提高小半徑曲線橋鋼箱梁線形平順度的對策研究

梁 歡

（廣州市市政集團有限公司，廣州 510060）

隨著經濟的快速發(fā)展和社會的不斷進步，現(xiàn)代交通建設行業(yè)得到了蓬勃發(fā)展?；ネ⒔坏脑絹碓蕉啵诨ネ⒔宦窐虻脑O計和建造過程中，由于受到現(xiàn)有市政路橋、用地條件、道路分隔帶寬度要求等條件的限制，平面圓曲線半徑通常較小，因此對施工技術與管理的要求很高[1-2]。

目前，由于受到施工條件及施工技術的約束，小半徑曲線橋梁上部結構的建造通常采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方式[3-4]。但是，傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方式存在現(xiàn)場作業(yè)量大、機械化水平低、施工效率低、施工技術難以控制及對周邊環(huán)境與現(xiàn)有交通影響大的局限[5-6]。隨著國家大力推廣裝配式建筑，預制裝配式結構在市政路橋設計與建設中逐漸得到應用[7]。裝配式結構工業(yè)化、標準化、機械化程度高，具有施工效率高、質量易于控制、對周邊環(huán)境影響小及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢[8]。

近年來，隨著鋼材加工工藝的不斷提高，出現(xiàn)了一系列高性能鋼材，如高焊接性鋼、耐候鋼、高強鋼等，拓寬了橋梁的結構設計理念，使得橋梁結構更加安全、合理、多樣、美觀。材料的飛速發(fā)展，也促進了鋼箱梁的發(fā)展，在鋼箱梁制造方面，實現(xiàn)了工廠制造全部焊接，工地現(xiàn)場以焊接為主、栓接為輔[9]。鋼箱梁由于結構設計成熟、自身抗扭性能好、裝配式程度高、施工方便高效，在小半徑曲線梁中的應用優(yōu)勢明顯，且越來越廣泛。如廣州市城市快捷路系統(tǒng)科韻路新港東立交H、I、J 匝道采用疊合鋼箱梁橋，解決了匝道橋梁高和線形的限制設計難題。

在鋼箱梁的制作過程中，為了保證其強度和剛度，通常焊接工作量大，且對焊接質量要求高。曲線鋼箱梁，特別是小半徑曲線鋼箱梁，在制作及現(xiàn)場施工過程中，應同時滿足梁端豎曲線、平曲線、橫坡等的變化要求，其線性精度難以控制，對線形控制技術要求高。曲線鋼箱梁的一般制造流程為：對鋼箱梁橫、縱向進行分段、分塊；鋼板下料，開曲線坡口，然后焊接成塊；將鋼箱梁吊裝至胎架上進行全橋預拼裝，調整尺寸及線形等。

本文以花都至東莞高速公路SG01 合同段工程項目為例，通過調研影響小半徑曲線鋼箱梁線形平順度的因素，確定導致小半徑曲線鋼箱梁平面安裝位置偏差大的主要原因，制定相應提高小半徑曲線鋼箱梁線形平順度合格率的對策并評估其實施效果及效益等方式，探究提高小半徑曲線橋鋼箱梁線形平順度的對策。

1 工程概況

花莞高速公路起于機場高速太成立交，終于增城區(qū)石灘鎮(zhèn)，連接廣州市花都區(qū)和東莞市區(qū)。本標段為花莞高速公路SG01 合同段，全長1.1 km，位于廣州市白云區(qū)人和鎮(zhèn)。

本工程為太成互通立交，新建D、F、G、I、J、L、M 七條匝道，其中F、G 匝道橋須上跨、下穿機場高速公路、機場高速北延線、G106 國道。鋼箱梁位于F、G 兩條匝道上，具體位置分布如圖1 所示：圖示綠色部分為鋼箱梁的分布位置，合共6 聯(lián)，單跨跨度最長為55 m，總規(guī)模約為5 000 t，結構類型為一箱兩室、一箱三室、一箱五室。鋼箱梁統(tǒng)計表見表1。

圖1 鋼箱梁分布示意圖Fig.1 Schematic diagram of steel box girder distribution

表1 鋼箱梁統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of the steel box girder

目前，國內小半徑曲線橋梁施工通常采用現(xiàn)澆方案。但是，若采用現(xiàn)澆的方式，施工現(xiàn)場工作量大，機械化低，工作效率低，施工質量不易控制，施工周期長，對周邊環(huán)境及交通的影響大。因此，采用預制鋼箱梁施工，通過工業(yè)化、標準化、機械化的施工方式，提高施工效率，縮短施工工期，降低施工對周邊環(huán)境及交通的影響。

鋼箱梁通常采用全焊接方式，對頂板、底板、腹板以及橫縱隔板等單元體進行組焊。鋼箱梁單元體首先需要在工廠下料加工生產，然后再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行拼裝?；阡撓淞航Y構特性、施工質量要求及運輸寬度限制等因素，需要將鋼箱梁縱向、橫向分塊進行運輸。其中，互通立交F24～F27 鋼箱梁縱向分為5 塊，橫向分為4 塊，見圖2 和圖3。施工現(xiàn)場，既要進行縱向焊接，又要進行橫向焊接，焊接工程量大，各面板及箱塊間總焊接長度達2 583 m。

圖2 縱向分段截面圖Fig.2 Longitudinal partition sectional drawing

圖3 橫向分塊截面圖Fig.3 Transverse block sectional drawing

本項目中的鋼箱梁結構設計為具有一定弧度的曲線梁，半徑最小處僅為282 m。在曲線橋鋼箱梁制作和現(xiàn)場施工的過程中，需要同時滿足梁段豎曲線、平曲線以及橫坡等變化要求。小半徑曲線橋鋼箱梁橫向穩(wěn)定性差，施工工藝復雜，對線形控制、質量控制、喂梁精度等方面的要求比直線型和大半徑曲線橋鋼箱梁高很多。曲線鋼箱梁的曲線半徑越小，曲線弧度就越大，對施工技術水平及項目管理方法的要求就越高。因此，在施工過程中，需要采取創(chuàng)新的施工方式，并加強項目管理力度，以期解決相應的技術難題，如采用創(chuàng)新的方法加強對鋼箱梁的線形控制，提高其線形平順度的合格率。

2 影響鋼箱梁線形平順度的原因分析

2.1 鋼箱梁存在的現(xiàn)狀問題分析

為了全面掌握小半徑曲線橋鋼箱梁存在的現(xiàn)狀問題及其原因，采用現(xiàn)場隨機抽樣調查法，對已完成的半徑為282～378 m 的太成互通立交F 匝道橋F25～F27#箱梁進行線形平順度分析。

在隨機抽查的鋼箱梁200 處中，存在線形平順度問題的共有56 處，線形平順度不合格率為28%，即小半徑曲線鋼箱梁的線形平順度合格率僅為72%。鋼箱梁線形平順度存在的問題主要為：平面安裝位置偏差大、安裝高程偏差大、梁板扭曲變形大、梁板尺寸誤差大、梁板拱度偏差大等，調查具體統(tǒng)計情況如圖4 所示。由圖4 可知，鋼箱梁平面安裝位置偏差大是導致小半徑鋼箱梁線形平順度不合格的癥結所在，因此，解決安裝位置偏差大的問題是提高鋼箱梁線形平順度合格率的關鍵，也是本研究攻關的主要對象。

圖4 鋼箱梁線形存在問題餅狀分析圖Fig.4 Pie analysis diagram of the problems in steel box girder alignment

2.2 導致平面安裝位置偏差大的要因確定

鋼箱梁平面安裝位置偏差大為施工質量問題，需要從施工質量管理角度對其進行分析研究。施工質量管理是指在建設工程項目施工安裝和竣工驗收階段，指揮和控制施工組織關于施工質量的相互協(xié)調的活動。影響施工質量的因素有人、材料、機械、方法及環(huán)境等五大方面。

本研究通過因果分析法，從“人”、“材”、“機”、“環(huán)”、“法”等5 個方面探究導致曲線鋼箱梁平面安裝位置偏差大的因素，并通過施工現(xiàn)場調查分析等方法對各個因素逐一分析，從而確定導致鋼箱梁平面安裝位置偏差大的主要因素。

“人”的因素主要包括：監(jiān)管不到位、操作不規(guī)范、技術交底不詳細等；“材”的因素主要有：面板矯正偏差大、下料尺寸誤差大、制作板材不合格、對接口預留長度不規(guī)范、未預留焊接收縮補償量等；“機”的因素主要為：切割設備控制精度低、焊接設備焊接效果差、起重設備額定起重量不達標、測量儀器精度低、測量定位不準、胎架定位偏差等；“環(huán)”的因素主要有：鋼材露天存放銹蝕嚴重、氣候與地質、支架基礎承載力差等；“法”的因素有：施工工藝不正確、坡口方向開反、臨時支架整體穩(wěn)定性差等。

鋼箱梁平面安裝位置偏差大的主要因素確定基本流程為：首先根據(jù)影響因素制定確定標準，然后通過現(xiàn)場調查收集相關資料數(shù)據(jù)，最后綜合評價分析，評定相應的影響因素是否為主要因素。例：確定“臨時支架整體穩(wěn)定性差”是否為主要因素時，首先制定了“支架定位后與基礎預埋件焊接固定，允許承載力≥3 311 kN，支架連接牢固、底部無懸空”的確定標準，然后檢查小組進行現(xiàn)場調查，發(fā)現(xiàn)臨時支架底部與混凝土地基基礎之間存在大面積懸空現(xiàn)象，如圖5 所示，支架容易出現(xiàn)傾斜，整體穩(wěn)定性降低。同時，現(xiàn)場臨時支架的連接螺栓存在未擰緊情況，支架整體穩(wěn)定性低。底部懸空和支架連接不牢固均對鋼箱梁平面安裝有較大的影響，導致鋼箱梁平面安裝位置偏差大，綜合評定“臨時支架整體穩(wěn)定性差”為主要因素。類似地，經過調查研究分析，發(fā)現(xiàn)“坡口方向開反”和“胎架定位偏差大”也是導致鋼箱梁平面安裝位置偏差大的主要因素，其余的因素均為非主要影響因素。

圖5 支架底部Fig.5 Bottom of the bracket

3 提高鋼箱梁線形平順度的對策

通過因果分析法和施工現(xiàn)場調查分析法等的結合，逐一對各影響因素進行了評價分析，得出“臨時支架整體穩(wěn)定性差”、“坡口方向開反”和“胎架定位偏差大”是導致小半徑曲線鋼箱梁平面安裝位置偏差大的主要因素。因此，需要根據(jù)確定的三個主要影響因素，制定相應的施工管理對策，以提高小半徑曲線橋鋼箱梁線形平順度。

3.1 臨時支架整體穩(wěn)定性差——對策實施一

項目經理部針對臨時支架整體穩(wěn)定性差的問題，采取了以下措施進行改進：（1）加強崗前教育，施工前給工人講解施工要難點，確保每個工人對相關施工要難點有正確的認識，強調臨時支架整體穩(wěn)定性的重要性；（2）加強監(jiān)督管理，使用測力扳手抽查20%的臨時支架螺栓，且不少于5 個，并做好相關記錄；（3）確保臨時支架與地基預埋件固定牢靠，支架經駐地監(jiān)理驗收簽字確定合格后才可投入使用；（4）基于現(xiàn)場監(jiān)督及工序驗收，及時做好相關總結工作，提高臨時支架工藝水平。

采取了相應的對策之后，臨時支架與地基預埋件焊接固定牢靠，支架螺栓連接牢靠，無松動現(xiàn)象，支架整體穩(wěn)定性高，支架高程偏差合格率100%，滿足相關施工要求，實現(xiàn)了預期實施效果目標。

3.2 坡口方向開反——對策實施二

針對坡口方向開反的癥狀，采取了如下措施進行改善：（1）加強對工人進行技術交底，鋼板開口前安排細心的工人在坡口開口側畫線，經技術人員確認開口方向正確后方才進行開口。（2）技術部人員對施工圖進行詳細標識，采用簡單明了的視圖說明，交接圖紙時給操作工人講解坡口開口方向注意事項，確保操作工人知悉容易混淆弄錯的開口部位，同時加強坡口開口方向正確性的檢查驗收工作。（3）加強相關環(huán)節(jié)工序驗收，加強監(jiān)督管理制度，驗收合格的鋼材方可進入下一道工序，加強對半成品的保護工作。

采取相應措施進行改進后，在制作鋼材過程中完全不存在坡口方向開反的情況，切割后的坡口方向準確率達到了100%，明顯提高了坡口開口工藝，梁板施工質量控制效果顯著提高，同時也提高了現(xiàn)場工人的焊接效率。

3.3 胎架定位偏差大——對策實施三

應對胎架定位偏差大的問題，采取了一下措施進行改進：（1）胎架基礎預壓檢測合格后再定位胎架，在曲線鋼箱梁生產中不定期對胎架進行復測，若胎架出現(xiàn)偏差時，應及時調整糾偏；若胎架偏差較大時，應增加胎架監(jiān)控量測次數(shù)。（2）在鋼箱梁生產中加強對胎架的檢查維修，若出現(xiàn)脫焊、銹蝕嚴重等問題時，應及時處理，并復測胎架定位精度。（3）加強班前教育工作，重新對現(xiàn)場工人開展技術交底工作，加強對工人的技術指導，強調胎架定位的準確性對提高鋼箱梁線形平順度的重要性。

通過相應措施的改進后，曲線鋼箱梁胎架的定位精度提升明顯，定位誤差符合施工方案要求，均在施工工藝允許測量誤差范圍內，實現(xiàn)了對策實施的預期目標。

綜上，針對“臨時支架整體穩(wěn)定性差”、“坡口方向開反”及“胎架定位偏差大”等問題，本項目采取了相應的對策，且都可以達到預期的效果。

4 實施效果及經濟效益

4.1 實施效果

采取了相應的對策后，對改進施工方法及管理方法后安裝的小半徑曲線鋼箱梁進行實地調查，隨機抽取了600 處鋼箱梁進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)鋼箱梁“平面安裝位置偏差大”的問題僅占所有問題的8.6%，90%以上的“平面安裝位置偏差大”的問題已被解決；鋼箱梁的線形平順度合格率高達91%，較對策實施前的72%提高了19%。由此可見，通過調查研究分析，制定相應對策、實施改進措施解決了鋼箱梁施工過程中平面安裝位置偏差大的難題，從而使小半徑曲線鋼箱梁線形控制難題得到了有效地解決，顯著提高了鋼箱梁線形平順度合格率，保證了鋼箱梁的施工質量，減少了返工率，提高了施工效率。同時，在本次調研究、制定相應對策與實施措施的過程中，培養(yǎng)了一批善于解決曲線鋼箱梁線形平順度難題的專業(yè)技術人員，鍛煉了一線作業(yè)工人的曲線鋼箱梁施工技術，為后續(xù)鋼箱梁施工的順利開展打下了堅實的基礎。

4.2 經濟效益

實施相應的改進對策后，曲線鋼箱梁平面安裝位置偏差大的問題明顯減小，鋼箱梁的線形控制效率得到有效提高。因此，施工過程中節(jié)省了調整鋼箱梁線形的人工費及返工人工費、起重設備租賃費、管理人員工資。此外，對策實施需要一定的培訓費、考核費用、其他費用等支出，改進措施也會產生一定的材料增加費。本項目對策實施后的相關費用如表2 所示。

表2 項目對策實施后的相關費用Tab.2 Relevant expenses after the implementation of project countermeasures

對策實施的經濟效益=節(jié)約費用-支出費用；節(jié)約費用=108 000+216 000+21 600=345 600 元；支出費用=99 360+2 500+1 000+1 000=103 860 元；實際經濟效益=345 600-103 860=24 1 740 元。

可見，經過相應對策實施后，曲線鋼箱梁的線性控制效率提高，生產加工工藝得到優(yōu)化的同時，還可以顯著減少返工量，節(jié)省大量的人員投入和機械設備租賃投入等，因而取得較大的經濟效益。

5 結論

本文以花都至東莞高速公路SG01 合同段工程項目為例，探究了提高小半徑曲線橋鋼箱梁線形平順度的對策，得出結論如下：

（1）鋼箱梁線形平順度存在的問題主要有：平面安裝位置偏差大、安裝高程偏差大、梁板扭曲變形大等，解決平面安裝位置偏差大的問題是提高鋼箱梁線形平順度合格率的關鍵。

（2）“臨時支架整體穩(wěn)定性差”、“坡口方向開反”和“胎架定位偏差大”是導致鋼箱梁平面安裝位置偏差大的主要因素。

（3）針對“臨時支架整體穩(wěn)定性差”、“坡口方向開反”和“胎架定位偏差大”等問題，采取相應的對策，改善施工管理與現(xiàn)場施工技術，可以有效提高小半徑曲線橋鋼箱梁線形平順度合格率，同時可以取得良好的經濟效益。