超大截面鋼箱梁橋位制造與施工技術(shù)

宋一雷，戴宇超

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

1 引言

全球各地的大跨度橋梁中，鋼箱梁結(jié)構(gòu)是最常被采用的結(jié)構(gòu)，它以便于架設(shè)，方便制造，可用跨度大為特點(diǎn)而活躍于大跨度橋梁的設(shè)計(jì)中。由于全國甚至全球各地的制造及運(yùn)輸成本的問題，為了減少現(xiàn)場管理的負(fù)擔(dān)，鋼箱梁制作一般采用工廠、橋位相結(jié)合的方式。而其中超大截面的鋼箱梁為滿足運(yùn)輸需求，通常會(huì)采用板單元工廠制造、現(xiàn)場工地拼裝箱體的方式。本文以齊魯黃河大橋?yàn)槔?，介紹超大截面鋼箱梁的橋位工地流水線的制造工藝。

齊魯黃河大橋主橋結(jié)構(gòu)形式為網(wǎng)狀吊桿組合梁拱橋，橋梁總長3 077.2 m，包括主橋、南北岸接線引橋、匝道橋梁等結(jié)構(gòu)，將制造步驟共分為板單元制造和鋼箱梁整體拼裝兩個(gè)階段。

2 鋼箱梁橋位現(xiàn)場節(jié)段拼裝

現(xiàn)場組裝鋼箱梁節(jié)段，由多個(gè)且不同的板單元進(jìn)行裝配，最終在胎架上組成梁段。胎架應(yīng)使用專用胎架，提交設(shè)計(jì)要求并進(jìn)行計(jì)算，之后通過馬板對板單元進(jìn)行固定。為避免暴力拆卸對母材造成損傷，產(chǎn)生咬邊及弧坑，現(xiàn)場人員應(yīng)對馬板相關(guān)的拆除進(jìn)行監(jiān)督，嚴(yán)禁以錘擊的方式拆除馬板，應(yīng)在距母材表面1～3 mm 處用氣割切除，并在切割完成后，對該位置進(jìn)行打磨[1]。

鋼箱梁的專用胎架適用于整體組裝，在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)確保其承載力，防止后續(xù)生產(chǎn)組裝過程中因胎架承載力不足，基礎(chǔ)發(fā)生沉降，從而影響鋼箱梁的成形，造成形變或損傷。與此同時(shí)，專用胎架的設(shè)計(jì)應(yīng)保證剛度，防止在后續(xù)拼裝時(shí)胎架變形，對鋼箱梁的外形造成影響，最終導(dǎo)致鋼箱梁發(fā)生形變或在局部位置積聚應(yīng)力，產(chǎn)生安全隱患。為控制胎架的位置及高程，需要設(shè)立基準(zhǔn)點(diǎn)，嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)整，防止誤差的產(chǎn)生。而在后續(xù)的鋼箱梁組裝時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)可以便于對板單元位置或各種構(gòu)件進(jìn)行定位，從而確保鋼箱梁段整體的精度要求，減小制作時(shí)的誤差。

鋼箱梁總拼時(shí)，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行組裝、焊接和預(yù)拼裝，這樣能有效地減少后續(xù)的時(shí)間損耗，加快生產(chǎn)進(jìn)度。根據(jù)場地的長度，以“10+1”為基準(zhǔn)，在場地進(jìn)行連續(xù)的鋼箱梁組裝及預(yù)拼裝步驟。鋼箱梁每輪完成時(shí)，應(yīng)確保最后一處節(jié)段用于下輪的總拼，從而控制每一輪鋼箱梁節(jié)段裝配的線型，減少橋位現(xiàn)場裝配可能出現(xiàn)的誤差及錯(cuò)誤。

鋼箱梁總拼并驗(yàn)收合格后，將分段運(yùn)至整體報(bào)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行修補(bǔ)和完工報(bào)驗(yàn)。在打磨與完工報(bào)驗(yàn)結(jié)束后，以液壓平板車依順序?qū)⒎侄芜\(yùn)至涂裝廠房進(jìn)行打砂涂裝。涂裝完成后用液壓平板車轉(zhuǎn)至緩存區(qū)和提梁區(qū)。

3 鋼箱梁橋位流水線施工

鋼箱梁涂裝完成并轉(zhuǎn)運(yùn)至提梁區(qū)后，由現(xiàn)場工人對梁段編號進(jìn)行涂裝標(biāo)識，具體位置及要求按涂裝工藝執(zhí)行。之后，安設(shè)吊裝用吊耳，確認(rèn)吊耳與鋼絲繩連接無誤后，通過設(shè)置好的提梁站將鋼箱梁吊起，如圖1 所示。

圖1 鋼箱梁提梁站起吊

鋼箱梁起吊至一定高度后，懸停數(shù)分鐘確定其穩(wěn)定性。然后通過下方的滑移軌道，將托梁用平臺移動(dòng)至鋼箱梁下方。之后提梁站下放鋼箱梁至平臺上，確保放置平穩(wěn)后拆除吊索具。通過滑移軌道將鋼箱梁移動(dòng)至橋位位置。如圖2 所示。

圖2 滑移軌道與運(yùn)梁平臺

鋼箱梁到達(dá)指定位置后，通過牽引繩索與橋位支架上的液壓千斤頂（見圖3）進(jìn)行步履式頂推，使鋼箱梁節(jié)段與前一節(jié)段相接，之后進(jìn)行線型的調(diào)整與焊接。焊接完成的節(jié)段通過步履式頂推往前端進(jìn)行移動(dòng)。

圖3 液壓千斤頂

3.1 提梁站與運(yùn)梁平臺的選用

為減少耗時(shí)與成本，鋼箱梁橋位的提升，采用提梁站的方式進(jìn)行操作。提梁站有著起吊跨度大、可提升噸位大的優(yōu)點(diǎn)。常見的提梁站的設(shè)計(jì)，分為移動(dòng)式提梁站與固定式提梁站兩種方案。其中，移動(dòng)式提梁站便于拆裝，能方便靈活地在不同位置進(jìn)行移動(dòng)，對于整個(gè)施工現(xiàn)場的吊裝工作能有效靈活地進(jìn)行操作。而固定式提升站安全性能更高，便于組裝，施工速度提升速度更快而便捷。綜合現(xiàn)場環(huán)境考慮，最終選用了固定式提升站作為鋼箱梁節(jié)段提升用的方案。

運(yùn)梁平臺采用滑軌式設(shè)計(jì)，通過牽引機(jī)構(gòu)的拉動(dòng)，能有效地在橋位與提梁站之間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，便于鋼箱梁節(jié)段的運(yùn)輸。運(yùn)輸平臺需要能有效承受鋼箱梁節(jié)段的重量，按照工藝要求進(jìn)行施工。提梁并運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)搭設(shè)警戒線，防止運(yùn)梁過程中發(fā)生碰撞或其他安全事故。

3.2 橋位頂推的選用

相較于其他的橋位鋼箱梁移動(dòng)方案，橋位頂推施工是目前橋梁建設(shè)中經(jīng)常采用的方式。頂推的優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)器所需設(shè)備簡便，無須大型起重設(shè)備吊裝鋼箱梁。其次，節(jié)省橋位施工用地，無須占用多處地點(diǎn)進(jìn)行吊裝設(shè)備的安裝與鋼箱梁的存放。整體模板便于周轉(zhuǎn)，同時(shí)，因其千斤頂與牽引繩索位于橋位支架上方，在橋梁建設(shè)中不會(huì)影響通航，能有效節(jié)約勞動(dòng)力，施工更加安全。常見于連續(xù)梁、簡支梁、拱橋、斜拉橋等結(jié)構(gòu)[2]。

頂推施工工藝類型主要分為后頂式、拖拉式、軌道式和步履式等，其中以拖拉式及步履式較為常見。

步履式頂推的工作原理，是通過總控與分控相互結(jié)合的方式，同步操作位于橋位支架上方的液壓千斤頂，可以有效地保證液壓千斤頂頂推時(shí)的同步性，防止發(fā)生偏差。同時(shí)，該頂推方案的滑動(dòng)面與鋼箱梁底部無關(guān)，液壓千斤頂與鋼箱梁接觸面較小，不會(huì)發(fā)生大規(guī)模的摩擦，對鋼箱梁主體結(jié)構(gòu)的傷害降到了最低。步履式頂推的支反力由于計(jì)算機(jī)控制的原因，便于及時(shí)調(diào)整與檢查[3]。

拖拉式頂推的工作原理，是在輔助水泥墩與過渡墩之間，按照工藝要求，鋪設(shè)搭建對應(yīng)的鋼桁架平臺。該平臺的搭建便于后續(xù)板單元的拼裝，并且在其上設(shè)置滑道與頂推用千斤頂，與輔助水泥墩及鋼箱梁主塔的橫梁上同步搭設(shè)，從而通過千斤頂循環(huán)重復(fù)運(yùn)作，拉動(dòng)對應(yīng)的鋼絞線牽引拖拉滑靴移動(dòng)，直到完成鋼箱梁的頂推。該頂推方案對鋼橋的地形要求低，可以在山區(qū)大跨度進(jìn)行使用，機(jī)械組合較為常見，便于采購，便于工期的控制。鋼橋的拼裝精度較高，易于控制施工質(zhì)量。同時(shí)，比起步履式頂推施工，該施工可用于多個(gè)作業(yè)面整體同步施工，從而有效控制制作工期。

齊魯黃河大橋根據(jù)現(xiàn)場情況與不同方案的綜合考慮，步履式頂推在施工控制，鋼箱梁損傷以及主體結(jié)構(gòu)的整體受力都明顯較推拉式頂推更優(yōu)，具體分析見表1。所以最終選用了步履式頂推的方式進(jìn)行橋位鋼箱梁的移動(dòng)。

表1 步履式頂推與拖拉式頂推法對比分析

鋼箱梁橋位吊裝采用的提梁站—運(yùn)梁小車—橋位支架的工作流程，其優(yōu)點(diǎn)在于降低了橋位鋼箱梁運(yùn)輸?shù)睦щy與損耗。通過液壓千斤頂與牽引繩索對鋼箱梁進(jìn)行位移，僅需在主橋最南側(cè)進(jìn)行提梁站的搭設(shè)，從而避免了梁段運(yùn)輸?shù)膯栴}。

3.3 橋位現(xiàn)場作業(yè)

鋼箱梁節(jié)段在橋位頂推至前一節(jié)段后，通過監(jiān)控單位的數(shù)據(jù)計(jì)算，調(diào)整出適當(dāng)?shù)木€型與高程，之后用馬板固定后再進(jìn)行焊接。橋位現(xiàn)場的工作主要分為以下內(nèi)容：（1）不同鋼箱梁節(jié)段之間的接口環(huán)縫的焊接與檢驗(yàn)；（2）鋼箱梁內(nèi)部U 肋與I肋之間的連接板，高強(qiáng)螺栓的安裝與緊固；（3）U 肋及I 肋嵌補(bǔ)段之間的打磨焊接、焊縫檢查等；（4）油漆補(bǔ)涂與一些附屬設(shè)施，如水管等的安裝。

鋼箱梁節(jié)段通過運(yùn)梁平臺轉(zhuǎn)送至頂推平臺上時(shí)，需要通過全站儀對其線型與預(yù)拱度進(jìn)行測量，確保其精度與準(zhǔn)確度，同時(shí)，按照監(jiān)控單位要求，預(yù)防一定的焊接反變形量。在后續(xù)橋位現(xiàn)場作業(yè)中，鋼箱梁環(huán)縫焊接完成后，需再次通過全站儀復(fù)測其線型，如有影響，則需要再次修正，從而保證整體線型無誤，滿足項(xiàng)目工藝要求與施工要求。

頂板、底板、斜底板、腹板環(huán)焊縫無損探傷檢驗(yàn)合格后，安裝高強(qiáng)螺栓，并進(jìn)行初擰。初擰完成后對全部高強(qiáng)度螺栓復(fù)擰；按同樣的順序完成高強(qiáng)度螺栓的終擰，并用密封膠密封螺紋。

4 結(jié)語

超大截面鋼箱梁的橋位制造過程中，以基準(zhǔn)控制、公差控制等措施，減小了鋼箱梁的誤差，確保了精度的控制，從而減少了實(shí)際裝配中的失誤。節(jié)段預(yù)拼裝的操作，有效確保了整體線型及端口匹配平順，減少了后續(xù)的調(diào)整，大幅度提高了制造效率。而提梁站與步履式頂推方式的選擇，能有效進(jìn)行施工控制，減小鋼箱梁損傷及主體結(jié)構(gòu)的整體受力，減少現(xiàn)場施工的工期流程與額外的運(yùn)輸?shù)认?，為以后相似類型的超大截面鋼箱梁橋位的流水線設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。