高速公路鋼箱梁制作及安裝關(guān)鍵技術(shù)研究

王霄雄

(中國鐵建昆侖投資集團(tuán),四川 成都 610040)

1 高速公路鋼箱梁加工制作設(shè)計(jì)

1.1 工區(qū)概況

黃橋樞紐互通B匝道橋15#(BK0+883.408)～18#(BK1+037.408)墩為(42+70+42)m鋼混組合梁上跨渝榮高速公路;線路平面位于曲線半徑R=500 m的左偏圓曲線上,橋面橫坡為4%;線路縱斷面位于半徑R=11 000 m的凸型豎曲線上。主橋與渝榮高速公路斜交,交角為38°。制作時(shí)按設(shè)計(jì)節(jié)段劃分,吊裝時(shí)現(xiàn)場地面拼接為吊裝節(jié)段;制作節(jié)段劃分為17×2個(gè)節(jié)段,橫聯(lián)梁42件,合計(jì)共76個(gè)主要構(gòu)件;最長及最重段規(guī)格為10 m×1.4×2.8 m重約14.3 t。匝道共分為17×2個(gè)節(jié)段,橫聯(lián)梁42件,合計(jì)共76個(gè)主要構(gòu)件,最重節(jié)段約26.1 t。施工區(qū)域地下及空中均無管線。

1.2 加工制造方案

工程鋼箱梁的制造包括三個(gè)階段:首先是工廠單元構(gòu)件制造,其次是在胎架上匹配組裝,并對箱梁節(jié)段進(jìn)行焊接,最后是在工地現(xiàn)場的配合下安裝箱梁節(jié)段,并焊接各個(gè)箱體[3]。根據(jù)工程的箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn),需要對公司的資源及運(yùn)輸?shù)扔绊懸蛩赜枰猿浞值目紤],確定本鋼橋在重慶永川制造基地生產(chǎn),現(xiàn)場跨渝蓉高速路鋼箱梁采用多點(diǎn)步履式頂推及非跨高速采用原位吊裝進(jìn)行安裝,即在公司車間內(nèi)完成單元構(gòu)件制作;預(yù)拼在公司總拼胎架區(qū)完成;現(xiàn)場地面拼接吊裝節(jié)段;在支架上節(jié)段吊裝焊接完成步履頂推+非跨高速原位吊裝就位后完成。

鋼箱梁縱向、橫向分段必須符合設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范要求,橫向環(huán)縫底板與腹板為高強(qiáng)螺栓連接,面板為現(xiàn)場焊接。小箱梁劃分單元構(gòu)件時(shí),直線連接縱橫向分段交點(diǎn),采用以直代曲的方式,使中間的小箱梁構(gòu)件單元均為直線形,所有的縱向焊縫均為直線[4]。

1.3 結(jié)構(gòu)形式及加工工藝

(1)根據(jù)本項(xiàng)目總體施工方案及結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將該橋鋼箱梁制作分為單元構(gòu)件制作、節(jié)段匹配制造、鋼箱梁工地安裝高強(qiáng)螺栓連接及焊接三個(gè)階段[5]。小箱梁構(gòu)件單元由頂板單元、底板單元、腹板單元、隔板單元等五個(gè)單元組成;橋梁由小箱梁+橫梁+頂模板組成。(2)結(jié)合大型鋼箱梁制造的經(jīng)驗(yàn),本橋鋼箱梁制造擬采用“鋼板→板單元→塊體單元(或部件)→鋼箱梁總拼→橋位連接”的方式生產(chǎn),即在鋼結(jié)構(gòu)車間內(nèi)生產(chǎn)零件、構(gòu)件單元及部件,在總拼場地(廠房)組焊鋼箱梁、多段連續(xù)匹配預(yù)拼裝,橋位將梁段逐節(jié)吊裝、步履頂推連接成整體[6]。(3)鋼板趕平及零部件下料[7]。①在鋼板大型零件下料之后,同時(shí)在除銹之前通過板材矯正機(jī)趕平,確保單元的平面度。接著通過磁力吊進(jìn)行上下料配合工作,防止鋼板發(fā)生局部變形。②零件放料必須進(jìn)行號(hào)料,手工放樣的寬度、長度、曲線樣板上任意點(diǎn)、對角線的允許偏差分別為+0.5 mm、-1.0 mm、1.0 mm、±1.0 mm;計(jì)算機(jī)放樣的寬度、曲線樣板上任意點(diǎn)、長度的允許偏差分別為±0.5 mm、1.0 mm、±0.5 mm。(4)板單元制作關(guān)鍵的工藝技術(shù)主要包括五類,一是數(shù)控精確下料,二是趕平及預(yù)處理,三是防止變形焊接方法,四是尺寸控制;五是CO2焊接技術(shù)。(5)橫隔板制造精度關(guān)系到梁段的尺寸和箱口間的匹配度,需要在橫隔板上下將頂板I形肋和底板I形肋直接插入。其中,先試制不同厚度的橫隔板,進(jìn)而了解焊接和修整收縮量各個(gè)步驟,之后再進(jìn)行批量生產(chǎn)[8]。

2 涂裝方案及工藝

根據(jù)工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),鋼板預(yù)處理采用鋼板預(yù)處理線拋丸除銹,除銹等級Sa2.5級,粗糙度Rz40～80 μm,噴涂無機(jī)硅酸鋅車間底漆一道20 μm,涂裝工藝流程見圖1。鋼箱梁及附屬設(shè)施均在廠內(nèi)完成除焊縫部位外的所有內(nèi)、外表面的涂裝[9];焊縫接頭部位兩側(cè)50 mm范圍內(nèi)不涂裝,底漆、中間漆和面漆涂層的邊緣分別錯(cuò)開50 mm形成漸進(jìn)式遮蓋,待焊接完畢后再進(jìn)行補(bǔ)涂;最后一道面漆涂裝工藝。

圖1 鋼箱梁涂裝工藝流程

工程在正式涂裝施工前,由施工單位進(jìn)行專項(xiàng)涂裝工藝試驗(yàn),監(jiān)理和油漆供應(yīng)商應(yīng)全過程跟蹤監(jiān)督涂裝工藝試驗(yàn)過程及質(zhì)量檢驗(yàn)[10]。涂裝工藝試驗(yàn)合格,并經(jīng)監(jiān)理工程師簽字認(rèn)可后方可開始涂裝施工。當(dāng)涂裝施工的主要人員或關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行更換時(shí),應(yīng)重新進(jìn)行工藝試驗(yàn)。表面準(zhǔn)備:構(gòu)件外露邊須磨成半徑為2 mm左右的圓弧,表面缺陷須修補(bǔ)并磨平。在二次除銹前必須對鋼結(jié)構(gòu)件表面進(jìn)行清理,包括去除油污、可溶性鹽份(如Cl<0.7 μg/cm2可不清除)、粉塵及其他附著物。噴砂除銹時(shí),噴砂磨料必須清潔、干燥;金屬磨料符合GB/T18838(ISO11124),非金屬磨料符合GB/T17850(SO11126)的要求。噴涂工藝參數(shù),如表1所示。

表1 噴涂工藝參數(shù)

工程依據(jù)現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)對防腐涂層材料的質(zhì)量進(jìn)行檢測,并在使用之前提供檢驗(yàn)報(bào)告材料。(1)防腐材料必須要確保防腐的效果,由于不同的廠家提供的材料具有不同的工藝兼容性,因此需要由同一個(gè)廠家提供相同位置油漆的底、中、面材料。(2)防腐材料必須具有較高的知名度和品牌度,并且在以往的大型工程中具有較好的應(yīng)用業(yè)績。(3)本次工程的鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用了氟碳面漆的長效防腐體系。為了再次確保涂裝質(zhì)量,在工程中還需要嚴(yán)重控制涂裝材料和工藝流程。綜合以上分析,工程在噴涂防銹材料之前,必須將梁段表面進(jìn)行清理,對銹蝕的表面進(jìn)行除銹處理,做好焊縫的打磨工作,保證焊縫的平滑度,使防銹層噴涂的均勻且與梁體連接可靠。配合精密測量儀器對涂層進(jìn)行檢測,確保涂層厚度滿足規(guī)范要求。

3 高速公路鋼箱梁現(xiàn)場安裝關(guān)鍵技術(shù)

3.1 頂推支架布置

為了方便鋼箱梁的架設(shè)和安裝,需要在施工現(xiàn)場搭設(shè)臨時(shí)承重支架。根據(jù)前期的地質(zhì)勘測結(jié)果,本工程在整平地面后,根據(jù)現(xiàn)場及多方面實(shí)際進(jìn)度情況,采用中間80 m(設(shè)計(jì)節(jié)段為:5～13段)+17 m導(dǎo)梁頂推一段距離吊裝一段箱梁吊裝節(jié)段;頂推完成后原位吊裝(15～16軸、17～18軸)(設(shè)計(jì)節(jié)段為:1～4段、14～17段)。頂推采用步履式多點(diǎn)頂推方案,步進(jìn)距離0.4～0.5 m。頂推過程中需對梁體受力狀態(tài)進(jìn)行控制,對梁體應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,防止梁體受力不均勻的發(fā)生。監(jiān)控采用在梁體內(nèi)表面安裝反光片,隨時(shí)測量擾度與理論計(jì)算數(shù)值進(jìn)行比較,以確定梁體應(yīng)力狀態(tài)是否安全。

頂推支架是由立柱鋼管φ426×10和柱間支撐槽鋼16#a焊接而成,頂部采用工字鋼36#a三拼焊接而成。拼裝支架由立柱鋼管φ426×10與柱間支撐槽鋼16#a焊接而成,頂部采用工字鋼36#a雙拼焊接而成。

3.2 吊裝工藝

(1)鋼箱梁的安裝。在支撐體系安裝到位后,鋼箱梁節(jié)段以支撐體系上的縱橫向控制點(diǎn)為定位基準(zhǔn)安裝。項(xiàng)目中鋼箱梁為縱向分段,應(yīng)先橫向定位安裝,在縱向推進(jìn),安裝時(shí)應(yīng)根據(jù)各個(gè)箱段的重量、定位要求、方便吊機(jī)站位、利于交通疏導(dǎo)等多種因素制訂鋼箱梁的詳細(xì)架設(shè)方案后才能開始鋼箱梁的安裝。鋼箱梁采取順吊方案,每個(gè)節(jié)段的主體的橫向分段吊裝、找正、調(diào)整完后再進(jìn)行下一節(jié)段的安裝。(2)箱梁安裝測量控制。鋼箱梁安裝到位后需再次進(jìn)行測量以確保鋼箱梁線形準(zhǔn)確無誤,如有偏差需安裝調(diào)整直至符合設(shè)計(jì)要求。鋼箱梁的測量點(diǎn)一般取支座處和跨中各段箱梁上沿中間里程線和兩側(cè)外腹板上布置的徑向3個(gè)點(diǎn),直線段鋼箱梁縱向每12～16取一個(gè)測量點(diǎn),曲線梁每5 m設(shè)測量點(diǎn),視鋼箱梁橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而定。(3)鋼箱梁現(xiàn)場栓接?，F(xiàn)場鋼箱梁栓接內(nèi)容主要為各節(jié)段間的橫向環(huán)縫及箱梁之間橫梁。

吊車就位后,兩幅雙向封閉,施工完成后,雙向正常運(yùn)。梁段停在中間隔離帶附近,2臺(tái)300 t汽車吊抬吊,此工況下300 t汽車吊最大回轉(zhuǎn)半徑為13 m,最大起重量為57 t。為了保證施工進(jìn)度,跨高速公路段的鋼箱梁,采用左右兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行的方式。其中,左、右側(cè)的底板、橫隔板、頂板等按照順序依次完成拼裝和焊接。焊接后檢查強(qiáng)度達(dá)標(biāo)之后,再進(jìn)行下一道工序。出于安全考慮,在鋼箱梁底部分別設(shè)有貓道和掛籃,防止高空作業(yè)有墜物掉落而影響地面人員及車輛的安全。

3.3 現(xiàn)場施工作業(yè)

由于橋梁為跨越既有線高速公路禁止封閉,不能采用傳統(tǒng)方案汽車吊施工,橋梁設(shè)計(jì)為在既有高速路的外側(cè)采用箱梁節(jié)段運(yùn)輸至現(xiàn)場整體拼裝,拼裝施工后,然后采用頂推將梁體頂推至設(shè)計(jì)位置。工程應(yīng)用了步履式多點(diǎn)頂推技術(shù),該技術(shù)可在頂推過程中調(diào)節(jié)梁體應(yīng)力,使得橋墩水平反力得到降低。其中,步進(jìn)距離0.4～0.5 m,頂推過程中要嚴(yán)格控制梁體受力和梁體應(yīng)力狀態(tài),避免梁體受力不均。監(jiān)控采用在梁體內(nèi)表面安裝反光片,隨時(shí)測量擾度與理論計(jì)算數(shù)值進(jìn)行比較,以確定梁體應(yīng)力狀態(tài)是否安全。

臨時(shí)支架分為拼裝支架和頂推支架(頂推支架兼做拼裝支架),共包含10組支架,其中2#3#4#5#7#8#組為頂推支架,1～68～10#組為拼裝支架。頂推支架是由立柱鋼管φ426×10和柱間支撐槽鋼16#a焊接而成,頂部采用工字鋼36#a三拼焊接而成。拼裝支架由立柱鋼管φ426×10與柱間支撐槽鋼16#a焊接而成,頂部采用工字鋼36#a雙拼焊接而成。臨時(shí)支架的安裝步驟為:(1)在鋼梁吊裝前,支架應(yīng)該安裝到位。(2)臨時(shí)支架要先對下部承臺(tái)進(jìn)行澆筑,再進(jìn)行工字鋼的安裝焊接工作,接著調(diào)平鋼管,安裝過程需要25 t汽車吊配合。(3)安裝支架之前,需要在地面對支墩定位點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí),之后在工字鋼頂部上標(biāo)注鋼梁安裝就位和標(biāo)高控制點(diǎn)。(4)觀察現(xiàn)場路面,對地面承載力進(jìn)行考察,進(jìn)一步調(diào)查路面硬化、地基、坡度等情況。若地面情況較差,可通過澆筑混泥土平整作業(yè)面等方法提升支架體系的穩(wěn)定性。(5)支撐體架在使用過程中要定期檢查。檢查工字鋼的繞度、焊縫的質(zhì)量、千斤頂安全可靠性,支撐體系系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性,并做好沉降觀測記錄。

4 結(jié) 論

高速公路橋梁建設(shè)中鋼箱梁應(yīng)用較為廣泛,但其施工技術(shù)要求也較為嚴(yán)格,施工單位需在充分獲取現(xiàn)場地質(zhì)資料的前提下,做好鋼箱梁加工方案的設(shè)計(jì),并按照規(guī)范進(jìn)行鋼箱梁的安裝,嚴(yán)格控制好結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及質(zhì)量,以確保高速公路橋梁營運(yùn)安全。在黃橋樞紐互通B匝道橋高速公路鋼箱梁施工中,由于前期對施工進(jìn)行了合理的規(guī)劃,并且所有工作人員的協(xié)作下,對鋼箱梁進(jìn)行了制作和順利安裝至設(shè)計(jì)位置,最終滿足了施工前制定的施工要求。該工程所采取的鋼箱梁制作與安裝施工工藝具有可行性,但是研究內(nèi)容或許存在一些不足之處,可從中汲取經(jīng)驗(yàn),并靈活應(yīng)用于類似的鋼箱梁施工中。