高速公路改擴建中 65m 鋼箱梁跨河安裝關鍵施工技術研究

中圖分類號：U445 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）24-0178-04

Abstract：Duringthereconstructionandexpansion processof highways，whenbuildinganew bridge tomettraficneedsin navigablewaters，itisnecessarytotakeintoaccountnavigationsafetyandthestructuralstabilityanddurabilityoftheewly builtbridge，whichundoubtedlyfacesmanytechnical problemsandchalenges.Thispapertakestheprojectofanew65-meter steelboxgirdercrossingnavigablewatersinthereconstructionandexpansionprojectofafour-lanetoeight-lanehighwayin Hunanasanexample，anddeplyanalyzeskeylinkssuchasbeam design，segmentsegmentation，hoisting，welding，and painting，andsummarizesasetofconstructiontechnologiesandtechnicalpointssuitablefornewstelboxgirdersinhighway reconstructionandexpansionprojects.Thisachievementcanprovidepracticalexperienceandtechnicalreferenceforsimilar highway bridge reconstruction and expansion projects in the future.

Keywords：highwayreconstructionandexpansion;stelboxgider;constructiontechology;technicalpoint;constructioncholgy

在橋梁施工領域中采用鋼箱梁結構，國內外學者和工程技術人員已進行了大量研究與實踐。黃育凡等研究分析了鋼箱梁的結構體系和構造形式；權攀等2詳細分析了簡支鋼箱梁橋結構設計和施工的全過程；望遠福以最大跨度 65m 的鋼箱梁吊耳為研究對象，為鋼箱梁吊裝施工提供參考；呂銀花4結合現場施工需要，研究了單孔跨徑 66m 簡支鋼箱梁橋上跨結構設計理論。這些都給我們提供了很好的參考，但在高速公路改擴建工程中本文以湖南省一個四車道改八車道擴容工程為依托，深入研究鋼箱梁的設計與施工技術，包括鋼箱梁的設計與節段劃分、現場吊裝順序與吊具計算、梁體就位及微調、在現場焊接和涂裝等，旨在為類似工程提供實用的指導和借鑒

1 工程概況

本項目位于湖南省株洲醴陵市境內，整體式路基寬度調整為 41m ，分離式路基寬度調整為 20.5m ，設計時速 100km/h ，計劃拆除重建橋梁1座，鑒于橋高主要受地方道路凈高與設計洪水位的制約，跨徑則主要受防洪和通航條件的限制，故而采用拆一聯拼一聯的方案，拆除既有橋梁跨河的第一聯，跨河橋跨采用 65m 鋼箱梁，以滿足VII級通航標準和高速等級要求。鋼箱梁采用“槽型鋼箱梁 預制混凝土橋面板”的組合結構，橫向布置左幅4片、右幅5片，鋼箱梁工程總量約 1594t ，材質采用 Q345qD 。

依據項目要求和設計規劃，鋼箱梁主要施工步驟如下：槽型鋼梁在鋼結構制造工廠加工成若干節段，通過半掛車運輸至現場的橋位，采用吊裝設備架設鋼梁節段，鋼梁節段間的頂板、底板及腹板采用現場焊接；箱體之間的橫向聯系梁采用焊接工字梁，腹板采用高強螺栓現場連接，翼緣板采用焊接；鋼梁形成連續結構后，吊裝預制橋面板，澆筑群釘孔混凝土及橫向濕接縫，待混凝土達到設計強度后，拆除臨時支墩，進而形成完整的橋梁結構。

2鋼箱梁關鍵施工技術

2.1 鋼箱梁的設計與節段劃分

槽型鋼箱梁主要由上翼緣板、腹板、底板、橫隔板及相應的橫向聯系一級縱橫向加勁肋等組成。本項目鋼混組合梁合計高度為 3m ，高跨比為1/21.1，其中鋼梁高 2.6m ，橋面板高 0.25m ，在鋼梁上翼緣腋腳處增設至 0.4m^[5] ;縱向每隔 4m 設置1道橫隔板，每2道橫隔板的間距設置1道鋼槽梁間橫向聯系，在橋位現場通過高強螺栓連接，支點采用鋼結構橫梁。腹板中心間距為 2.4m ，上翼緣板寬度為 0.6m ，底板除支座位置附近加寬外標準段寬度為 2.5m 。上翼緣鋼板水平，底板設置 2% 橫坡。鋼梁上翼緣板為外表面平齊，腹板為中心對齊，底板為外表面平齊。

本項目鋼梁節段劃分主要根據橋位處實際交通情況，綜合考慮制作能力、吊裝能力以及運輸通行能力等因素，采用縱向劃分節段、橫向按單箱分塊；分段寬度不超過 3.5m ，分段長度不超過 22m ，分段噸位不超過 40t ；各片主梁沿全橋長度方向設置5個梁段，鋼梁節段劃分為A類（2個節段）B類（2個節段）C類（1個節段）共3種類型，節段長度分別為11.57、10.65，20.4m ，如圖1所示。

圖1鋼箱梁分段示意圖

2.2鋼箱梁的現場吊裝順序與吊具計算

2.2.1 吊裝順序

本項目采用20.4、17.5和 13m 半掛車將鋼箱梁節段運輸至橋位，采用一臺 400t 汽車吊單機進行吊裝作業。參考圖2鋼箱梁平面布置，主線橋左幅從跨中 3^# 節段分別向 2^# 和 1^# 方向吊裝，橫向為每個節段分別從 1^# 箱至 4^# 箱依次吊裝；主線橋右幅從跨中 3^# 節段分別向 2^# 墩和 1^# 墩方向吊裝，橫向為每個節段分別從 1^# 箱至 5^* 箱依次吊裝，均不設置合龍段。

2.2.2 吊具計算

1）吊裝鋼絲繩計算。設置起吊點4個，根據鋼絲繩允許拉力計算公式 S=P/K ，參考JGJ276—2012《建筑施工起重吊裝工程安全技術規范》，選擇使用安全系數 K=10 的鋼絲繩作吊索，吊點采用對稱布置，鋼絲繩與水平夾角按 60^° 考慮，按照最重節段重量計算受力分析如下。

本項目鋼箱梁的吊重小于 40t ，根據直角坐標系方程

，G=Ly=40t

單根鋼絲繩需要承受的拉力 L= 重量 Ly÷ 角度sin60°×9.8AA 吊點 4=40÷0.866×9.8÷4=113kN≈11.5to （2號

本項目綜合安全系數取10倍，則最小破斷拉力為 1130kN 。

根據設計手冊，項目選用抗拉強度為 1870MPa ，直徑和股數為 φ44mm-6mm×37 的纖維芯鋼絲繩，其破斷拉力可以達到 1190kN ，所以能滿足本項目的節段吊裝的使用要求。

2）吊耳的受力計算。根據構件重心的位置，每個節段設置4個吊耳。長度方向布置在梁段兩側各三分之一且下部有橫隔板的位置，寬度方向布置在距離板邊 200mm 以上下部有腹板這種堅固結構的位置，示意圖如圖3所示。

圖2鋼箱梁平面布置圖

圖3吊耳布設圖

吊耳焊縫強度校核：對于吊重小于等于 40t 的鋼箱梁，考慮現場的各種不利因素，在2根鋼絲繩受力的情況下，單個吊耳承受的力就是 11.5×2=23t，P=23t 角焊縫高度 h_f 取值 10mm ，現場焊縫長度為 50mm 。

f_f^′′=160MPa，

式中： N 為吊耳焊縫所承受的拉力， N=kP ，變載荷分項系數 k 取值為1.4倍，單位為N;角焊縫寬度為 h_e 角焊縫取0.7倍 h_f ，單位為 mm ;角焊縫長度為 l_w ，取焊縫長度減去 10mm ，單位為 mm 。

那么，焊縫承受的強度為 =1.4×23×9800/[0.7×10× （500-2×10）]=93.9MPa ，小于理論的承受極限 160MPa 所以焊縫強度滿足要求。

2.3 鋼箱梁的定位技術

2.3.1 鋼箱梁粗定位

啟動汽車吊，使鋼梁節段緩緩升起，當鋼梁節段離開地面 30cm 時，暫停提升，現場施工人員全面檢查塊體姿態，確認吊裝安全后，繼續作業使本節段塊體就位，若各向就位坐標偏差在 4cm 以內，滿足粗定位要求。

2.3.2 鋼箱梁精確定位

快速并且準確地設置碼板，安裝千斤頂和手拉葫蘆。施工人員分工協作，一組操作千斤頂實現梁段橫向移動（圖4），另一組操作手拉葫蘆實現梁段縱向移動（圖5），通過精準控制，逐步調整梁段位置，直至達到精度數據的要求。

圖4橫向調節照片

圖5縱向調節照片

2.4鋼箱梁的焊接工藝

2.4.1 鋼箱梁橋位塊體縱向拼接制作焊接順序

底面貼胎或置于支座上，焊接隔板間對接焊縫 $$ 焊接底板間對接焊縫 $$ 焊接塊體拼接口處隔板與底板間焊縫（包括隔板與肋間焊縫）。

2.4.2 鋼箱梁橋位環口拼接制作焊接順序

將節段置于支座上，焊接腹板間對接焊縫 $$ 焊接邊腹板間對接焊縫 $$ 焊接底板間對接焊縫 $$ 組裝側板扁鋼嵌補件，焊接側板扁鋼嵌補對接焊縫。

注：由于環口位置，翼、底板對接縫錯位布置，故存在一段腹板與翼、底板間焊縫需在橋位進行焊接，這些焊縫可在相應的腹板環口對接焊縫焊接完畢后緊接著進行焊接。

2.4.3 鋼箱梁節段橋位的焊接工藝

1）焊接工藝。焊接過程中采用有限元模型（圖6、圖7），計算不同位置的焊接殘余應力和殘余變形，并與現場測試的焊接殘余應力和殘余變形對比分析，確認焊接的方式、材料設備和環境控制等焊接工藝參數。最終形成現場焊接精細化施工技術操作規程，依此規程指導焊工焊接，充分解決裂紋、未熔合、焊瘤和夾渣等質量通病。

2）焊縫檢測。焊接過程中，利用ABAQUS有限元軟件（圖8）模擬交接處的熱切割和焊接過程，計算不同位置的焊接殘余應力和殘余變形，解決焊接殘余變形、焊接裂紋、焊瘤和夾渣等質量通病。

2.5 鋼箱梁的現場涂裝

在進行現場鋼梁面漆涂裝前，需先將全橋涂層銹蝕及破損部位修補完成。施工時采用高空作業車進行涂裝，采用無氣噴涂方式進行噴涂作業，噴涂參數參照圖9，噴涂角度 80^°～90^° ，噴槍移動保持垂直，2槍間距重疊 30%～50% 。涂裝前，要對各條焊縫以及邊角和拐角等部位先進行預涂，確保涂層厚度和均勻性；涂裝完成后，要測干膜厚度，確保滿足要求。

圖9噴涂施工工藝參數說明示意圖

2.6梁體高強螺栓連接工藝

梁與梁之間要采用高強螺栓連接。本項目的高強螺栓施工采用扭矩法，安裝高強螺栓之前，項目施工人員要先在連接的4個角處分別打入一個沖釘，然后沿著板體成梅花形間隔安裝。該過程中不斷地調整梁體間隙和主梁標高和軸線，確認結構位置無誤后逐步更換成高強螺栓，并隨時初擰，初擰扭矩為終擰扭矩值的 60%～70% ，經初擰檢查符合要求后，再進行終擰。終擰用的扳手要經過試驗室的標定后才使用。在每一節點內的高強螺栓全部終擰完成之后，按照以下公式進行扭力檢測。

式中： T_c 為終擰扭矩值， N?m;P_c 為施工預拉力標注值， kN ，見表 1;d 為螺栓公稱直徑， mm;K 為扭矩系數，按試驗數值取。

表1高強度螺栓連接副施工預拉力標準值

2.7 橋面系施工及臨時支架拆除

鋼箱梁施工的橋面系環節，需在預制橋面板吊裝前仔細檢查橋面板的編號，確保其與設計要求一致；檢測混凝土強度，保證其達到設計標準；查看外觀質量，不能有明顯缺陷；起重吊裝機械進場要確保場地平整、查驗人員操作證并交底，汽車吊先試吊，吊裝時保持平穩，就位后檢查質量；鋼筋焊接前清理表面，采用單面搭接焊滿足長度、厚度和寬度要求；濕接縫澆筑前檢查模板、鋼筋等，清理雜物并濕潤側面，澆筑時用插入式振動棒振搗，澆筑后土工布覆蓋灑水養護不少于14d；鋼箱梁落架及支架拆除采用直接分級同步法，從中間向兩側卸載，依據各支撐點結構自重撓度值按比例下降，卸載后拆除支架。

3結論

本研究圍繞高速公路改擴建工程中 65m 鋼箱梁跨河安裝展開，深入剖析了各個關鍵施工技術環節，通過理論分析與實際工程實踐相結合，取得了一系列具有重要價值的成果。

1）在鋼箱梁設計與節段進行科學合理的劃分，要依據實際交通、制作、吊裝及運輸等多方面因素確定，要保障施工的可行性與高效性。

2）現場吊裝順序與吊具計算要精準、詳細，為安全、順利完成鋼箱梁吊裝提供了堅實的數據支撐。

3）在現場焊接和涂裝過程中，要制定詳細且嚴謹的工藝和操作流程，保證焊縫質量和涂層防護效果，有效提升鋼箱梁的結構強度和耐久性。

4）在實際應用中，施工單位應根據具體工程的地質條件、水文狀況、氣候因素以及交通流量等實際情況，靈活且合理地運用這些技術要點，同時不斷優化施工工藝，加強施工過程中的質量控制和安全管理，從而確保高速公路改擴建工程的高質量完成。

展望未來，隨著建筑材料技術、施工機械設備以及數字化技術的不斷發展，高速公路橋梁建設技術必將迎來新的突破。在后續的研究中，可以進一步探索新型材料在鋼箱梁中的應用，研發更加智能化的施工設備和工藝，借助數字化技術實現施工過程的實時監控和精準管理，從而推動高速公路橋梁建設技術朝著更加高效、環保、智能的方向持續發展，為我國交通基礎設施建設事業作出更大的貢獻。

參考文獻：

[1]黃育凡，江越勝，吳慶雄.鋼箱梁半整體橋設計與施工[J].福州大學學報（自然科學版），2018，46（5）：693-699

[2]權攀，劉通.鋼混組合橋梁施工設計與技術案例分析[J].交通科技與管理，2024，5（24）：88-90.

[3]望遠福.大跨度鋼箱梁吊耳結構設計與強度分析[J].建筑機械，2025（1）：245-248.

[4]呂銀花.晉江世紀大道大跨徑簡支鋼箱梁上部結構設計[J].廣東建材，2025，41（1）：60-66.

[5]李凌霄.鋼-混組合橋梁在城市快改項目中的應用[J].工程與建設，2022（5）：276-279.

[6]互聯網文檔資源.楊泗港快速通道鋼箱梁工程安裝施工方案[Z].2019.