連續(xù)結(jié)構(gòu)鋼箱梁無(wú)臨時(shí)墩整跨安裝技術(shù)的應(yīng)用

郭煥龍

（中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司，山東 濟(jì)南 250300）

1 連續(xù)結(jié)構(gòu)鋼箱梁相關(guān)簡(jiǎn)介

道路設(shè)計(jì)為自行車專用道，橋跨布置兼顧經(jīng)濟(jì)性、功能性與整體景觀效果，采用橋跨形式為3m×20m+4m×20m+3m×20m，均為等截面連續(xù)鋼箱梁，鋼箱梁采用全焊結(jié)構(gòu)，平面線型采用直線+圓曲線形式。梁板頂寬5.5m，底寬2.1m，梁高1m，箱梁頂板懸臂長(zhǎng)1.75m，鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)斷面如圖1 所示。橋梁頂、底板厚度為16mm，腹板厚度為16mm 和18mm，頂、底板加勁肋采用12mm 厚的板肋，腹板縱向加勁肋采用16mm 厚的板肋，箱式內(nèi)腹板豎向加勁肋及橫隔板標(biāo)準(zhǔn)間距為0.8m，為增加橫向受力的均勻性和防止箱梁傾覆，在有支座的中墩及邊墩墩頂局部范圍灌注C40 微膨脹混凝土。墩柱采用雙向側(cè)傾的四柱式鋼管混凝土橋墩，墩柱伸入承臺(tái)1.5m，承臺(tái)為2 層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。

圖1 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)三維示意圖

因場(chǎng)地受限，鋼箱梁須在工廠加工焊接完成，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后用大型汽車吊安裝就位，橋跨間因受場(chǎng)地及交通導(dǎo)行影響，拼接縫處不便設(shè)置臨時(shí)墩。鋼箱梁無(wú)臨時(shí)墩整跨安裝技術(shù)利用合理的橋跨分段，另外加設(shè)就位措施，保障鋼箱梁安全、精準(zhǔn)就位，從而節(jié)約了做輔助支墩、支架的成本，避免了做臨時(shí)墩對(duì)場(chǎng)地有要求的問(wèn)題，也縮短了安裝的時(shí)間。

2 鋼箱梁安裝技術(shù)

2.1 鋼箱梁分段

鋼箱梁分段綜合考慮了拼接縫焊接的操作空間、拼接縫處的應(yīng)力集中、便于運(yùn)輸?shù)跹b以及接縫處的彎矩等多重因素，確定鋼箱梁安裝以橋臺(tái)及墩柱為支撐，不再另行搭設(shè)臨時(shí)墩，鋼箱梁拼接縫設(shè)在距離墩身中心線外挑2m 的位置。安裝時(shí)，以安裝完成的箱梁及前方墩臺(tái)為支點(diǎn)，逐孔安裝。

具體為橫向不分段，縱向按以下方式分段，如圖2 所示（以其中一聯(lián)三跨為例，跨徑均為20m，分段長(zhǎng)以拼接縫中心線為計(jì)算點(diǎn)）。第一跨：分段長(zhǎng)22m；第二跨：分段長(zhǎng)20m；第三跨：分段長(zhǎng)18m。

圖2 一聯(lián)鋼箱梁分段圖（單位：m）

2.2 鋼箱梁拼接縫細(xì)部說(shuō)明

為了解決拼接縫處應(yīng)力集中的問(wèn)題，拼接縫處采用分臺(tái)階法留取，鋼箱梁構(gòu)件分布如圖3 所示，其中附著在F1上的加強(qiáng)肋板比面板長(zhǎng)15cm，附著在F2、N2 上的加強(qiáng)肋板比面板短15cm，以便于焊接和避免應(yīng)力集中。

圖3 鋼箱梁構(gòu)件分布圖

每個(gè)臺(tái)階長(zhǎng)30cm，共計(jì)分為5 個(gè)臺(tái)階，拼接縫布置如圖4 所示。

2.3 鋼箱梁就位導(dǎo)向設(shè)置

因鋼箱梁為整跨運(yùn)輸，屬于超寬超長(zhǎng)車輛，多數(shù)情況下為夜間運(yùn)輸和安裝，時(shí)間緊迫，故如何能快速精準(zhǔn)就位是鋼箱梁安裝的技術(shù)關(guān)鍵，該文僅說(shuō)明拼接縫處左右和前后的就位控制方法，其他位置按照通常梁板安裝方法施工，該文不再贅述。

鋼箱梁制作時(shí)必須采用長(zhǎng)線臺(tái)座，待一聯(lián)鋼箱梁全部制作完成后再按照拼接縫布置解體。

拼接縫處左右方向控制須在鋼箱梁的F1和F2上設(shè)置左右臨時(shí)限位導(dǎo)向板，導(dǎo)向限位板如圖5 所示，鋼箱梁固定焊接完成后解除。F1 限位導(dǎo)向板幾何尺寸為20cm×20cm×2cm，縱向外漏10cm，F(xiàn)2限位導(dǎo)向板幾何尺寸為40cm×40cm×2cm，垂直方向外漏20cm。

圖4 鋼箱梁拼接縫立面示意圖（單位：cm）

圖5 導(dǎo)向限位板布置圖

前后方向控制采用軟連接。在鋼箱梁頂板上臨時(shí)設(shè)置2 條手拉葫蘆軟連接，待鋼箱梁大致位置已對(duì)齊但還未完全落梁之前用手拉葫蘆進(jìn)行微調(diào)，鋼箱梁完全對(duì)齊后進(jìn)行落梁。落梁后采用馬板及時(shí)進(jìn)行固定，馬板宜采用20cm×10cm×1cm 的矩形鋼板，沿分段接口方向在頂板上每間隔50cm 布置1 個(gè)。

2.4 鋼箱梁工地組裝焊接

工地組裝焊接主要是鋼梁制作節(jié)段之間的焊接，待節(jié)段就位后，調(diào)整好橋梁整體線形和焊縫間隙統(tǒng)一進(jìn)行焊縫的施焊工作。

節(jié)段間的焊接至關(guān)重要，是連續(xù)鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)承重的薄弱點(diǎn)，也是橋梁線性控制的重要環(huán)節(jié)，合理的梁段環(huán)縫的施焊順序能夠防止焊接變形、減少焊縫內(nèi)應(yīng)力，保證外形尺寸及焊接質(zhì)量。

每條環(huán)縫的焊接順序：頂板、底板定位加強(qiáng)焊→頂板、底板、腹板對(duì)接縫焊接→縱肋嵌補(bǔ)段對(duì)接縫焊接→縱肋與底板的角焊縫焊接。

每條縱縫的焊接順序：隔板對(duì)接立焊縫→底板與隔板焊縫→底板定位加強(qiáng)焊→底板對(duì)接焊縫焊接。

所有環(huán)縫全部采用馬板定位焊接，頂板、底板和腹板焊縫焊接時(shí)焊縫的接頭避開(kāi)十字接頭部位。

現(xiàn)場(chǎng)頂板、底板以及腹板對(duì)接焊縫由2 名焊工對(duì)稱焊接，橫向?qū)雍缚p采用埋弧焊蓋面。嵌補(bǔ)段先焊接嵌補(bǔ)對(duì)接，后焊接嵌補(bǔ)角接；加勁肋嵌補(bǔ)的焊接應(yīng)從梁段中心向兩邊對(duì)稱施焊。

2.5 鋼箱梁吊裝調(diào)平、就位與運(yùn)輸保護(hù)

鋼箱梁吊裝調(diào)平、就位與運(yùn)輸保護(hù)需要注意以下6 點(diǎn)：1）鋼箱梁的重心位置計(jì)算是鋼箱梁吊裝中最為關(guān)鍵的一步，重心計(jì)算不準(zhǔn)將會(huì)導(dǎo)致就位困難而且就位精度不高，嚴(yán)重的可能會(huì)造成吊裝事故。根據(jù)箱梁吊裝時(shí)的結(jié)構(gòu)形式和梁段質(zhì)量，準(zhǔn)確計(jì)算出梁段的重心位置，在各段箱梁兩端處合理布置吊耳。2）根據(jù)箱梁縱坡、預(yù)拱度值以及現(xiàn)場(chǎng)吊裝工況，選擇適當(dāng)?shù)牡跹b鋼絲繩、卸扣和鏈條葫蘆等工具，并確定吊鉤兩端鋼絲繩的長(zhǎng)度。3）吊裝梁段接近作業(yè)面時(shí)，利用手拉葫蘆連接，通過(guò)調(diào)整手拉葫蘆的長(zhǎng)短控制鋼箱梁的位置。4）鋼箱梁吊裝過(guò)程中需要不斷調(diào)整其狀態(tài)，通過(guò)粗調(diào)和精調(diào)，確保鋼箱梁順利安裝到位。5）吊裝前在梁段上系設(shè)好2 根纜風(fēng)繩，以控制梁段在空中時(shí)的狀態(tài)。在達(dá)到預(yù)定起升高度時(shí)（超過(guò)臨時(shí)支架頂表面1m 以上），吊車緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)主臂至橋位上空后，吊裝指揮人員指揮吊車緩慢落鉤將梁段吊至臨時(shí)支架頂面10cm 左右停下，然后參照事先放出鋼箱梁底板邊線、中心線將鋼箱梁初步定位后吊車再繼續(xù)緩慢落鉤至安裝位置完成精確定位。6）在鋼箱梁裝車、運(yùn)輸以及吊裝過(guò)程中，要對(duì)鋼箱梁進(jìn)行成品保護(hù)，由于鋼結(jié)構(gòu)為剛性構(gòu)件，因此需要用柔性材料固定，在下方要墊放枕木，枕木上方要鋪有塑料布，以防止漆膜受損；鏢繩打緊并墊上鋼包角，防止鋼梁邊角處損壞；個(gè)別構(gòu)件要加焊臨時(shí)支撐件，保證構(gòu)件的穩(wěn)定性。

3 鋼箱梁制作技術(shù)

3.1 鋼箱梁設(shè)計(jì)分解

在保證結(jié)構(gòu)體系合理與穩(wěn)定的前提下，對(duì)原設(shè)計(jì)的鋼箱梁整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，結(jié)合段落的劃分情況，精準(zhǔn)計(jì)算每個(gè)構(gòu)件分解后的尺寸，分解完成后通過(guò)三維空間建模進(jìn)行組裝碰撞檢測(cè)，并繪制鋼箱梁總拼裝圖、節(jié)段組裝圖、單元件施工圖、零件套料圖、材料明細(xì)表等，確保無(wú)誤后方可按分解后的構(gòu)件進(jìn)行加工制作。鋼箱梁只有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)分解才能保證構(gòu)件制作精度。

3.2 鋼箱梁的制作

鋼箱梁的制作須在加工場(chǎng)內(nèi)，采用“長(zhǎng)線法”整體成型，即在工廠內(nèi)搭設(shè)連續(xù)胎架，其線型按照設(shè)計(jì)線型+預(yù)拱度設(shè)置，鋼箱梁節(jié)段組拼、定位焊在胎架上完成。

經(jīng)測(cè)量放線胎架無(wú)誤后，將組裝件吊裝到平臺(tái)上進(jìn)行就位固定，每個(gè)構(gòu)件的組裝須按照設(shè)計(jì)分解后制定的組裝方案進(jìn)行，組裝時(shí)須將焊縫兩側(cè)的污漬清除干凈，直至出現(xiàn)金屬光澤。

鋼構(gòu)件組裝過(guò)程中如角度或位置有偏差時(shí)，禁止用撬棍或大錘等對(duì)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)制裝配，有部分組裝后無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)或涂裝的區(qū)域，需要在完全組裝前進(jìn)行檢測(cè)或涂裝，合格后進(jìn)行完全組裝。

對(duì)拼裝構(gòu)件先進(jìn)行點(diǎn)焊，二次測(cè)量無(wú)誤后進(jìn)行全面焊接，焊接完成后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)超聲波檢測(cè)，符合標(biāo)準(zhǔn)后對(duì)焊接部位噴漆，對(duì)線型整體進(jìn)行第三次測(cè)量檢查和調(diào)整，滿足精度要求后，進(jìn)行測(cè)量特征點(diǎn)標(biāo)記和臨時(shí)吊耳安裝，以上工序完成后方可下胎發(fā)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)。

3.3 鋼板的矯正

鋼板由于生產(chǎn)、貯存等原因，以及經(jīng)過(guò)沖、剪及切割分離等初加工后，可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的變形，在拼裝、焊接前須對(duì)其進(jìn)行矯正，以免鋼箱梁出現(xiàn)應(yīng)力集中或外觀缺陷等質(zhì)量問(wèn)題，該文僅對(duì)常見(jiàn)的鋼板矯正和箱型構(gòu)件矯正做簡(jiǎn)要闡述。1）鋼板矯正。鋼板變形主要采用矯平機(jī)與火焰相配合的方法進(jìn)行矯平，矯平后的鋼板平整度須滿足小于1mm/m2 的要求。2）箱型構(gòu)件矯正。箱型構(gòu)件的扭曲、彎曲等變形矯正采取三面固定的加熱方法，并在構(gòu)件兩端用螺旋拉緊器施力配合矯正。

3.4 鋼材接料

鋼材接料在鋼箱梁加工過(guò)程中是不可避免的，但是每個(gè)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件都是梁體的一部分，接料的質(zhì)量好壞也會(huì)影響整個(gè)梁體的受力，接料的質(zhì)量控制體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。1）接料拼接的過(guò)程須在1 個(gè)完全水平的工作平臺(tái)上進(jìn)行，拼接前須對(duì)平臺(tái)進(jìn)行水平差檢測(cè)。2）接料同焊接要求一致，對(duì)焊縫兩側(cè)污漬清除干凈。3）根據(jù)來(lái)料檢尺進(jìn)行排版，在浪費(fèi)不大的情況下盡量采用大板接料形式。4）接料時(shí)如采用埋弧自動(dòng)焊，接料兩端須有引板，尺寸為5cm×10cm，引板與接料板厚、材質(zhì)以及坡口形式均應(yīng)一致。

3.5 鋼板的焊接

鋼箱梁設(shè)計(jì)為全焊結(jié)構(gòu)，構(gòu)件長(zhǎng)度長(zhǎng)，構(gòu)件變形控制難，焊接質(zhì)量對(duì)鋼箱梁的整體質(zhì)量有決定性作用，因此須確保構(gòu)件焊后變形及殘余應(yīng)力符合要求，同時(shí)使構(gòu)件達(dá)到實(shí)際確定的預(yù)拱值，該文從降低焊接應(yīng)力、變形等方面做出以下闡述。

3.5.1 降低焊接應(yīng)力的措施

降低焊接應(yīng)力的措施如下。1）盡量減少焊縫。局部加熱循環(huán)是引起焊接內(nèi)應(yīng)力的主要因素，焊縫越多焊接內(nèi)應(yīng)力越大，所以下料時(shí)合理分配板材，做到既節(jié)約板材又較少焊縫數(shù)量。2）降低焊接的約束度。焊接的約束度與焊接應(yīng)力成正比，接應(yīng)力隨著約束度增加而增加，焊接時(shí)宜在約束度較小的條件下完成，在自由狀態(tài)下施焊，從而降低焊接時(shí)的拘束度。3）選擇合理的焊接順序。通常情況下焊接按以下順序進(jìn)行。焊縫收縮量大優(yōu)先于收縮量小的；焊縫拘束度大優(yōu)先于拘束度小的；焊縫不能自由收縮的優(yōu)先于能自由收縮的。4）必要時(shí)利用噴砂除銹的工序部分消除表面應(yīng)力。

3.5.2 焊接變形的控制措施

焊接變形的控制措施如下。1）裝配精度要嚴(yán)格控制。每個(gè)構(gòu)件在裝配前都須檢測(cè)其變形情況，符合裝配公差的內(nèi)控要求后才可組裝；組裝時(shí)要通過(guò)系列固定措施，保證構(gòu)件和臺(tái)模固定牢靠，必要時(shí)預(yù)置反變形；構(gòu)件裝配時(shí)，為防止組裝引起扭曲變形，須使構(gòu)件彎曲方向一致。2）坡口尺寸的控制。坡口的大小和裝配間隙對(duì)焊接的質(zhì)量影響較大，坡口加大會(huì)導(dǎo)致過(guò)量焊接，從而產(chǎn)生過(guò)度變形，坡口減小會(huì)使填充量減少。固加工精度和裝配間隙要嚴(yán)格控制，防止構(gòu)件扭曲，確保構(gòu)件沿長(zhǎng)度方向坡口大小一致。3）優(yōu)化焊接順序。單個(gè)構(gòu)件本身的焊縫焊接，以及組合構(gòu)件上的部件焊接要相對(duì)于軸線對(duì)稱分段施焊，使構(gòu)件受熱分散、均勻、對(duì)稱；長(zhǎng)度約大于1m 的焊縫要采用多人同時(shí)施焊或分段退焊法。4）焊接后如存在變形的構(gòu)件，須通過(guò)壓力矯正機(jī)冷壓矯正或加熱矯正，加熱法矯正須避免因加熱、冷卻對(duì)鋼材機(jī)械性能的影響。

3.5.3 焊接缺陷的修復(fù)

焊接中的缺陷是不可完全避免的，當(dāng)檢測(cè)完成后，出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷須按以下5 條措施進(jìn)行修復(fù)：1）如焊縫在無(wú)損檢測(cè)的過(guò)程中，檢測(cè)有部分超標(biāo)缺陷時(shí)，應(yīng)向技術(shù)人員報(bào)告，查清原因后，制定修補(bǔ)方案，嚴(yán)格按照方案進(jìn)行修補(bǔ)，焊工不得擅自進(jìn)行修補(bǔ)處理。2）如焊縫中存在有裂紋的現(xiàn)象，須確定裂紋的界限范圍，在修補(bǔ)前通過(guò)無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行確定。處理時(shí)在裂紋的兩端分別鉆孔將裂紋終止，裂紋四周的污漬須清除干凈，清楚范圍不小于5cm，存在咬邊、凹陷、尺寸不符等情況超標(biāo)時(shí)須補(bǔ)焊，存在焊縫、焊瘤等情況時(shí)應(yīng)采用砂輪進(jìn)行打磨，與母材圓滑過(guò)渡。3）缺陷清除過(guò)程中，應(yīng)磨除氣刨滲碳層，修整表面，并將刨槽加工成四側(cè)邊斜面角不小于10°的坡口，處理完成后還需要探傷再次檢查裂縫情況。4）采用原焊接方法及工藝規(guī)定補(bǔ)焊。埋弧焊焊縫有缺陷時(shí)用低氫型焊條補(bǔ)焊。5）補(bǔ)焊時(shí)須注意焊縫長(zhǎng)度，當(dāng)焊縫長(zhǎng)度超過(guò)500mm 時(shí)，應(yīng)采用分段退焊法，多層焊的焊層之間接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，焊縫長(zhǎng)度應(yīng)大于100mm，補(bǔ)焊應(yīng)在坡口內(nèi)引弧，熄弧時(shí)應(yīng)填滿弧坑。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼箱梁的應(yīng)用越來(lái)越多，施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地情況也各不相同，搭設(shè)臨時(shí)墩對(duì)場(chǎng)地要求高，且不夠經(jīng)濟(jì)。該文對(duì)鋼箱梁無(wú)臨時(shí)墩整跨安裝技術(shù)進(jìn)行了研究，滿足“無(wú)支架、快速化施工”的理念，分大節(jié)段進(jìn)行吊裝，并指出了鋼箱梁加工過(guò)程中的施工要點(diǎn)，可對(duì)類似工程建設(shè)起到借鑒作用。