鋼箱梁分塊拼裝施工工藝

馬國偉

（中建路橋集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

1 工程概況

某橋梁工程項目為跨越高速而建，橋梁全長153m，第五跨為鋼箱梁，跨度47m，橫橋向分為4 榀。除明確設(shè)計要求外，鋼箱梁主要材質(zhì)均為Q345C，總重量約為575.51t，為在確保質(zhì)量的基礎(chǔ)上，保證施工安全，根據(jù)工程特點，經(jīng)過研究后，決定采用分塊拼裝工藝，對鋼箱梁施工。

2 鋼箱梁分塊拼裝施工工藝

2.1 鋼箱梁分塊加工

本工程中，鋼箱梁自重較大，需要選擇具備資質(zhì)的廠家，對鋼箱梁分塊加工。由于鋼箱梁采用的全焊接結(jié)構(gòu)，從而使得焊縫的數(shù)量較多，為避免焊接變形影響鋼箱梁質(zhì)量的情況發(fā)生，采取整體胎架，橫向分塊、縱向分段的方法制造鋼箱梁。

2.1.1 分塊制作

（1）根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合工廠的加工能力，以確保鋼箱梁質(zhì)量為前提，在制造梁塊單元時，頂?shù)装鍐卧L和寬以及腹板長度方向上，全部留設(shè)二次切割量，組裝完畢后，整體劃線，對周邊切割。

（2）為避免鋼箱梁接頭位置處的蓋板與腹板對接縫發(fā)生重合的現(xiàn)象，加工時將對接焊縫錯開30cm布設(shè)，并在U 形肋與板條肋上，留設(shè)40cm 的嵌補段，當(dāng)蓋板與腹板在現(xiàn)場對接焊合格后，再焊接嵌補段。整個鋼箱梁分為15個塊段，各塊段的長寬高及重量均不相同。

2.1.2 零部件下料

（1）在對鋼箱梁的蓋腹板下料時，要先檢查鋼板，看有無明顯的缺陷，焊接作業(yè)時，要充分考慮降低腹板的剪應(yīng)力，下料過程中，可將控制重點放在如下方面：蓋板下料時，應(yīng)在寬度方向上預(yù)留出20mm 左右的余量，長度方向上留設(shè)50mm 左右的余量，當(dāng)鋼箱梁拼裝焊接檢測合格后，根據(jù)設(shè)計圖紙將留設(shè)的余量全部割除[1]；腹板下料的長度方向留設(shè)50mm 的余量，借助鋼襯墊，在鋼箱梁拼裝時，對截面加以調(diào)整；當(dāng)上蓋板、腹板對接焊縫存在多條縱橫焊縫時，要按照先橫后縱的順序焊接，避免翼腹板焊縫處鼓包。

（2）在鋼箱梁中，隔板是比較重要的部件，起到控制截面尺寸的作用，所以必須保證隔板本身的尺寸精度達(dá)到規(guī)定要求。本工程中，鋼箱梁隔板采用計算機1∶1放樣，利用數(shù)控切割機切割下料，以此來確保精度。

2.1.3 箱梁板拼裝

箱梁板是鋼箱梁中較為重要的一個單元，必須嚴(yán)格按照施工詳圖對板單元制作加工，具體的拼裝步驟如下：

（1）對下料的蓋腹板幾何尺寸檢查確認(rèn)，采取劃線的方法，對U形肋、板條肋、隔板以及腹板的位置線加以確定；對相應(yīng)的區(qū)域做全面清理，包括U形肋封蓋區(qū)域、板條肋、隔板與蓋腹板之間的焊接區(qū)域，將清理的重點放在油污、鐵銹等方面。

（2）在對U形肋拼裝前，根據(jù)設(shè)計涂裝要求，將其封蓋的區(qū)域涂刷一道底漆，隨后以施工詳圖為依據(jù)，完成U 形肋和板條肋的拼裝，當(dāng)二者需要接長處理時，可以采用對接焊的方法，焊縫要錯開20cm 以上，避免相鄰焊縫處在同一截面內(nèi)。

（3）當(dāng)板單元拼接完畢后，要對幾何尺寸加以檢測，并對檢測結(jié)果如實記錄，確認(rèn)合格后，方可進(jìn)入焊接工序。

2.1.4 箱體拼裝

本工程中，箱梁頂面存在一個2%的斜坡，為確保箱體拼裝的順利完成，決定采用倒裝的方法拼裝箱體。具體的拼裝過程如下：

（1）鋼箱梁的箱體在胎架上拼裝，正式拼裝前，要先搭設(shè)胎架，由于箱體的自重比較大，所以要求胎架具備足夠的剛度和強度，能夠滿足箱體拼裝操作的需要。胎架上的支撐件頂部順橋向的線形應(yīng)與箱體頂板的線形一致，而橫向上的支撐件頂部線形應(yīng)有2%的斜坡[2]。選用型鋼鋪設(shè)胎架平臺，通過連接件，以焊接的方法使型鋼連成整體，保證胎架的整體性，避免型鋼位移造成拼裝誤差增大。

（2）將箱體頂板的板單元鋪設(shè)在搭設(shè)好的胎架上，對中心線加以矯正，與斷線對準(zhǔn)后將板單元固定在臺架上，并將四周壓緊；以上蓋板為依托，對隔板加以組裝，當(dāng)隔板與上蓋板貼緊后，采用點焊的方法連接，要使隔板保持豎直，板間邊線應(yīng)處于同一條直線上。

（3）在對鋼箱梁腹板組裝前，要先采用點焊的方法，將加勁肋組裝好，并對腹板接縫的平面度加以矯正。組裝的過程中，要使腹板與隔板緊密貼合，角焊縫采用熔透焊，并以點焊的方法將墊板焊接在腹板上。

2.1.5 板單元焊接

板單元焊接過程中會產(chǎn)生收縮，從而引起變形。為控制變形，可在反變形焊接控制胎架上，對板單元施焊。采用反變形法，對板單元焊接時，要控制好反變形量，并使板單元與胎架平面緊密貼合。

2.1.6 布設(shè)吊耳

（1）鋼箱梁現(xiàn)場施工中，需要采用吊裝的方法組合拼裝，由于箱梁自重大，所以為保證吊裝安全，應(yīng)對吊點的位置合理確定。吊點的位置要能夠保證鋼箱梁吊運時保持平整，不傾斜、不搖晃。

（2）鋼箱梁吊裝嚴(yán)格按照設(shè)計要求，選擇吊耳的尺寸，并對吊點的具體位置加以確定。其中吊點布設(shè)在鋼箱梁的重心線上，已有隔板的位置處布設(shè)吊點，這是整個鋼箱梁中最為堅固的部位，將吊點布置在該處，基本不會導(dǎo)致鋼箱梁截面在吊運途中發(fā)生扭曲的情況，吊裝的安全性隨之得到進(jìn)一步提升。需要注意的是，若是吊耳無法布設(shè)在有隔板的部位，則應(yīng)對吊耳布設(shè)位置處的頂板做局部加厚補強處理[3]。

（3）當(dāng)?shù)醵奈恢么_定后，便可通過焊接的方法安裝吊耳。由于每一段箱梁的長度均不相同，從而使得重心位置也不相同，因此在橫斷面上，可以桿件的重心線為依托，采取對稱的方法設(shè)置吊耳。在順橋向上，可將吊耳對稱布設(shè)在梁段長度1/4 處。當(dāng)?shù)醵奈恢脽o法設(shè)置在箱梁隔板處時，應(yīng)在頂板位置處加裝補強板，以此來增加頂板厚度，滿足吊耳的安裝要求。

2.2 吊裝臨時支架施工

本工程中，臨時支架的總體長度為24.6m，跨度為32.5m，凈高5.5m。為確保支架能夠承受鋼箱梁的荷載重量，在搭設(shè)前，選取最長跨階段的鋼箱梁作驗算，按強度計算滿足施工要求，用軟件建模得出的最大應(yīng)力也滿足受力要求[4]。鋼箱梁臨時支架的搭設(shè)方法及要點如下：

2.2.1 支架基礎(chǔ)

（1）對鋼箱梁臨時支架搭設(shè)前，要先施工支架基礎(chǔ)，應(yīng)在占道施工審批許可辦理后開工。在加寬后的公路上放置臨支架基礎(chǔ)，由專業(yè)測量小組負(fù)責(zé)現(xiàn)場測量放樣，準(zhǔn)確確定出條形基礎(chǔ)的邊線，以此作為依據(jù)，安裝模板和預(yù)埋件，并澆筑強度等級為C30的混凝土。

（2）由于是臨時支架，當(dāng)鋼箱梁安裝完畢后需要將支架拆除，所以支架基礎(chǔ)施工中，在底面鋪設(shè)彩條布，與公路路面相隔離，為后續(xù)拆卸提供便利條件。

2.2.2 支架搭設(shè)

（1）為提高臨時支架的搭設(shè)效率，選用汽車吊，按照從下向上的順序，對鋼管樁立柱、承重主橫梁、分配梁及鋼板等依次起吊，安裝就位。其中鋼管樁立柱的直徑為800mm，管壁厚度為10mm；承重主橫梁為50#工字鋼，分配梁為25#工字鋼，鋼板的厚度為10mm[5]。主橫梁是臨時支架中最為重要的構(gòu)件，單根的長度為13m，分兩段起吊，直接嵌入鋼管樁內(nèi)。

（2）因鋼管樁所需承受的荷載比較大，故此在鋼管樁的開口位置兩側(cè)分別焊接厚度為10mm 的鋼板，以此來增加局部剛度，下部通過三角鋼板加固。

（3）由于支架在縱向上的連接比較薄弱，從而使得鋼箱梁安裝時，支架容易出現(xiàn)縱向失穩(wěn)的現(xiàn)象。因此，用分配梁在鋼管樁頂部和底板焊接平聯(lián)，以此來增加支架的縱向穩(wěn)定性。

2.3 鋼箱梁運輸

2.3.1 確定運梁路線

本工程中，鋼箱梁采用分段、分塊的方法制造、運輸，最大分段尺寸為19.5m×4.6m×2.5m，重約56.5t。在確定運梁路線前，要實地勘察，看所選的路線能否滿足長19.5m 的鋼箱梁運輸車順利通行，運輸車在路線中的轉(zhuǎn)彎應(yīng)不受影響。

2.3.2 運輸要點

（1）用一臺大型平板拖車運輸鋼箱梁，由于白天運梁路線上車輛較多，為避免影響正常交通，運梁選擇在夜間。因梁體的長度和寬度全部超限，所以運輸時要設(shè)置信號燈，并在車輛上路前，將編制好的運輸方案報送當(dāng)?shù)亟煌ü芾聿块T審查，運輸過程中，請交管部門協(xié)助開道和封路，確保鋼箱梁安全運抵施工現(xiàn)場。

（2）鋼箱梁的梁體較寬，行車時需要限速，最高時速不超過30km/h，在道路不平的路段上，行車速度不得超過5.0km/h，轉(zhuǎn)彎時，車速不超過5.0km/h[6]。

（3）在運輸車的大箱內(nèi)鋪設(shè)枕木，使鋼箱梁的尾部略高于頭部，尾部懸挑的長度應(yīng)控制在6.0m 以內(nèi)。為避免運輸途中，鋼箱梁發(fā)生側(cè)向移動的情況，可在箱梁兩側(cè)與大箱間焊一個連接板，以此來固定鋼箱梁，避免側(cè)向位移。

（4）運輸途中，要將鋼箱梁牢固支撐，以免變形，在支撐點上墊設(shè)膠皮，避免損傷油漆，臨時焊點應(yīng)在安裝前打磨光滑。

2.4 鋼箱梁現(xiàn)場安裝

2.4.1 吊裝施工準(zhǔn)備

為確保鋼箱梁吊裝作業(yè)順利開展，應(yīng)在吊裝正式開始前，做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，具體如下：

（1）鋼箱梁吊裝施工中使用的測量工具，如鋼圈尺等，要經(jīng)計量部門檢定，不合格的產(chǎn)品不得在施工中使用，以免影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，間接影響安裝質(zhì)量。吊裝作業(yè)前，要先將支座安裝就位，復(fù)核支座頂部高程，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

（2）吊裝前，由安全管理人員開展安全教育培訓(xùn)工作，并以書面的形式開展吊裝安全技術(shù)交底。檢查腳手架等安全設(shè)施，看是否牢固、穩(wěn)定。

（3）全面清理蓋梁上的雜物，確保剛箱梁能夠順利就位。檢查起重設(shè)備的吊索具，看性能是否完好，先試吊，確認(rèn)無任何問題后，方可正式吊裝。為對鋼箱梁的平面位置、標(biāo)高以及線形加以控制，吊裝前，先在支撐平臺上焊接限位擋塊，標(biāo)高復(fù)測后，將支墊鋼板調(diào)整至設(shè)計標(biāo)高。

2.4.2 吊裝方法

（1）本次鋼箱梁吊裝選用的是220t的汽車吊，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境能夠滿足汽車吊擺位的需要。每榀鋼箱梁上設(shè)有4個吊點，出廠前經(jīng)過檢驗全部合格，吊具為直徑56mm的鋼絲繩。經(jīng)計算，汽車吊的最小起升高度為21.1m[7]。

（2）在對3#梁起吊時，回轉(zhuǎn)半徑為11m，滿足吊裝作業(yè)要求；對4#梁起吊時，回轉(zhuǎn)半徑為10m，同樣滿足吊裝作業(yè)要求。防護(hù)支架在3#和4#梁段吊裝就位后安裝；8#與9#梁段起吊時的回轉(zhuǎn)半徑均為12m，滿足吊裝作業(yè)要求。

（3）鋼箱梁分塊吊裝中的最大構(gòu)件重56.5t，在充分考慮吊具的前提下，按照70t 計算，起吊箱梁的重量達(dá)到一定程度時，鋼絲繩與鉛垂線之間的夾角越大，吊索承受的拉力就越大。為此，可將夾角控制在45～60°，采用四根鋼絲繩對箱梁起吊，單根鋼絲繩需要承受20.21萬t的拉力。本次選用的鋼絲繩為6×61+1纖維芯鋼絲繩。

2.4.3 現(xiàn)場焊接

（1）由于鋼箱梁采用的是分塊拼裝工藝，從而使得現(xiàn)場焊接的工程量比較大。為提高焊接作業(yè)效率，決定采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機開展焊接作業(yè)，共計配備10臺焊機，8臺同時作業(yè)，2臺備用。

（2）焊接作業(yè)前，要做好以下準(zhǔn)備工作：所有從事焊接作業(yè)的人員，應(yīng)通過專業(yè)考試，取得相應(yīng)的資格證書，無證者不得從事焊接作業(yè)；施焊前，對焊工開展技術(shù)交底。按照焊接工藝指定的規(guī)格選擇焊材。

（3）焊接作業(yè)環(huán)境的溫濕度應(yīng)達(dá)到規(guī)定要求，即相對濕度不超過80%，溫度不低于5℃。在露天環(huán)境中開展焊接時，要采取有效的防雨和防風(fēng)措施。施焊前，要先將作業(yè)區(qū)域內(nèi)的有害物質(zhì)全部清除干凈，不得在母材上引弧，焊后要及時清理熔渣和飛濺。焊縫兩側(cè)應(yīng)設(shè)置引弧板，埋弧焊的引弧板寬度應(yīng)達(dá)到8.0cm 以上，長度為板厚的2倍[8]。

（4）鋼箱梁頂板縱向焊縫采用單面焊雙面成型焊接，以二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊打底，用埋弧自動焊對中上層填充，底板的焊接方法與頂板基本相同。焊接完畢后，要及時開展無損探傷，檢驗焊接質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)缺陷及時處理，避免影響鋼箱梁的整體質(zhì)量。頂板、腹板個底板的對接焊縫全部采用超聲波檢測，質(zhì)量等級為Ⅰ級；橫隔板縱縫質(zhì)量等級為Ⅰ級；角焊縫的質(zhì)量等級為Ⅰ級。上述焊縫的質(zhì)量全部合格。

3 結(jié)語

鋼箱梁分塊拼裝施工是一項較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，由于其中涵蓋的內(nèi)容較多，并且各個環(huán)節(jié)之間密切關(guān)聯(lián)，若是某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則會鋼箱梁的質(zhì)量造成影響。為此，要掌握鋼箱梁分塊拼裝施工工藝，并在實際工程中合理運用，使鋼箱梁能夠順利完成。