高速公路特大橋鋼箱梁節(jié)段的吊裝工藝和焊接技術(shù)

摘要：簡介都安高速公路烏養(yǎng)樞紐特大橋工程概況，闡述了烏養(yǎng)樞紐特大橋鋼箱梁的吊裝施工步驟以及臨時(shí)支架布設(shè)、制作、地基處理、安裝和鋼箱梁節(jié)段吊裝等方面的吊裝施工工藝，繼而論述鋼箱梁節(jié)段和挑臂翼板焊接順序以及相臨鋼箱梁節(jié)段的橫向環(huán)縫、底板、頂板、腹板、橫隔板等多個(gè)連接部位焊縫的焊接技術(shù)。

關(guān)鍵詞：特大橋；鋼箱梁節(jié)段；吊裝工藝；焊接技術(shù)

0 引言

高速公路交通系統(tǒng)中的橋梁是不可或缺的組成部分，而鋼箱梁在這一系統(tǒng)中扮演著重要角色。鋼箱梁具有受力結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、施工快速簡便以及影響因素較小等諸多優(yōu)勢(shì)，因此成為公路建設(shè)中橋梁結(jié)構(gòu)的首選[1]。鋼箱梁采用獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠承受較大的荷載，有利于保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性[2]。在實(shí)際施工中，根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)制定施工工藝，有利于確保鋼箱梁的安裝質(zhì)量和工程效果。

本文以都安高速公路烏養(yǎng)樞紐特大橋?yàn)橐劳?，闡述了烏養(yǎng)樞紐特大橋鋼箱梁的吊裝施工步驟以及臨時(shí)支架布設(shè)、制作、地基處理、安裝和鋼箱梁節(jié)段吊裝等方面的吊裝施工工藝，論述鋼箱梁節(jié)段和挑臂翼板焊接順序以及相臨鋼箱梁節(jié)段的橫向環(huán)縫、底板、頂板、腹板、橫隔板等多個(gè)連接部位焊縫的焊接技術(shù)

1 工程概況

都安高速公路東起都勻市，西至安順市，屬于都香（都勻-香格里拉）高速的東段，通過都勻市的烏養(yǎng)樞紐匝道橋連接夏蓉（廈門至成都）高速公路。烏養(yǎng)樞紐特大橋主橋和兩座匝道橋上跨夏蓉高速。烏養(yǎng)樞紐特大橋主橋和兩座匝道橋及其支架布置如圖1所示。

烏養(yǎng)樞紐特大橋主線第一聯(lián)左、右幅為1×46m正交工字組合簡支鋼箱梁橋，單幅寬12.75m，主梁高2.6m，設(shè)計(jì)分為5個(gè)梁段，質(zhì)量最大的小節(jié)段為GL3梁段，單片為10.026t。

烏養(yǎng)樞紐特大橋主線左幅第四聯(lián)為1×44m簡支鋼-混箱型組合梁橋，寬度為18.635～20.471m，梁高2.2m，設(shè)計(jì)分為5個(gè)梁段。其中，質(zhì)量最大的小節(jié)段為C梁段，單片為18.878t。

E匝道橋第二聯(lián)為1×47m簡支鋼-混箱型組合梁橋，寬度為9m，梁高2.2m，設(shè)計(jì)分為5個(gè)梁段。其中，質(zhì)量最大的小節(jié)段為B梁段，單片為18.284t。

G匝道橋第二聯(lián)為1×47m簡支鋼-混箱型組合梁橋，寬度為9.11～10.12m，梁高2.2m，設(shè)計(jì)分為5個(gè)梁段。質(zhì)量最大的小節(jié)段為B梁段，單片為18.284t。

H匝道2號(hào)橋第一聯(lián)為23m+45m+23m雙箱室鋼箱梁橋，寬度為10.5m，梁高2m，廠家縱向（橋長）等分為9段，橫向（橋?qū)挘┓譃?段，單片小節(jié)段的最大質(zhì)量為20t。

A匝道1號(hào)橋第一聯(lián)為45m+45m雙箱室鋼箱梁橋，寬度為12.5m，梁高2m，廠家縱向（橋長）等分為7段，橫向（橋?qū)挘┓譃?段，單片小節(jié)段的最大質(zhì)量為30t。

K2+520天橋?yàn)橐宦?lián)22m+32m+22m單箱室鋼箱梁橋，寬度為5.5m，梁高1.45m，廠家縱向（橋長）等分為7段，橫向（橋?qū)挘┓譃?段，單片小節(jié)段的最大質(zhì)量為9.0t。

2 鋼箱梁節(jié)段吊裝施工工藝

2.1 吊裝施工步驟

在烏養(yǎng)樞紐特大橋施工期間，現(xiàn)有的廈蓉高速不能全封閉施工。本項(xiàng)目鋼箱梁節(jié)段吊裝采取半幅路施工的方式，從主線大里程往小里程方向進(jìn)行鋼箱梁節(jié)段吊裝施工，其施工順序?yàn)椋篈匝道1號(hào)橋→H匝道2號(hào)橋→E匝道橋→烏養(yǎng)特大橋第一聯(lián)的左幅→烏養(yǎng)特大橋第一聯(lián)的右幅→G匝道橋→烏養(yǎng)特大橋左幅第四聯(lián)→K2+520天橋。

鋼箱梁節(jié)段安裝劃分為5個(gè)階段：施工準(zhǔn)備→鋼箱梁節(jié)段吊裝及測(cè)量→鋼箱梁節(jié)段焊接及檢驗(yàn)→臨時(shí)支架的拆除→面漆涂裝。

2.2 臨時(shí)支架布設(shè)位置

都安高速上跨廈蓉高速，施工期間僅能封閉廈蓉高速的半幅路，因此上跨廈蓉高速的所有鋼箱梁的安裝，均可進(jìn)行該半幅路上的同步施工。根據(jù)實(shí)地考察和測(cè)量數(shù)據(jù)，支撐鋼箱梁節(jié)段的部分臨時(shí)支架，需要設(shè)置在廈蓉高速的中央隔離帶上，其余臨時(shí)支架設(shè)置在廈蓉高速路面上。鋼箱梁節(jié)段和臨時(shí)支架布設(shè)位置如圖2所示。

臨時(shí)支架的立柱和橫梁是關(guān)鍵部件，在制作之前需對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行仔細(xì)考察和測(cè)量，以確保臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)的合理性、尺寸的準(zhǔn)確性和安裝的穩(wěn)定性。根據(jù)實(shí)地考察和測(cè)量數(shù)據(jù)，臨時(shí)支架的立柱采用鋼管制作，其橫梁采用熱軋H型鋼制作。

夏蓉高速中央綠化帶基礎(chǔ)上使用的臨時(shí)支架2采用規(guī)格為?406×8mm的鋼管作為立柱，總共需要35根。夏蓉高速路面上使用的臨時(shí)支架1使用規(guī)格為?273×8mm的鋼管作為立柱，共計(jì)需要11根。

2.3 臨時(shí)支架地基處理

在安裝臨時(shí)支架之前，需對(duì)安裝臨時(shí)支架的地面進(jìn)行測(cè)量和找平。如果發(fā)現(xiàn)安裝部位的基礎(chǔ)存在問題，需要進(jìn)行處理，如平整、硬化或者加鋪鋼板，以滿足安裝要求。

臨時(shí)支架安裝在中央綠化帶混凝土地基上時(shí)，臨時(shí)支架2的底部采用4塊鋼板鋪墊，并使用膨脹螺栓與混凝土地基固定。

臨時(shí)支架安裝在中央綠化帶種植區(qū)域時(shí)，必須清除臨時(shí)支架投影面四邊1.0m范圍的種植土并進(jìn)行充分壓實(shí)，以保證土體密實(shí)度不低于96%。在此基礎(chǔ)上采用填充混凝土、鋪墊鋼板等固定措施。

2.4 臨時(shí)支架安裝

2.4.1 測(cè)量定位

根據(jù)橋梁的中心線、支墩軸線以及鋼箱梁節(jié)段的劃分情況，使用全站儀進(jìn)行測(cè)量，以校準(zhǔn)臨時(shí)支架的坐標(biāo)和標(biāo)高，保證臨時(shí)支架的位置和高度的準(zhǔn)確性，使其與橋梁結(jié)構(gòu)相吻合。在支架安裝位置的地面標(biāo)識(shí)出每根立柱的定位點(diǎn)。

2.4.2 完成安裝

在臨時(shí)支架之前，先將2根鋼管組合為制作單元，然后再將制作單元拼裝成整體臨時(shí)支架。安裝時(shí)使用25t全液壓汽車式起重機(jī)，在封路區(qū)域內(nèi)進(jìn)行吊裝作業(yè)。吊裝作業(yè)完成后，需要在臨時(shí)支架橫梁上標(biāo)注鋼箱梁節(jié)段的安裝就位點(diǎn)和標(biāo)高控制點(diǎn)。

2.5 鋼箱梁節(jié)段吊裝

2.5.1 吊裝順序

以G、E匝道第二聯(lián)為例，對(duì)鋼箱梁的吊裝作詳細(xì)表述。鋼箱梁橫向分節(jié)段制作，在梁段吊裝之前，先在地面將每跨鋼箱梁的D、A1節(jié)段完成對(duì)拼和焊接，然后按照?qǐng)D2所示G-01→G-02→G-03→G-04的順序進(jìn)行吊裝、就位和焊接。

2.5.2 吊裝過程

封閉廈蓉高速左幅，吊裝G-01和G-02節(jié)段，焊接后由支架2支撐，撤除C節(jié)段與D節(jié)段之間的支架1。待封閉廈蓉高速右幅后，再進(jìn)行G-03和G-04節(jié)段的吊裝和焊接作業(yè)。

封閉廈蓉高速左幅時(shí)，因運(yùn)輸方向?yàn)閳D1中從左至右，故先吊裝E匝道橋（縱向分段由圖1所示從右至左進(jìn)行吊裝），再吊裝烏養(yǎng)特大橋第一聯(lián)左幅，然后是烏養(yǎng)特大橋第一聯(lián)右幅，最后進(jìn)行G匝道橋第二聯(lián)的吊裝。

E匝道橋的D、A1節(jié)段焊接為一體后，其質(zhì)量最大約為28t?，F(xiàn)場工作半徑最大的節(jié)段為G匝道第二聯(lián)的A段，其工作半徑為12m，起吊高度為6m，使用130t汽車起重機(jī)能夠輕松完成此項(xiàng)任務(wù)。

3 鋼箱梁節(jié)段焊接技術(shù)

3.1 鋼箱梁節(jié)段和挑臂翼板焊接順序

3.1.1 鋼箱梁節(jié)段焊接順序

將鋼箱梁節(jié)段吊裝到位、調(diào)整好間隙后再焊接[3-5]。鋼箱梁節(jié)段焊接順序如下：首先，焊接節(jié)段的橫剖面（節(jié)段之間的預(yù)留焊縫），包括底板的縱向?qū)雍缚p，橫隔板與底板、頂板、腹板的角焊縫，頂板的縱向?qū)雍缚p，腹板與頂板的仰角焊縫，挑臂翼板焊縫等；然后，焊接相鄰節(jié)段之間的橫向環(huán)縫；最后，焊接相鄰節(jié)段之間的縱肋加勁嵌補(bǔ)部位。

3.1.2 挑臂翼板的焊接順序

鋼箱梁橋位兩側(cè)的挑臂翼板需要與相鄰鋼箱梁進(jìn)行吊裝焊接，其焊接順序如下：首先，焊接底板的縱向?qū)雍缚p；其次，焊接頂板的縱向?qū)雍缚p，包括挑臂翼板頂板的對(duì)接焊縫；再次，焊接橫隔板與中腹板的立角焊縫；接著，焊接中腹板、橫隔板與頂板、底板之間的預(yù)留角焊縫，然后，焊接挑臂隔板與鋼箱梁腹板的角焊縫；最后，焊接挑臂翼板與鋼箱梁腹板的角焊縫。鋼箱梁節(jié)段橫剖面焊接順序如圖3所示。

3.2 相臨鋼箱梁節(jié)段橫向環(huán)縫的焊接

焊接相臨鋼箱梁節(jié)段之間的橫向環(huán)縫時(shí)，應(yīng)從梁段中間向兩邊對(duì)稱施焊。其焊接順序?yàn)椋旱装宓臋M向?qū)雍缚p→頂板的橫向?qū)雍缚p→腹板的立對(duì)接焊縫→縱肋加勁嵌補(bǔ)部位的對(duì)接焊縫及角焊縫。

圖3中，序號(hào)1為底板橫向?qū)雍缚p，從梁段中間向兩端對(duì)稱施焊。序號(hào)2為頂板橫向?qū)雍缚p，同時(shí)對(duì)稱進(jìn)行打底焊接，由埋弧焊機(jī)進(jìn)行填充、蓋面焊接。序號(hào)3、4為腹板立面對(duì)接焊縫，鋼箱梁兩側(cè)立對(duì)接焊縫同時(shí)對(duì)稱進(jìn)行。立焊時(shí)，只允許進(jìn)行向上立焊，嚴(yán)禁進(jìn)行向下立焊。

3.3 焊接縱肋加勁嵌補(bǔ)部位

待相鄰鋼箱梁環(huán)縫焊接完成后，再焊接縱肋加勁嵌補(bǔ)部位。I型、T型縱肋嵌補(bǔ)段的對(duì)接焊縫采用陶質(zhì)襯墊CO2氣體保護(hù)焊，U型縱肋嵌補(bǔ)的對(duì)接焊縫采用鋼襯墊CO2氣體保護(hù)焊。焊接縱肋（U型、I型）嵌補(bǔ)部位的焊縫，先施焊對(duì)接焊縫，再施焊焊角接焊縫。

3.4 鋼箱梁底板和頂板焊縫的焊接

相鄰鋼箱梁底板和頂板之間的焊縫是焊接過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。首先采用單面焊雙面成形工藝完成底板和頂板焊縫。這種工藝可以提高生產(chǎn)效率，確保焊接的牢固性和密封性。

底層焊縫采用CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊進(jìn)行焊接，選擇ER50-6/?1.2mm焊絲。而其余的焊縫則使用H08Mn2E/?5.0mm焊絲、采用埋弧自動(dòng)焊來完成焊接。

由于焊縫端部往往難以加裝足夠長度的引板，容易造成焊縫缺陷且難以進(jìn)行有效檢測(cè)，因此在相鄰鋼箱梁拼裝時(shí)，預(yù)留前一節(jié)段鋼箱梁焊縫端部200mm長度不進(jìn)行焊接，待下一鋼箱梁節(jié)段銜接時(shí)再統(tǒng)一焊接，以保證焊縫質(zhì)量，避免焊接缺陷。

3.5 腹板與頂板焊縫的焊接

腹板與頂板焊縫采用角焊縫的單面焊雙面成形工藝，焊接方法為CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊和埋弧自動(dòng)焊相結(jié)合的焊接方法，腹板和邊頂板都機(jī)加工單側(cè)V形坡口。

3.6 橫隔板連接焊縫的焊接

橫隔板與外腹板焊縫、橫隔板與頂?shù)装搴缚p、橫隔板角接焊縫以及其余焊縫全部采用CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊焊接，配備ER50-6/?1.2mm焊絲，以減小焊接變形。橫隔板與橫肋的對(duì)接焊縫以及橫肋對(duì)接焊縫，也采用CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊焊接，配ER50-6?/1.2mm焊絲。焊接時(shí)，先焊接橫肋之間的立位對(duì)接焊縫，后焊接橫肋與橫隔板間橫位對(duì)接焊縫，兩種焊縫為單面焊雙面成形工藝。

4 結(jié)束語

在進(jìn)行鋼箱梁吊裝施工時(shí)，必須制定科學(xué)合理的施工方案，對(duì)鋼箱梁的制作、焊接、運(yùn)輸和吊裝和焊接采取適當(dāng)?shù)拇胧?。同時(shí)要制定合理的交通疏導(dǎo)措施，確保交通暢通和安全施工，以確保施工過程中交通順暢和施工安全。

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