大跨度連續(xù)鋼箱梁大節(jié)段安裝施工技術(shù)研究

蔣高鴿

（廣東省東莞市交業(yè)工程質(zhì)量檢測中心，廣東 東莞 523125）

0 引言

連續(xù)鋼箱梁橋由于具有抗彎與抗扭剛度大、施工快速不影響交通、外形優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，又具有鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、自重輕、跨越能力大等特點(diǎn)，在城市高架橋梁建設(shè)中應(yīng)用廣泛。目前，國內(nèi)學(xué)者主要針對大節(jié)段箱梁的制造技術(shù)、定位技術(shù)、線形控制和吊裝施工進(jìn)行了研究和實(shí)踐，隨著連續(xù)鋼箱梁大節(jié)段的施工難度增大，大跨度連續(xù)箱梁的安裝施工控制也越發(fā)重要。

1 工程概況

某連續(xù)鋼箱梁橋全長802 m，主橋起止樁號為K15+780～K15+918，跨徑組合為（39+60+39）m 的 3跨連續(xù)鋼箱梁，橋面寬29.8～34.3 m，雙向六車道，采用等高變寬截面，單箱四室箱梁結(jié)構(gòu)，箱梁中心線處梁高2.44 m，鋼箱梁總重2 400 t，共分為11個節(jié)段，采取工廠內(nèi)制作完成后汽車運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場完成吊裝。圖1為鋼箱梁現(xiàn)場平面圖和架設(shè)方向。

圖1 鋼箱梁現(xiàn)場平面圖和架設(shè)方向

2 鋼箱梁安裝施工

3跨連續(xù)鋼箱梁采用先簡支后連續(xù)施工，每跨又根據(jù)起重機(jī)起吊重量及運(yùn)輸車輛的限制采取橫向分節(jié)段分塊施工，共分成11個節(jié)段72塊，鋼箱梁沿橫向按箱室分6塊，最寬處劃分為7塊，最寬為6.6 m，縱向最長為15.65 m，所有分段截面均遠(yuǎn)離支座及跨中處，避免了在應(yīng)力集中處分段[1]。圖2為鋼箱梁分塊示意圖。

圖2 鋼箱梁分塊示意圖

2.1 鋼箱梁內(nèi)力計(jì)算

由于支座、跨中處未劃分節(jié)段以及箱梁變寬度等原因，中跨的60 m以及部分邊跨劃分成為12 m+15.65 m+15.65 m+12 m+12 m五個節(jié)段，縱向最長處15.65 m，取中跨60 m的跨中截面為標(biāo)準(zhǔn)截面建立模型，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

采用MIDAS/Civil建立有限元分析模型，除結(jié)構(gòu)自重外，其他臨時施工荷載取10 kN/m，建立四個施工階段：第一階段架設(shè)8.2 m，第二階段施工完成8.2 m+15.65 m，第三階段施工完成8.2 m+15.65 m+15.65 m，第四階段施工完成全部中跨，以便考慮順橋向支架的穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，最大支反力發(fā)生在3號節(jié)點(diǎn)上，為34 555.8 kN；最大彎矩發(fā)生在第四階段，彎矩值為44 561 kN·m[2]。

圖3 連續(xù)箱梁中跨各支點(diǎn)反力圖（單位：kN）

2.2 立柱式支架設(shè)計(jì)

考慮到連續(xù)箱梁上跨地鐵線路，不能采用滿堂支架施工，因此建議采用立柱式支架，支架采用格構(gòu)形式。支架各截面尺寸如圖4所示，截面參數(shù)A=0.032 m2，Wy=Wx=0.028 m3，Iy=Ix=0.032 m4。

圖4 支架立面及平面圖（單位：mm）

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算。立柱為單向偏心受壓格構(gòu)柱，鋼箱梁底橫向設(shè)連續(xù)格構(gòu)柱，3#梁底共設(shè)置16個格構(gòu)柱，單個立柱承受的壓力為34555.8/16=2159.7（kN），強(qiáng)度 σ=N/Aj+M/Wj=107.5 MPa＜[σ]=160 MPa，滿足要求。

（2）剛度驗(yàn)算。立柱一端鉸接、一端自由，高5.24 m，長細(xì)比 λ=l0/rmin=11.9＜[λ]=120，滿足要求。

（4）單肢穩(wěn)定性驗(yàn)算。單肢柱只有軸力，沒有彎矩，N=2 159.7/4+2 159.7×0.5/4=809.9 kN，M=0，A0=8 017 mm2，W0=624 133 mm3，I0=102 045 762 mm4，查公路橋涵手冊的表 3-9，φ=0.888，則 σ=N/φA0+M/Wj=68.25 MPa＜[σ]=160 MPa，滿足要求。

（5）鋼管局部穩(wěn)定性驗(yàn)算。根據(jù)鋼管截面尺寸，D/δ=327/8=40.875 MPa＜240，滿足要求。

（6）地面受壓承載力驗(yàn)算。地基處理完成后進(jìn)行觸探試驗(yàn)，測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)地基承載力滿足0.15 MPa，則 σ=F/A=0.077 9 MPa＜[σ]=0.15 MPa，滿足要求。

2.3 吊耳的選用和鋼絲繩的驗(yàn)算

梁段設(shè)置4個吊耳，采用200 t吊裝，最重節(jié)段為52 t，考慮不均衡受力狀態(tài)，單個吊耳受力不大于20 t。吊耳強(qiáng)度σ=F/A=220 617/（0.03×0.156）=47.1（MPa），則 σ＜[σ]=345/3.5=98（MPa）。設(shè)焊高為20 mm，σ=F/A=220 617/（20×sin45°×2×320）×106=24.4（MPa）＜[σ]=345/3.5=98（MPa），焊接強(qiáng)度合格。

選用抗拉強(qiáng)度為1 700 MPa、直徑為39 mm的鋼絲繩，最小破斷拉力為F=2 030 804 N，取安全系數(shù)為5，則允許拉力為406 160 N，符合安全要求。

3 鋼箱梁施工要點(diǎn)

3.1 地基處理

（1）地基的處理范圍為箱梁水平投影線外2 m，然后清除地基地表的松軟土層，用推土機(jī)推平，并設(shè)置2%橫向排水坡，然后用振動壓路機(jī)分層壓實(shí)，觸探試驗(yàn)測定地基承載力需大于0.15 MPa[3]。

（2）根據(jù)施工放樣在支架地基處橫向整體鋪設(shè)厚度不小于20 mm，即20 mm×3 000 mm×20 000 mm的鋼板，以滿足地基承載力，確保支墩安全穩(wěn)定。

3.2 橫向微調(diào)裝置與鋼梁臨時連接

鋼箱梁拖拉時橫向產(chǎn)生位移，在安裝對位時，在各臨時支墩平臺上固定的橫向微調(diào)支座，主要便于微調(diào)時提供千斤頂支反力，同時對鋼箱梁拖拉偏移時起一定限位作用。

首先連接吊裝節(jié)段頂板與已安裝節(jié)段頂板臨時連接件，再強(qiáng)迫連接底板的臨時連接件，最后連接兩側(cè)腹板的臨時連接件，并初調(diào)箱梁的接縫間隙。由鉚工對接縫間隙進(jìn)行精確調(diào)整，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求后，焊接馬板保持既定位置再焊接。

3.3 焊接工藝

對于箱體，首先鋼箱梁對接、角接焊縫找正合格后對橫隔板與腹板角接焊縫進(jìn)行點(diǎn)焊，其次焊底板對接縱焊縫，焊蓋板對接縱焊縫，再次焊一個節(jié)段內(nèi)橫隔板與腹板的角接焊縫，一個節(jié)段內(nèi)的對接縱焊縫焊完后焊接相鄰節(jié)段之間的橫焊縫（先底后蓋最后直腹板，側(cè)腹板立焊，最后合格后焊接嵌補(bǔ)段U和T肋[4-5]）。

對于懸臂端，首先焊接相鄰節(jié)段面板對接焊縫（橫縫），其次焊挑臂與主箱體之間面板對接焊縫（縱焊縫），最后焊挑臂腹板與主箱體側(cè)腹板之間角接焊縫。

3.4 線形控制

（1）預(yù)拱值按曲線和橫坡移值到各分段。

（2）標(biāo)高控制可根據(jù)鋼箱梁分段，選定分段頂板上四角隔板與腹桿匯交節(jié)點(diǎn)作為標(biāo)高控制點(diǎn)。

（3）鋼箱梁安裝的測量控制重點(diǎn)在于就位的控制，要保證立柱支座的精度，可根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高引測至支頂點(diǎn)上，通過對鋼箱梁在工廠內(nèi)試拼裝吊離胎架前測取的相對數(shù)據(jù)，頂板控制點(diǎn)標(biāo)高及高空就位后對上述各點(diǎn)的標(biāo)高變化進(jìn)行觀測，測定桁架下?lián)献冃吻闆r。

4 結(jié)語

綜上所述，得出以下結(jié)論：

（1）鋼箱梁的線形直接影響到橋梁整體的行車舒適性以及整個結(jié)構(gòu)的整體連接，由于格構(gòu)式支架搭設(shè)后無預(yù)壓環(huán)節(jié)，因此需在支座與梁底間設(shè)支架上部橫梁與鋼箱梁底面至少要留足500 mm間距，且鋼箱梁底面與球形支座上焊接墊板間距留10 mm左右。

（2）通過計(jì)算與驗(yàn)算，支架等均符合設(shè)計(jì)或規(guī)范要求。同時鋼箱梁分段長度宜取10 m左右，分塊可根據(jù)需要進(jìn)行，分段長度過長，格構(gòu)支架間距過大，鋼箱梁內(nèi)力偏大，變形過大。

（3）從支點(diǎn)處開始，采用先中間后兩邊對稱進(jìn)行的拼接方法，提高了鋼箱梁的施工進(jìn)度，也確保了結(jié)構(gòu)的安全。