質量要求，該焊縫方可認為合格。

（7）在現場采用焊接連接橫梁與主梁，焊接前應復查鋼結構三維尺寸及精度，當橫梁出現誤差較大無法焊接時應聯系生產廠家處理合格后方可焊接。

7 結語

鋼箱組合梁的構件劃分決定了吊裝重量及起重吊裝設備選擇。臨時支撐、地基承載力、吊車及吊裝配件嚴格規范的受力分析驗算是確保安裝箱梁施工安全的關鍵環節。安裝線型控制、現場安裝焊接質量直接影響到成橋質量。該文結合工程實踐對上述施工技術進行了深入分析研究，取得了良好的施工安裝效果，提升了鋼箱組合梁施工技術水平。

參考文獻

[1]建筑施工起重吊裝工程安全技術規范： JGJ 276—2012[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2012.

[2]起重機設計規范： GBT3811—2008[S]. 北京：中國標準出版社， 2008.

[3]周水興， 何兆益， 鄒毅松. 路橋施工計算手冊[M]. 北京：人民交通出版社， 2001.

[4]浙江省交通運輸廳. 橋梁支架安全施工手冊[M]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[5]李勝. 跨G55高速公路分離式立交橋鋼混組合箱梁施工技術[J]. 北方交通， 2017（9）： 10-14.