中国铁建港航局集团有限公司 广东省番禺市 511440
摘要：近年，随着我国交通事业的高速发展，互通立交和跨线桥梁工程已是普及存在形式，而怎样在跨线施工中，采取合适的设计与施工，减少采取施工全封闭带来的交通瓶颈，既不影响现有道路车辆的正常通行，又能保证桥梁工程的正常施工。钢箱梁因其刚度大、跨度大；抗风稳定性能好、自重轻、承载能力强；工厂制造质量易于保证、制造和安装工期短等优点，而被广泛应用于跨线工程中。本文结合工程实例，对钢箱梁的预制与安装施工进行简要的分析。
关键词：钢箱梁；节段预制；临时支墩；吊装组拼
1 工程概况
成都经济区环线高速公路禾丰枢纽互通，DK0+565匝道跨线桥桥梁起点桩号DK0+452，终点桩号为DK0+678。桥跨组成为：3×20+（35+50+35）+2×20m，桥梁全长220m，桥宽为10.5m。其中第一、三联为预应力混凝土现浇连续箱梁，第二联为钢箱梁，下部桥墩采用双柱式桥墩，桥台采用肋板台，基础采用钻孔灌注桩基础。
钢箱梁平面位于缓和曲线和R=100m的圆曲线上，起点桩号为DK0+515至DK0+635，全长共计120m。钢箱梁为单箱三室结构，重774t，横桥向顶面为5%横坡，底面保持水平，如图1所示。
图1 钢箱梁标准横截面示意图
2 钢箱梁施工方案
根据钢箱梁的结构特点及工期要求，钢箱梁采取工厂预制，现场组装的方式施工。钢箱梁采用正规工厂分节段预制，制作前由厂家制定工艺文件，经审批合格后执行制作。制作完成后进行试拼，对误差较大的零部件需进行纠偏制作或更换，试拼合格后再分节、分段运输到施工现场。桥位现场搭设临时支墩并铺设施工支架，利用履带吊分段吊装架设就位后进行拼装、焊接、涂装施工。原则上钢结构梁的施工应待其道口两端的预应力混凝土连续箱梁施工完毕后再施工，以便施工道口钢梁时穿线车辆绕行，保证交通运输通畅。
3钢箱梁的节段预制
3.1 零件下料及加工
放样和号料应严格按图纸和工艺要求进行，对于形状复杂的零、部件，在图中不易确定的尺寸，通过放样校对后确定。主要零部件原则上采用气割切割，并优先采用精密切割、数控自动切割。手工切割只用于次要零件或手工切割后还须再行加工的零件。U肋成型主要采取冷弯成型，其基本成型流程：下料→坡口制备→U肋成型。
3.2 钢箱梁单元件预制
钢箱梁节段主要由顶、底、腹、横隔板等单元组成，由于钢箱梁平面、竖向FDT线形为曲线，顶板单元和横隔板单元可以预先制作成单元件，底板单元、腹板单元均在组拼胎架上散装成型。
⑴顶板单元预制：顶板下料→U肋对接→划U肋组装线→U肋组装→顶板单元焊接→顶板单元校正（火焰加热方式）→顶板单元尺寸检查及二次号割划线。
⑵横隔板单元预制：下料→人孔圈成型→横隔板单元组装→焊接→板单元件校正→单元件尺寸检查。
⑶翼缘横隔板单元预制：零件下料→组装→焊接及检查→焊接→单元件尺寸检查。
3.3钢箱梁节段组拼
3.3.1 钢箱梁节段组拼胎架搭建
为确保箱梁制造时与成桥状态一致，胎架纵向和横向均按照桥位状态设置纵坡和横坡。根据梁段的重量、结构形式、外形轮廓、梁段制作预变形、设计线型及钢箱梁转运等因素对胎架进行设计和制作，确保胎架结构有足够的刚度，满足承载钢箱梁及施工荷载的要求，确保不随梁段拼装重量的增加而变形。
胎架主要由上横梁、纵联、立柱及定位支撑等组成，胎架立柱与拼装场地面采用膨胀螺栓固结，基本结构如图3、图4所示。
图3 组拼胎架立面示意图 图4 组拼胎架横向示意图
3.3.2 钢箱梁节段组拼流程
钢箱梁采用正装法，以胎架为建造平台，以底板外表面为建造基面进行匹配式组拼，基本流程如下：
⑴底板定位：采用全站仪放出是胎架的中轴线，然后以中轴线为基准分别放出底板四周的定位点。
⑵铺装底板：按照放样位置线分别进行底板拼接。注意，底板边线必须与放样点重合，且位置铺装到位后需将其与胎架点焊固定。
⑶组装底板T型肋：T型肋预先按照平面形进行预制，然后根据放样位置线从一端往另外一端依次点焊固定，焊接顺序：从中间往两侧依次对称焊接T肋与底板的角焊缝。
⑷组装中室横隔板单元：采用全站仪以胎架的纵横基准线进行横隔板位置线放样，然后根据划线位置分别组装横隔板单元，组装时需保证横隔板处于铅垂状态。如图5所示。
图7 边室横隔板组装示意图
⑺组装侧腹板及腹板加劲肋，如图8所示。
图10 顶板组装示意图
3.3.2钢箱梁节段预拼
⑴钢箱梁节段在设有拱度值的制作胎架上进行匹配制造。组装时，相邻梁段相对位置与成桥时空间相对位置一致，因此，梁段预拼主要是检查匹配相邻梁段之间的端口及整体线型，避免工地装焊时梁段间出现大间隙和大错边量，使工地装焊工作顺利进行。制作梁段与预制梁段的预拼不仅要检查间隙、调整错边量，还需匹配端口尺寸，进行必要的修正和调整。
⑵匹配件的安装
梁段预拼时已确定了相邻梁段的相对位置，此时，将相邻两梁段的匹配件按图纸规定的位置成对安装在焊缝两侧，先定位、焊接一侧的构件，再定位焊接另一侧的构件，在高空吊装时只要将匹配件定位连接，即可恢复到预拼装状态。
⑶钢箱梁附件安装
在梁段预拼后划出临时吊点等构件的安装线，并对线定位装焊。工地接头处的嵌补件暂不安装。
⑷梁段标记、标识的制作
梁段预拼装检测合格后，采用经纬仪，钢带等仪器工具，按工艺要求绘制梁段纵向定位线、端口横向检查线及梁段桥上吊装标高测量点等各类标记，以便梁段在存放、吊装过程中易于辨别。
3.3.3钢箱梁节段涂装
钢箱梁产品涂装前，清除表面焊渣、油污等，除锈等级应符合设计规定；油漆喷涂采用高压无气喷涂设备或空气喷枪进行喷涂，局部补涂采用手工滚刷；除末道面漆外，其他涂层的油漆均在节段预制完成后进行；底漆、中间漆涂层的最长暴露时间不应超过7d，两道面漆的涂装间隔也不宜超过7d。若两道面漆的涂装间隔超过7d时，应先用细砂纸将涂层表面打磨成细微毛面，然后再涂装后一道面漆。
3.3.4钢箱梁临时存放
检验合格的节段块转入专用存放场地存放，存放场地基础具有足够的强度，满足存放承载要求；根据节段块重量、大小等不同，分别设置临时支敦进行支撑，支撑位置必须设置在有加强筋或有腹板的位置，防止构件因自重而产生变形；梁段的U形肋端口应封闭，防止水和杂物进入U肋内部。如图11所示。
图11 临时存放施工图片
4 钢箱梁施工安装
4.1 临时支墩安装
钢箱梁安装临时支墩采用φ273mm，δ=10mm（立柱）、φ219mm，δ=6mm（横撑、斜撑）的钢管和HM294*200mm的型钢（横梁）焊接而成，支架下方与混凝土基础刚性连接。全桥共计设置6个临时安装临时支墩，过程中采用16t汽车吊协助进行临时支墩搭建。基本结构如图12所示。
图12 钢箱梁安装临时支墩结构示意图
4.2安装准备
钢箱梁吊装之前，需提前对使用的仪器及测量工具按照国家相关规定送计量部门的校验，经校验合格后方可使用；复测现有桥墩的标高，做好复查记录；对所有人员进行三级安全教育，并通过安全技术交底及吊装技术交底；吊装前，对吊装工件进行复检，将能在地面处理的工作量全部处理完毕。经过确认后方可吊装，减少空中施工的难度；检查各起重吊具的性能并确保其处于良好状态，正式吊装前应先试吊，检测吊车的性能状态，确保安全起吊。
4.3 钢箱梁吊装
4.3.1 吊装施工（以L1A节段为例）
⑴钢箱梁运输至现场后，采用履带吊进行卸货及将悬臂挑梁与箱体组装成L1A吊装单元，如图13所示。
图13 L1A吊装单元结构图
⑵履带吊从吊装单元组拼位置直接吊起，然后旋转180度至安装位置。如图14所示。
图14 L1A节段吊装立面示意图
⑶按照此种吊装方法依次完成其他节段钢箱梁的架设。
⑷因钢箱梁平面弯曲半径较小，当外侧钢箱梁安装完毕后，其重心偏外，在梁体定完位置后，需在悬臂挑梁位置增加临时支撑，防止梁体侧翻，如图15所示。
图15 悬臂挑梁位置增加临时支撑示意图
4.4 现场焊接质量控制
⑴焊前检查
定位焊结束正式焊接前，应对分段钢箱梁对接节点处的间隙、错边量、三维坐标进行检查，并做好相关的记录确认工作，确认合格后方可进行正式焊接。
⑵焊接
匝道梁顶板对接焊缝采用CO2气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面的焊接方法外，焊缝返修时当返修长度较短（小于400mm）时采用手工电弧焊进行焊接。
⑶焊接顺序
合理的焊接顺序和焊接方向对于预防焊接变形和减小焊接应力非常重要，因此本工程所有焊缝施焊时应遵循对称、均匀、同步、先长后短的原则进行。
a.钢箱梁在桥位梁既有顺桥向分段，又有横桥向分块，为了最大程度的减小焊接应力，控制焊接变形，应遵循先施焊纵向分段内的纵缝将横桥向分块连接形成纵向节段，再施焊纵向分段间的横桥向焊缝将顺桥向分段连接形成架设节段。同时，要求节段纵横焊缝的施焊相对于分段（块）间的匹配拼装滞后1—2个节段，以确保梁段间的整体匹配性。
b.整节段梁的焊接主要有顶板、底板纵向（顺桥向）对接，横隔板对接及横隔板与腹板T型角接。焊接时先同时同向焊接顶板、底板对接焊缝，再焊横隔板对接焊缝或横隔板与腹板的T型角接焊缝。
c.整节段梁吊装到位后，钢箱梁架设节段之间的环缝施焊可按照节段间环缝形成的顺序依次施工，待各联钢梁环缝施焊完毕再拆除各临时支架，完成钢梁的体系转换达到成桥使用状态。每条环缝（横桥向对接焊缝）焊接顺序相同。具体如下：向上立焊直腹板对接焊缝；向上立焊斜腹板对接焊缝；从中间往两边焊接顶板、底板对接焊缝。
以上焊缝探伤合格后拼装焊接U肋嵌补段及球扁钢嵌补段。可多点同时焊接，先焊对接焊缝，再焊其与顶、底、腹板的T型角接焊缝。
⑷焊接多层多道焊。
a.多层多道焊的接头应错开，每层焊道的高度在4-5mm之间；
b.每道每层之间要求严格清渣，自检前层前道焊缝无裂纹等缺陷后，方可进行下道下层的焊接，直至焊接完成；
c.每层每道宜连续施焊。
⑸焊后打磨
焊接结束后应将焊缝表面打磨平整。焊缝的打磨方向应与焊缝受力方向一致，余高应光滑过渡到母材表面，过渡区焊缝边缘不得有咬边。
⑹焊接检验
焊接完毕，应按自检、互检、专检程序进行检验。
所有焊缝都必须在冷却后在全长范围内进行外观检查，并做好检查记录。焊缝外观检验合格，并待焊缝冷却至室温24小时后进行无损检测。具体检测方法和检测范围按焊接工艺执行。对经超声波探伤检验不合格者，必须对该梁上的同类焊缝全部进行探伤检查。并对有超标缺陷的焊缝进行返修，返修部位仍需进行100％的无损探伤，且符合相关规定。
⑺焊缝返修
a.外观缺陷：焊缝焊瘤、凹陷、弧坑等表面缺陷，应使用打磨、碳刨等有效方法进行清除后补焊；
b.内部缺陷：经检测的现场焊缝需返修时应按《铁路钢桥制造规范》的有关规定进行返修；
c.焊缝缺陷较长（L＞400mm）时，采用CO2气体保护焊或埋弧自动焊按原工艺参数进行焊接。焊缝缺陷较短（L≤400mm）时，采用手工电弧焊焊接之后用砂轮打磨匀顺；
d.返修前应认真确定返修的范围，焊缝返修次数不宜超过两次。
5 小结
钢箱梁节段精确的单元预制制作和现场正确的轴线安放是保证钢箱梁安装精确的前提；合格的原材料质量和焊接质量是保证成品制作质量的关键；可靠的钢结构临时支撑体系是保证钢箱梁成型后线形及标高要求的重要措施，在施工过程中必须对其进行专项设计验算，并在过程中也要加强沉降监测。该项目通过合理的施工组织，安全可靠的施工工艺控制，有力的质量、安全保证措施，成功地完成了钢箱梁施工，也验证了本工程钢箱梁安装方法及控制措施的可行性，可供同类型钢箱梁施工提供借鉴。
论文作者:朱珊英
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/24
标签：横隔论文; 顶板论文; 腹板论文; 底板论文; 单元论文; 位置论文; 如图论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;