大跨度鋼箱梁的拼裝變形及安裝頂推

李高俊 （中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 工程概況

本工程主線橋跨元和塘處采取鋼連續(xù)梁（L=40m+60m+40m）結(jié)構(gòu)，橫截面采取三箱室斷面，斜腹板與底板夾角約77°，箱梁頂、底板平行，挑臂長3.0m，梁高2.7m。面板加勁除在挑臂外側(cè)采用板肋外，其余均采用U肋。底板處均采用板肋作為加勁肋。箱梁腹板主要加設(shè)有橫縱向加勁板肋。主線橋橫向劃分成8個箱梁制造分段，縱向劃分為A～I 9個分節(jié)段。

2 鋼箱梁拼裝

本項目主線鋼梁為多箱單室截面，鋼梁分為中間主箱室、挑臂兩大部分。其主要是由面板、腹板、底板、隔板單元組裝而成，鋼梁每隔2.5m處設(shè)置一道橫隔板，具體鋼梁結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 鋼梁結(jié)構(gòu)形式圖

鋼梁拼裝在專用的鋼結(jié)構(gòu)胎架上進行分段組裝成型。在每個節(jié)段加工制造的同時設(shè)置預(yù)拱度，并與箱梁支架安裝時的線形控制保持一致，進而保證成橋的線形滿足設(shè)計要求。

2.1 拼裝過程中的變形控制

鋼梁設(shè)計所采用的鋼板較厚其中包括25mm、30mm的厚板，鋼梁腹板處的橫縱向加勁板肋較多，支座橫隔板及底板腹板處的頂推加勁、橫梁、臨時吊點等焊縫較密集、焊接量大、容易造成較大的變形。因此在拼裝過程中，采取下列措施來加以控制。

①嚴格控制胎架制作，為了盡可能使胎架模板支撐在分段硬點（橫隔板處）上，模板采用邊角料下料，規(guī)格約為12mm×80mm×100mm。模板安裝必須先用水準儀掃水平后再焊接模板，嚴禁采用先焊模板。并且底板與胎架的模板之間必須緊密貼合，并采用剛性連接進行固定。

②制定合理的單元件拼裝順序，嚴格控制裝配后的尺寸貼合縫隙。箱梁拼裝成半箱型后，優(yōu)先焊接隔板與底板的平角焊縫及與底板I肋的立角焊縫，再對橫隔板與腹板的立角焊縫及與腹板I肋的平角焊縫進行施焊，最后再進行腹板與底板的平角焊縫焊接；組裝頂板后焊接橫隔板與頂板及頂板U肋的仰角焊縫，最后焊接腹板與頂板的仰角焊縫。

③向節(jié)段的底板和面板端頭處以及橫向箱梁隔板處設(shè)置合理的緩焊區(qū)，為后續(xù)的拼裝焊接消除應(yīng)力，同時還可以在拼裝過程中對對接處的變形進行矯正。其次焊縫宜采用自動焊焊接，當自動焊小車無法操作時也可以采用半自動焊焊接。

④箱梁焊接時嚴格控制好焊縫尺寸的大小，片面地去加大焊縫尺寸對減小焊接變形反而不利。因此我們在符合其強度要求的前提下，嚴禁對焊角尺寸進行隨機的加大或者減小。

⑤特殊構(gòu)造復(fù)雜（如支座橫隔板及加勁、橫梁、臨時吊點等），焊接產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力的節(jié)點與接頭，在施焊前進行了焊接性試驗，確定相應(yīng)的預(yù)熱溫度及焊接材料，減少變形的產(chǎn)生。

3 鋼箱梁的現(xiàn)場安裝

本鋼梁一共分為9個節(jié)段，節(jié)段較多跨度大，一節(jié)段重量約有240t。因此施工所有臨時支架地基均采用混凝土硬化，拼裝支架擴大基礎(chǔ)面積為3.5m×3.5m，頂推臨時支架擴大基礎(chǔ)面積為4.5m×4.2m。河中頂推臨時支架直接架設(shè)在河中橋墩承臺上。

針對節(jié)段多、重量大等因素現(xiàn)場拼裝臨時支架立柱全部采用φ377×7mm鋼管立柱。鋼管立柱之間設(shè)置H14工字鋼作為縱、橫向連接系，鋼管立柱柱頂橫橋向設(shè)置HW440×300型鋼作為柱頂分配梁，分配梁上布置φ273×7mm鋼管作為調(diào)節(jié)短管，示意圖見圖2所示。

圖2 主線橋拼裝區(qū)支架布置圖

鋼梁分段四角均設(shè)置有支撐調(diào)節(jié)短管，確保鋼梁分段四角均勻受力，鋼梁分段焊接時是以無應(yīng)力拼裝的。

拼裝區(qū)主線橋主體分段吊裝采用220t汽車吊進行吊裝施工。

3.1 拼裝平臺分段總拼

根據(jù)現(xiàn)場實際條件和場地布置情況以及復(fù)核起重吊裝設(shè)備的作業(yè)半徑，多維度驗算起重能力，制定了下列安裝步驟。見圖3所示。

圖3 吊裝順序示意圖

①主線橋拼裝時，220t汽車吊在匝道拼裝區(qū)站位吊裝梁段，運梁車停放匝道兩側(cè)。

②分段拼裝，橫向吊裝順序：主線橋由中間箱室Z-*4/5→Z-*3/6→Z-*2/7→Z-*1/8兩側(cè)挑臂順序吊裝。

③主線橋第一輪拼裝節(jié)段：Z-A、ZB、Z-C、Z-D。

④裝配導(dǎo)梁，導(dǎo)梁與分段焊接牢固，連接部位需進行加強。

3.2 安裝過程控制

①做好鋼箱梁進場的檢查、驗收與交接，嚴禁存在質(zhì)量缺陷的鋼梁進場。

②履帶吊機在現(xiàn)場拼裝完成后先進行試吊，合格后方可進行鋼箱梁正式吊裝。

③起吊時，先慢速啟動卷揚機，使各起重索逐漸受力，然后反復(fù)調(diào)整，確保各起重索受力均勻。

④在每節(jié)梁段吊裝安裝前，先用全站儀準確標定出架設(shè)梁段的位置，并進行相對應(yīng)的吊具定位試驗，通過準確的定位調(diào)整后，方可進行該梁段的起吊，進而防止該梁段在即將吊離時，因梁段位置偏移而產(chǎn)生橫擺。

⑤安裝梁段時，梁段高程的確定應(yīng)在溫度相對穩(wěn)定、風(fēng)速較小的時段進行，并應(yīng)考慮溫度造成的影響。就位后，快速對臨時匹配件進行固定，并及時進行接縫施焊。

⑥采用2臺高精度全站儀交匯監(jiān)測鋼箱梁線形，確保安裝的精度。

⑦合攏段選擇在合適的環(huán)境溫度下進行安裝，并提前做好相關(guān)余量的切割工作。

4 鋼箱梁的現(xiàn)場頂推

本項目鋼梁橫跨元和塘,主跨長60m，頂推施工跨度大；過程中最多時有12套步履機同步進行頂推施工，對操作系統(tǒng)的同步控制精度要求較高；并且需要嚴格控制臨時支墩上面所承受的水平載荷。

4.1 頂推步驟

針對箱梁頂推跨度大以及臨時支墩所能承受的水平載荷，我們制定了下列詳細頂推步驟，見圖4所示。

圖4 頂推示意圖

①主線橋第一輪箱梁A～D節(jié)段在拼裝平臺上拼裝成整體、安裝鋼導(dǎo)梁。

②整體向蘇涇路方向頂推45.3m，吊裝拼接E、F節(jié)段,L1步履機懸空后周轉(zhuǎn)至L6支架上。

③整體向蘇涇路方向頂推16.3m，吊裝拼接G、H節(jié)段。

④持續(xù)向前頂推，當鋼梁的前端抵達L6支架后，分別拆除第一節(jié)、第二節(jié)導(dǎo)梁（總共24m）。

⑤前兩節(jié)導(dǎo)梁拆除后，將L2步履機周轉(zhuǎn)至L7支架上。

⑥繼續(xù)向前頂推，鋼梁前端到達L7支架后適時拆除第三節(jié)導(dǎo)梁。

⑦在箱梁落梁后先對線型進行調(diào)整，然后對I節(jié)段進行吊裝。

⑧拆除設(shè)備及臨時支架結(jié)構(gòu)并轉(zhuǎn)運。

4.2 頂推控制

①頂推設(shè)備對鋼梁所施加的頂推力必須傳遞到腹板上，我們采用的步履式頂推，在頂推設(shè)備和鋼梁的底板之間墊上扁擔梁，使得鋼梁腹板位置的底板與頂推設(shè)備之間的接觸面增大，從而分散鋼箱梁局部受力，避免產(chǎn)生局部變形。

②頂推前對頂推支架的鋼管樁沉降和支架分配梁繞度進行觀測，在每個鋼管樁做好高程標記，在每節(jié)段梁跨中做好繞度標記。頂推鋼梁之前，觀測記錄初始數(shù)據(jù)，施工過程中，每天觀測一次。鋼梁頂推過程中，對梁的繞度進行觀測，記錄每次最大變形。

③頂推過程中，安排專業(yè)人員實時對導(dǎo)梁、箱梁以及頂推力進行檢查和監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)頂推力驟升的情況下，立刻停止頂推施工并進行檢查，主要查看導(dǎo)梁構(gòu)件、步履機上的支撐架是否變形或者箱梁局部位置是否有變形的情況。

④頂推過程中，鋼梁的線形控制也非常重要，我們會在鋼梁前端和尾端頂面設(shè)中線偏移監(jiān)測點，頂推過程中連續(xù)觀測。在滑道的外側(cè)用醒目的反光涂料畫出精確到厘米的刻度，這樣能讓操作人員在滑道旁更直觀地觀測到兩側(cè)進度是否一致。同時對頂推力和頂推位移進行雙向控制，以頂推位移為主，頂推力為輔，確保鋼梁左右側(cè)前行位移量協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

5 總結(jié)

隨著鋼箱梁在市政橋梁工程中的廣泛使用，我們也應(yīng)該意識到鋼箱梁施工質(zhì)量控制的重要性。因此我們要牢牢抓住質(zhì)量這個核心，制定合理的措施并落實到位，就能有效地控制鋼箱梁制作的質(zhì)量，努力提高企業(yè)施工的技術(shù)能力。