鋼箱梁分段吊裝及焊接施工技術(shù)

盧漢民

中交第三航務(wù)工程局有限公司 福建廈門 361006

1 工程概況

漳州埔里大橋上跨廈蓉高速施工難度較大，雙幅布置，設(shè)置雙向六車道。第四聯(lián)采用(55+85+45)m鋼箱梁結(jié)構(gòu)，主橋鋼箱梁采用分離式箱梁斷面，單幅橫橋向?qū)挾葹?7．25m，單箱寬度3．0m，箱間橫梁2．72m，懸臂1．4m，梁高2．3～3．5m，由跨中向支點(diǎn)漸變[1]。

2 節(jié)段劃分和吊裝驗(yàn)算分析

2.1 節(jié)段合理劃分

劃分原則：（1）鋼箱梁節(jié)段規(guī)格及重量能滿足運(yùn)輸要求。（2）節(jié)段重量能滿足現(xiàn)場起重能力要求。（3）節(jié)段分塊不可對鋼箱梁結(jié)構(gòu)造成影響，分段線避開隔板500mm以上，分段線頂、底、腹板錯(cuò)開200mm以上。盡可能減少現(xiàn)場焊縫（特別是減少現(xiàn)場熔透焊縫），以保證鋼箱梁質(zhì)量。（4）節(jié)段分塊充分考慮邊跨施工與中跨施工的界限清晰?？s短高速占用周期，以減少施工占道對高速交通的影響。（5）節(jié)段分塊盡可能方便現(xiàn)場安裝，減少現(xiàn)場工作量，以縮短施工周期，盡可能減少對高速交通影響。

遵循以上原則鋼箱梁橫向按3箱、2箱間橫梁、2懸挑段進(jìn)行劃分。縱向按9段進(jìn)行劃分，按順序逐節(jié)進(jìn)行編號，左右幅分段長度按現(xiàn)場實(shí)際適當(dāng)調(diào)整。

本項(xiàng)目鋼箱梁分段后節(jié)段最大長度32．5米，最大寬度4．6米，最大高度3．5米，最大重量約108．408噸，連接段節(jié)段面板單元最大重量11．98噸。

2.2 吊車選型

（1）節(jié)段吊裝最不利工況分析：①500t全地面起重吊車站位，箱室節(jié)段最大重量108．408噸，含吊索、吊具共110．408噸，最大吊裝半徑22米，節(jié)段頂面距地面吊裝高度12米，吊臂長度41米；②按規(guī)定吊車荷載率＜90%。根據(jù)最不利工況數(shù)據(jù)，選用500t全地面起重汽車吊，不利工況時(shí)額定起重量為124噸，吊車起重負(fù)荷率為89%。（2）連接段吊裝最不利工況：①箱梁連接段節(jié)段面板單元最大重量11．98噸，含吊索、吊具共12．98噸，最大吊裝半徑22米，節(jié)段頂面距地面吊裝高度12米，吊臂長度42米；②按規(guī)定吊車荷載率＜90%。根據(jù)最不利工況數(shù)據(jù)，選用130t汽車吊，不利工況時(shí)額定起重量為14．6噸，吊車起重負(fù)荷率為88．9%。故箱梁箱室節(jié)段選用500t全地面起重機(jī)、鋼箱梁連接段選用130t型號汽車吊能滿足吊裝要求。

2.3 吊裝驗(yàn)算

（1）吊車支腿地基承載力計(jì)算

按500t全地面起重機(jī)最不利作業(yè)工況校核：①吊車自重：F1=100t=980KN；②吊車配重：F2=135t=1323KN；③最大梁段重量：F3=108．4t=1062．32KN；④總重：F=F1+F2+F3=3365．32KN；⑤觸地面積：A=20平米（吊車4個(gè)支腿，每個(gè)支腿2米x2．5米墊腿）；⑥ P=1．1F/A=1．1x3365．32/20=185．1kpa（1．1 為 動(dòng) 載 系 數(shù)、P 為 地基承載力）；⑦邊跨吊車站位區(qū)域地面平整夯實(shí)，確保地基承載力＞200kpa。中跨吊車站位高速路面，路面已硬化，承載力＞200kpa。

（2）箱室節(jié)段吊裝驗(yàn)算（500T全地面吊車）：①吊耳強(qiáng)度驗(yàn)算：1．各節(jié)段吊耳設(shè)置4個(gè)，梁段吊點(diǎn)布置在頂板與橫隔板的交叉處并且靠近腹板30cm區(qū)域范圍，吊點(diǎn)的設(shè)置考慮節(jié)段長度的分配及重心位置；2．吊耳制作完成后對幾何尺寸、位置、焊接質(zhì)量、焊縫坡口等進(jìn)行檢查，焊縫進(jìn)行探傷檢測。

經(jīng)驗(yàn)算吊耳強(qiáng)度及焊縫強(qiáng)度符合施工要求。

②鋼絲繩計(jì)算：1．按照最大梁段計(jì)算，最重梁段重108．4t，T=108．4噸，即G=1062320N，共4條鋼絲繩，鋼絲繩長度為16．2m，夾角a≥60°。（S為每根鋼絲拉力）K?。▌?dòng)載系數(shù)1．1；）n為受力鋼絲繩數(shù)量，求所需鋼絲繩破斷力。取安全系數(shù) k=6 Pn=Sk=339695．3×6=2038172．1N，鋼絲繩抗拉強(qiáng)度取σ=1870Mpa 則選用鋼絲繩直徑59mm；2．參照鋼絲繩對照表標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，選用6＊37+1，直徑為φ60mm，抗拉強(qiáng)度為1870Mpa鋼絲繩（鋼絲繩破斷拉力1870kN），滿足吊裝要求。

③卸扣的選用：1．按梁段最大重量108．4t，鋼絲繩夾角60°，每條鋼絲繩受力339．6KN。實(shí)際4條鋼絲繩受力，按3條受力（不利因素）計(jì)算：（339．6KN＊4）/3=542．8KN(亦 452．8KN/9．8=46．2t)；2．參照卸扣參數(shù)規(guī)范選用額定55t規(guī)格卸扣可滿足要求。

3 鋼箱梁吊裝施工技術(shù)

3.1 吊裝工藝流程

3.2 臨時(shí)支架設(shè)置

支架的設(shè)計(jì)要滿足安全施工的需要，高速路面不可占用車道設(shè)置臨時(shí)支架，只考慮在高速路左右兩幅中間綠化隔離帶設(shè)置一組臨時(shí)支架，確保高速公路車輛通行安全，同時(shí)最大程度的保護(hù)高速路面不受損壞。兩個(gè)邊跨的臨時(shí)支架不影響高速通行，按節(jié)段線的位置設(shè)置在兩個(gè)邊跨區(qū)域[2]。

3.3 鋼箱梁吊裝

（1）吊車就位后運(yùn)輸車就位，指揮工指揮吊車將梁段進(jìn)行試吊，將梁段吊離運(yùn)輸車約300mm高度后梁段靜置，檢查各吊具及起重機(jī)是否正常工作，無安全隱患后運(yùn)輸車駛離。

（2）指揮工指揮吊車垂直將梁段起吊至約高于就位點(diǎn)標(biāo)高500mm后吊車主臂緩慢旋轉(zhuǎn)。在施工過程中，相關(guān)工作人員可以事先將梁段綁扎好，然后再配合吊車將其拉動(dòng)，不讓梁段出現(xiàn)太大的晃動(dòng)情況，避免梁段接觸到吊臂。

（3）吊臂回轉(zhuǎn)至安裝位置上空，主臂停止回轉(zhuǎn)，梁段通過繩索穩(wěn)定，指揮工指揮將梁段緩慢落下，使梁段與臨時(shí)拼裝平臺上測定的調(diào)整墊塊接觸后讓吊車維持60%的受力狀態(tài)并保持穩(wěn)定，檢查各支點(diǎn)是否均勻接觸，梁段位置通過經(jīng)緯儀測定中軸線位置，水準(zhǔn)儀測定梁段各點(diǎn)標(biāo)高。位置若有偏差則讓吊車將梁段吊離約10mm位置，通過螺旋千斤頂、撬杠、花籃螺絲等工具調(diào)整梁段位置后梁段再次下落測量，反復(fù)調(diào)整至要求位置后梁段正式落位并用碼板做臨時(shí)固定，待梁段放置穩(wěn)定后吊車方可落索。

（4）以兩個(gè)橋墩間節(jié)段為例，吊車第一次就位，吊裝順序?yàn)橄鹊跹b靠近路線中心線側(cè)的箱梁，復(fù)核箱梁橋面設(shè)計(jì)高程準(zhǔn)備后，在吊裝相鄰挑臂梁段，與前節(jié)段用卡板碼平及點(diǎn)焊牢固，吊裝下一節(jié)箱梁，經(jīng)全站儀檢測合格后，吊裝連接兩節(jié)段箱間橫梁，碼平及焊接牢固后，此時(shí)吊車需要往外側(cè)移位，吊裝下一節(jié)段箱梁，測量橋面位置及高程值是否符合設(shè)計(jì)值，合格后吊裝箱間橫梁，以及最外側(cè)的挑臂梁端，最后檢查各梁段位置坐標(biāo)及高程值。

4 焊接施工方法和技術(shù)措施

4.1 焊接工藝評定

箱梁施工前做好焊接工藝評定報(bào)告，提交業(yè)主或監(jiān)理工程師簽認(rèn)。

4.2 現(xiàn)場主要焊接形式

頂板與頂板、底板與底板、腹板與腹板對接焊縫；頂板和腹板與U型勁T型接焊縫；頂板和底板與加勁焊縫。

4.3 定位焊

分段鋼箱梁定位結(jié)束后，節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行定位焊，糾正錯(cuò)位偏差的位置必須定位焊接，定位焊縫厚度和長度根據(jù)對接處的錯(cuò)邊量決定，通常情況下，應(yīng)該將定位焊縫的長度控制在80mm-100mm之間，將間距控制在400mm-600mm之間，將厚度控制在焊縫設(shè)計(jì)厚度的二分之一以內(nèi)，并在小坡口位置的一側(cè)進(jìn)行焊接。焊接工作應(yīng)該由專業(yè)的焊接工人操作，焊接材料與工藝參數(shù)都應(yīng)該嚴(yán)格按照正式焊接來確定。在焊接之前，首先應(yīng)該對焊區(qū)之內(nèi)的各種雜質(zhì)清理干凈，然后按照定位焊的標(biāo)準(zhǔn)來確定密封帶揭開的長度，其余的地方不要揭開，在結(jié)束了焊接之后，需要對焊縫的外觀進(jìn)行檢查，不可出現(xiàn)夾渣、氣孔等可能會對正式焊縫造成影響的缺陷，起弧和收弧位置的過度應(yīng)該做到平緩，這樣才更加方便接下來的正式焊接。

4.4 焊前檢查

在結(jié)束了定位焊并準(zhǔn)備正式焊接的過程中，首先應(yīng)該檢查好分段梁對接點(diǎn)位置的三維坐標(biāo)、錯(cuò)變量以及間隙，認(rèn)真做好記錄，在保障一切合格的基礎(chǔ)上才可以實(shí)施正式的焊接工作。

4.5 焊接過程

在板件焊接過程中，結(jié)構(gòu)焊縫和拼接焊縫之間的間距應(yīng)該在100mm以上，如果需要應(yīng)用到焊接接長類型的板件，那么接長應(yīng)該在1000mm以上，端部應(yīng)該在200mm以上，T型接頭位置的交叉焊接間距應(yīng)該在200mm以上，埋弧自動(dòng)焊接端部位置需要對引出板以及引弧板進(jìn)行焊接，并保障其坡口和材質(zhì)都和焊件一致，引焊弧的長度需要超過80mm。在埋弧自動(dòng)焊過程中，焊劑回收距離應(yīng)該在1m以上，在埋弧半自動(dòng)焊過程中，焊劑的回收距離應(yīng)該在0．5m以上，完成焊接之后，需要等焊縫冷卻之后再將熔渣清除。在進(jìn)行箱體的焊接過程中，一定要嚴(yán)格根據(jù)工藝所規(guī)定的位置、方向和順序進(jìn)行焊接。如果助板有頂緊要求，需要在頂緊的一端開始，朝著另一端進(jìn)行焊接。在弧焊自動(dòng)焊接的過程中不可以出現(xiàn)斷弧情況。

4.6 焊接順序及焊接要求

通過對焊接順序以及焊接方法的合理控制，可以讓焊接變形的情況得到有效預(yù)防，并進(jìn)一步降低焊接應(yīng)力，所以在本次工程的焊接過程中，所有焊縫都應(yīng)該遵照對稱性、均勻性、同步性以及先長后短的焊接原則進(jìn)行操作。為了讓焊接應(yīng)力得到最大限度的降低，進(jìn)而讓焊接變形情況得到良好控制，應(yīng)該保障待吊裝分段在如右圖所示的情況下才可以進(jìn)行焊接，在焊接過程中，首先需要對橫橋向口縫進(jìn)行施焊，然后對順橋向的口縫以及I型肋的對接焊縫進(jìn)行焊接，最后再進(jìn)行橫隔板、腹板、頂板、球扁鋼、U型肋、角型縫以及底板的焊接。在對橫橋向的焊縫進(jìn)行焊接的過程中，應(yīng)該同時(shí)對頂板和底板進(jìn)行焊接，各進(jìn)行四個(gè)工位的設(shè)置，在橋梁的中心線位置開始，分別朝著兩側(cè)進(jìn)行焊接；在對順橋向焊縫進(jìn)行焊接的過程中，也應(yīng)該同時(shí)對頂板和底板進(jìn)行焊接，從固定端的位置開始，朝著自由端進(jìn)行焊接。

焊縫外觀檢查質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

4.7 多層多道焊

焊接采用多層多道焊。在進(jìn)行多層多道的焊接過程中，應(yīng)注意錯(cuò)開接頭，將每一層焊道高度控制在4mm-5mm之間，并嚴(yán)格對每一道、每一層之間進(jìn)行清渣處理，然后對前層前道焊縫進(jìn)行自檢，確定沒有裂紋等的缺陷之后才可以對下層下道進(jìn)行焊接，一直到完成多層多道焊接為止，每層每道宜連續(xù)施焊。

4.8 焊后打磨

在結(jié)束了焊接之后，應(yīng)該磨平焊縫的表面，并使其打磨的方向和受力方向相同，讓余高朝著母材表面光滑過度，不得遭過渡區(qū)的邊緣位置出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象。

4.9 焊接檢驗(yàn)

在完成了焊接之后，應(yīng)該通過自檢、互檢以及專檢的方法來檢驗(yàn)焊接質(zhì)量，在焊縫全部冷卻之后，一定要對其整體的外觀情況進(jìn)行檢查，并做好相應(yīng)的記錄。

5 實(shí)施效果

在合理進(jìn)行節(jié)段劃分、控制好吊裝及焊接技術(shù)工藝的前提下，本工程保質(zhì)保量順利完成了埔里大橋鋼施工作業(yè)，從箱梁跨度、全長、鋼箱梁旁彎度、拱度、腹板平面度、扭曲、翼緣傾斜度均合格，吊裝進(jìn)度比預(yù)期工期提前了15天[3]。

6 結(jié)語

隨著國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)工藝的日益發(fā)展，鋼箱梁施工工藝得到了廣泛的應(yīng)用，有效解決了跨高速等交通敏感地段的橋梁施工。