大跨徑變高度連續(xù)鋼箱梁散拼架設淺析

楊濤

摘要：橋梁在施工中由于受場地條件、梁段特點等制約，按一般分段大塊板吊裝組拼的技術難以完成，需要根據(jù)具體情況研究有限空間作業(yè)下的組拼方法。本篇以引江濟淮G312合六葉公路橋鋼箱梁施工為例，總結了變高度鋼箱梁現(xiàn)場散拼技術，在有限場地下采用橋位搭設支架吊裝，板單元預組拼，接縫預固定控制變形，分段焊接成形的方法和經(jīng)驗，為后續(xù)類似工程施工提供一些參考。

關鍵詞：大跨徑;變高度;鋼箱梁散拼

1 引 言

1.1概況

G312 合六葉公路橋位于引江濟淮工程江淮溝通段 K42+271m 處，跨越江淮溝通段航道，航道為規(guī)劃限制性Ⅱ級航道，雙向通航，橋位處設計最高通航水位 23.86m，最低通航水位17.40m，通航孔凈寬不小于 103.8m，凈高不小于 10m，橋位處航道底寬 60m。項目為路改橋采用四幅錯墩布置的（100+180+100）m 跨徑布置的連續(xù)鋼梁橋，跨度布置均為 100+180+100=380m，上部結構均采用變高度連續(xù)鋼箱梁結構，橋墩均為板式墩，橋臺均采用肋板式橋臺，基礎均為承臺下設鉆孔樁。

1.2鋼箱梁結構設計

四幅橋梁均為單箱室結構箱寬6.25m，懸臂寬度為2.75/3.5m。單幅橋?qū)挒?1.75/13.25m，兩橋之間間隔0.75/1m，梁高從4.5--9m不等。

箱內(nèi)每隔 3m 設置一道橫隔板，為使箱內(nèi)具有良好的通透性及減輕箱梁重量，在橫隔板上開設有孔洞，其數(shù)量及開孔尺寸根據(jù)橫隔板高度不同相應變化，梁高較高處的隔板還開設有人孔以方便制造及后期養(yǎng)護維修。普通橫隔板板厚 12mm，端支承橫隔板板厚24mm，中支承橫隔板板厚 40mm，均采用板式加勁肋對其進行水平向和豎向加勁。

2 工程特點、難點

（1）G312合六葉公路橋主跨180m是安徽省第一，國內(nèi)第二大單跨徑連續(xù)鋼箱梁橋，作為合肥市西大門連接六安，交通壓力大，重載車輛多。道路等級為一級公路（兼城市道路功能），設計荷載為公路-Ι級（城-A驗算），設計車速為80km/h，面板與挑臂、底板與腹板、隔板與腹板等連接處需要全熔透焊接，面板U肋全熔透焊接，焊接工作量大，全熔透對焊接質(zhì)量有更高要求。

（2）主梁采用Q370qD材質(zhì)橋梁專用鋼，箱梁墩支點處梁高9m，邊跨端支點及中跨跨中處梁高4.5m;變高度底面線形為半徑R=824.028M的圓曲線。箱體高度變化大，施工難度高對線性精度要求嚴格。如：接頭處梁高允許誤差±2mm，橫斷面對角線應控制在≤6mm，全長（分段累加長度）偏差控制在±20mm以內(nèi)。

（3）鋼箱梁現(xiàn)場施工場地小（兩幅橋在寬30M，長400M的狹小場地原位拼裝），焊接環(huán)口多（底板、隔板、腹板、面板、挑臂全部需要現(xiàn)場對接施焊），如何控制拼裝及焊接質(zhì)量，加快施工進度是難點。

3 施工總體方案及橋梁分段

本橋施工方法為：采取工廠板單元分塊制造，進行現(xiàn)場焊接，涂裝后運輸至橋址，橋址原位進行吊裝、焊接;油漆補涂及最后一道面漆涂裝，驗收。根據(jù)《超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定》（交通運輸部令2016）第三條：車貨總高度從地面算起不得超過4米、總寬度不得超過2.55米、總長度不得超過18.1米，六軸及以上最大總質(zhì)量不得超過49噸。超限在一定范圍內(nèi)貨車應提前申領超限運輸許可申請待批準后才能上路運輸。引江濟淮工程江淮溝通段位于安徽省合肥市境內(nèi)，板單元件從武漢加工廠出發(fā)，穿越鄂皖交接的大別山山脈隧道多，不宜使用大構件運輸。從經(jīng)濟成本和技術方面綜合考慮，再結合《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T 3650-2020）相關要求，將1#和2#橋每幅鋼箱梁縱分為33個節(jié)段，節(jié)段最長分段為15m。梁高從4.5m-9m不等;隔板高度方向分段均分為兩段。其中頂、腹、底板分段焊縫錯位200mm以上。再在橋址利用雙橋門式起重機，整體搭設臨時支架，進行原位吊裝、焊接固定，分段分節(jié)從底板、隔板、腹板、頂板依次拼裝焊接完成，整體橋梁施工完成后，整體拆除臨時支架。

4 施工工藝流程和要點

鋼箱梁現(xiàn)場散拼工藝流程

工廠板單元加工、運輸→橋址搭設臨時支架→現(xiàn)場板單元組拼焊接→板單元吊裝→接縫預固定→分段拼裝焊接→整體完成后拆除支架

4.1工廠板單元加工操作要點

本橋單元件種類形式較為復雜，尺寸多樣，直腹板及橫隔板作為最重要的高度及寬度控制構件。為提高橋梁尺寸精度和使用壽命，降低各類疲勞病害缺陷發(fā)生，在橋面板制作過程中應用最新技術工藝“正交異性橋面板U形加勁雙面熔透焊”實現(xiàn)U肋焊縫100%全熔透，提高U肋與橋面板疲勞強度，防止疲勞開裂。

4.2拼裝支架準備

拼裝支架采用工字鋼、槽鋼及鋼管制作，支架搭設布置的位置、數(shù)量均通過校核計算（邁達斯軟件），校核計算內(nèi)容包括強度、剛度等，確保整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。支架體系在使用過程中要定期檢查橫梁的撓度、鋼柱的水平位移、焊縫的質(zhì)量、千斤頂安全可靠性、支撐體系的整體穩(wěn)定性，并作好記錄。鋼柱水平位移控制在±5mm，超出范圍則需要另加支撐固定，支撐體系沉降控制在±10mm，超出范圍則需利用千斤頂進行微調(diào)。

支架體系調(diào)節(jié)工鋼主要用于鋼箱梁吊裝時調(diào)節(jié)鋼箱梁標高，且便于總體支架的拆除，調(diào)節(jié)段高度為 500-- 800mm 左右。

4.3拼裝支架設置

支架立柱采用Φ426x8mm 的鋼管，連接系采用[16 槽鋼，鋼管柱頂部設置分配梁，中跨鋼箱梁梁高 H（4.8m≤H≤6.1m）、邊跨鋼箱梁梁高 H（H≤6.1m）處采用 I32a 工字鋼，中跨鋼箱梁梁高 H（6.1m

4.4 鋼箱梁板單元安裝工藝

鋼箱梁采用32T門式起重機將工廠制造的散拼件吊裝到臨時支架上進行架設作業(yè)，按照底板→隔板→腹板→頂板的順序依次吊裝，并從墩支點位置向跨中重復以上步驟。在支架縱向各調(diào)節(jié)塊的標高按設計給定的線性設計，橫向考慮焊接變形和重力影響，按每100m預抬35mm設置焊拱值。在胎架上設置縱、橫基線和基準點，以控制鋼梁的位置和高度，確保各部尺寸和立面線形保證在±5mm范圍內(nèi)。胎架外設置獨立的基線、基點，以便隨時對支架進行檢測。由于場地限制把胎架設置在主跨跨中安裝位置，采取從兩邊向中間靠攏架設方案。

鋼箱梁組焊和拼裝在胎架上一次完成。組裝采用“正裝法”，以胎架為外胎，以橫隔板腹板為內(nèi)胎，各板單元按縱、橫基線就位，輔以加固設施以確保精度和安全。鋼梁按照橋底板→橫隔板→兩側(cè)腹板→面板→挑臂的順序進行組裝;實現(xiàn)立體箱形推進方式逐段組裝與焊接。

a 拼裝底板單元。在無日照影響的情況下，以測量站點和縱向里程為基準，定每節(jié)段底板縱向位置，再以橋偏距線控制底板橫向位置，并用碼板限制底板在支架上的橫向移動。

b 拼裝箱室橫隔板單元。組裝過程中輔以定位夾具、頂拉工具控制隔板位置精度和垂直度等控制點，使橫隔板滿足3m標準間距。

c 拼裝箱室兩側(cè)腹板單元。按順序?qū)⒏拱鍐卧跹b至支架上，對齊隔板上的板肋槽口后與底板點固焊連接，最后利用馬板等輔助措施進行剛性固定。

d 拼裝頂板單元。

e 拼裝挑臂單元、封板和裝飾板。

f焊接完成后進行焊縫檢測，驗收，依次進行下一節(jié)段的組裝。驗收合格后對焊縫及破壞的鋼箱梁表面進行涂裝。

4.5焊接板縫要求及質(zhì)量措施

（1）焊接鋼板縫基本要求①主要構件的對接和角接焊縫的力學性能（包括拉伸、沖擊）滿足下屈服強度≥400Mpa，抗拉強度≥500Mpa，并對比焊縫中心沖擊吸收能量，側(cè)彎性能達到合格。

②注明等級焊縫的各項檢測指標必須達到《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T 3650-2020）的驗收要求，并對金屬熔化焊焊接接頭進行射線照相，出具檢測報告。

（2）焊接縫質(zhì)量保證措施

① 依據(jù)焊接工藝評定試驗結果制定焊接工藝，焊接工藝評定試驗應在鋼結構制作開工前進行。

② 根據(jù)圖紙要求及工廠條件進行焊接工藝評定試驗。試驗使用的材質(zhì)應為Q370qD，且其化學成份 C、S、P 含量應選用偏上限者。試驗所施焊的焊縫在強度、韌性等方面應和母材相匹配并滿足設計要求。

③ 根據(jù)圖紙確定需要評定的項目，擬用的焊接設備及焊接方法，焊接坡口形式及焊接順序，以及焊接參數(shù)，編寫焊接工藝評定計劃書，并提交監(jiān)理工程師評審批準。

④ 根據(jù)批準的焊接工藝評定任務書，逐項進行焊接工藝評定試驗，并根據(jù)試驗結果寫出相應的試驗報告。

⑤ 焊接工藝評定試驗應有階段性報告及最終報告。報告應經(jīng)規(guī)定程序?qū)彶?、批準方可生效。如生產(chǎn)過程中某焊接工藝生產(chǎn)不穩(wěn)定，不能滿足質(zhì)量要求時，應立即中止使用。

⑥ 試驗報告按規(guī)定程序批準后，根據(jù)焊接工藝評定試驗報告編寫各種接縫的焊接工藝指導書。批準后由焊接技術人員根據(jù)焊接工藝指導書的內(nèi)容組織工人焊接施工。

5 散拼架設優(yōu)缺點及關鍵控制要點

（1）散拼架設優(yōu)缺點對比：

現(xiàn)場板單元拼裝優(yōu)勢：

①無需場內(nèi)總拼切割環(huán)節(jié)，減少近50%場內(nèi)制造時間，工地安裝總拼一次成型?？?、2#橋同時施工，提高施工效率，完美規(guī)避場地限制。

② 質(zhì)量方面工地施工可總拼一次成型，全站儀定點全程檢測，大大減少了底板線型誤差和運輸帶來的鋼梁尺寸破壞。

③ 技術方面，工地焊接腹板、隔板在預制場地進行平焊焊接，大大提高了焊縫質(zhì)量和外觀平整度。

現(xiàn)場板單元拼裝劣勢：

④增加現(xiàn)場拼裝、焊接工作量;

⑤現(xiàn)場噴涂油漆可能會影響施工工期。

受現(xiàn)場場地狹小，實現(xiàn)不了水路運輸?shù)鹊乩憝h(huán)境因素影響，該項目橋梁采用現(xiàn)場板單元拼裝施工整體貫通只用了4個月工期、鋼管支架系統(tǒng)采用租賃和攤消結合計算成本，兩幅橋總重量約500T，6個月市場租賃期，租賃費及攤消費合計約100萬元、現(xiàn)場采取原位拼裝胎架保障了焊接質(zhì)量，縮短了工期;此方法在今后類似工程施工中采用散拼架設法值得借鑒。

（2）鋼箱梁變形控制要點

①在組拼每節(jié)段內(nèi)各零件單元時，焊接工藝和程序應使變形和收縮盡量小，并減少結構拘束應力，即先縱焊后橫焊、先結構再熔透確保板單元四角不平度≤3mm，在重要受力位置使用超聲波錘擊消除應力以加工出符合規(guī)定質(zhì)量要求的構件。

②構件焊接前，在焊縫坡口反面設置反變形預抬量。當構件焊接后產(chǎn)生較大的變形，應采用熱矯正法矯正，矯正溫度控制在 600～800°C 。應自然冷卻到環(huán)境溫度。溫度未降至環(huán)境溫度時，不得錘擊鋼料。嚴禁水冷卻。在對收縮有較大拘束條件下進行焊接時，焊縫應連續(xù)焊完。

③熔透焊縫采用單面焊雙面成型工法，20°的坡口，間隙6～8mm貼陶制襯墊，為此要使用間隙定位工藝板確保間隙尺寸。在首節(jié)段拼裝焊接完成后，全面檢查整個制造工藝是否合理及生產(chǎn)措施是否得當，并在拼裝時考慮節(jié)段間環(huán)口焊縫收縮量對梁長影響。根據(jù)首節(jié)段拼裝的累計總長及誤差修正后期梁段長度，保證全橋順利合龍，確保合攏段預留足夠的配切余量。

6 結論

由于受場地狹小且無法實現(xiàn)水路運輸?shù)竭_橋址附近等因素影響，加上橋梁節(jié)段自身重量大，底板圓曲線需靠底板定位，拼裝難度大，此類項目鋼箱梁難以按照一般的整體分段大塊制作并進行現(xiàn)場整節(jié)段吊裝的組拼方法進行施工，而采取散拼架設技術能很好地克服以上困難。在施工過程中，可以更好地控制安裝精度及質(zhì)量，值得類似工程借鑒。

參考文獻

[1]楊永強，劉春風，魏云祥主編，《小拼裝場地下大型鋼箱梁拼裝與架設技術》，《鋼結構》出版，2013 年第 28 期.

[2]馮茂生，楊長春，齊德伍主編，《中國建筑2016年技術交流會優(yōu)秀論文集》，中國建筑工業(yè)出版社出版P117-125，2016年8月.