高速公路鋼箱梁施工技術研究

吳非

【摘 要】隨著我國城市化進程的不斷加快和科學技術水平的不斷提升，鋼箱梁以其優越的性能被廣泛應用于高速公路橋梁結構中。文章結合工程實例，對鋼箱梁施工工藝、焊接工藝、涂裝、頂推施工進行了探討，在該工程投入使用后性能良好，可供類似工程參考和借鑒。

【關鍵詞】高速公路;鋼箱梁;上跨;吊裝;頂推

【中圖分類號】U445.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）05-0068-03

1 工程概況

昆明市北京路北端連接西北繞城高速立交主要位于盤龍區龍泉街道處，跨過西北繞城高速公路段采用鋼箱梁。西北繞城高速公路為既有公路，通行車輛較多。鋼箱梁為簡支梁結構，兩端橋臺為樁基礎鋼筋混凝土橋臺，橋臺施工完成后，方能進行頂推施工。

鋼箱梁分左右幅制安，兩幅橋鋼結構共重656 t，材質均采用Q345qD。橋面寬10 m，兩幅并行，為分離式橋梁，兩幅橋梁間距為0.25 m。鋼箱梁為單箱雙室截面，跨徑為58 m。箱梁腹板采用等高設計，橋面橫坡由箱梁截面繞設計高程點旋轉而成。鋼箱梁的頂板兼做橋面承重結構，按正交異性設計。鋼梁箱體部位頂、底板采用“U”形肋加勁，懸臂部位頂板采用“U”形肋加勁和板肋加勁。箱內縱向每3 m左右設一道普通橫隔板。支點處設支點橫隔板，并在支點處設豎向加勁肋。箱梁內外側懸臂長2 m，懸臂根部高60 cm，端部高35 cm，縱向每1.5 m左右設一道懸臂梁，其位置與箱內橫隔板、豎肋相對齊。箱梁外輪廓高2.3 m。箱梁頂面全寬10.0 m，箱梁底板寬6.05 m，懸臂長2.0 m，寬挑臂。

2 鋼箱梁制作工藝

鋼箱梁制作擬在生產基地進行。在劃分梁段過程中，充分考慮到市場提供材料的局限、生產車間的情況、運輸路線的局限性及重點考慮現場場地的吊裝限制、采用的起重機械設備等因素。經實地觀察及結合運輸車輛、起重機械性能，進行分段。鋼箱梁縱橋向分5段，橫橋向按各室分1段;挑檐左右分開制作，每段長7～9 m。鋼箱梁運輸選用長13 m的四橋車運輸。兩橋均跨過既有高速公路，跨度均為58 m;在不對既有公路進行封閉施工時，擬對跨既有公路段鋼箱梁采用液壓千斤頂頂推的施工工法安裝。頂推順序如下：先頂推左幅，再頂推右幅。

3 鋼箱梁焊接及防腐涂裝工藝

焊接工藝評定包括對接接頭試驗、熔透角接試驗和“T”形接頭試驗。本項目中有對接接頭、腹板與頂底板“T”形接頭。鋼箱梁制造的焊接工藝是保證焊接質量的關鍵，所有類型的焊縫在施焊前應做焊接工藝評定，根據評定的結果編制焊接工藝。由于鋼箱梁節段為全焊結構，結構焊縫較多，所以產生的焊接變形和殘余應力較大，制造過程中，在保證焊縫質量的前提下，盡量采用焊接變形小、焊縫收縮小的工藝和純度大于99.5%的CO2氣體保護焊。防腐涂裝的構件主要為鋼箱梁整體節段。橋位焊縫及損傷區域的補涂、橋位面漆的補涂均在施工現場進行。涂料應裝在密封容器內，容器的大小應方便運輸，并在每個容器側面粘貼標簽，包括牌號、顏色、批號、生產日期和生產廠家，所有涂料儲存在3～40 ℃環境中，并注意環境通風。涂層表觀要求漆膜連續、平整，顏色一致且符合設計要求。

4 施工要求和技術保證條件

施工中，各梁段端部標高的確定必須在日出前溫度較穩定、風力較小的時段進行，以消除日照溫差引起的誤差。端部標高確定后應迅速用臨時匹配件將梁段連接起來，然后進行焊接。施工控制的原則是以標高控制。在制作梁段過程中，端口應匹配制作。工地焊接的精度要求應按招標文件的技術規范及國內有關規程、規范執行。鋼箱梁的懸挑部分及箱梁的小節段由工廠內加工完成，現場搭設臨時支架小節段運到工地直接在臨時支架上拼裝、焊接，拼裝、焊接質量對本工程的總體質量起到了關鍵性的控制作用，因此組裝、焊接及后續工序的質量管理和控制是確保本工程質量的重點。本工程除保證橋段的吊裝、高空組對和焊接工作等施工安全和質量外，尚應確保施工道路的順暢通車，因此必須投入較大的人力和采取必要的安全防護措施。吊裝指揮機構為臨時機構，其作用就是按照既定的吊裝方案統一指揮、調配，使工作有序進行，確保吊裝質量、安全和工期。

5 頂推施工控制要點

本鋼箱梁的施工過程如下：頂推鋼箱梁至指定位置;落放鋼箱梁至橋梁支座位置，頂推擬采用依次頂推的方式;落梁采用4臺200 t油缸千斤頂下放的方式。頂推施工需要設置頂推油缸千斤頂、滑靴、軌道、夾軌器等主要的施工機械設備準備。施工的重難點有鋼箱梁線形控制精度、施工安全防護防護要求、落梁高度、總體拼裝順序、吊裝場地需求、架設順序流程、各滑道的橫向標高控制、懸臂節段及其余節段的整體重心控制、橫向限位及糾偏、起落梁及縱橫向糾偏控制、焊縫檢驗、焊縫缺陷修補。

6 吊裝施工受力檢算

（1）鋼繩的受力檢算。本鋼箱梁工程的橋段主體最大重量約29.6 t，經進行汽吊吊裝計算后，擬利用2臺70 t汽吊吊裝，分別用2根繩扣進行構件的吊裝作業（如圖1所示）。

（2）吊耳承載檢算。確定橋段的重心位置后，沿腹板方向在設置有隔板、加勁肋位置上焊接吊耳，有必要時對橋段箱梁采取補強措施。每一橋段上設4個吊耳，即每一橋段采用4根鋼繩吊裝。最大吊裝重量為29.6 t，按30 t考慮，則單個吊耳受力為7.5 t。

耳板材質為Q345Qd，結構如圖2所示。

耳板拉應力檢算：

拉應力的最不利位置在孔洞對應上方斷面，按結構的最大承載力極限設計，Nmax≤[σ]×A/1.4=295×40×20/1.4=168 600 N =16.86 t。

耳板剪應力檢算：剪應力的最不利位置在孔洞圓心位置截面，Nmax≤[τ]×A2≤170×80×20/1.4=194 300 N=19.43 t。

局部擠壓應力檢算：局部擠壓應力的最不利位置在吊耳與銷軸（直徑為30 mm）的結合處，Nmax≤[σ]×（t×d）φ≤295×32×20×0.7/1.4=94 460 N=9.44 t。

耳板與箱梁連接角焊縫的計算：焊縫高度hf=10 mm、單邊計算長度為230 mm的耳板角焊縫時，Pmax≤[σ]×he×LW/1.4=160×（0.7×10）×[（250-20）×2]/1.4=368 000 N=36.8 t。

綜上計算得出，吊裝耳板可承受最大荷載為9.44 t，大于7.5 t，滿足本工程最重構件吊裝的需要。

7 鋼箱梁頂推受力分析

滑移結構及滑移支撐采用結構分析軟件sap2000進行計算。

7.1 滑移結構驗算

7.1.1 計算說明

邊界條件：滑靴點—Z向縫單元（模擬頂推約束）。荷載：自重—DEAD。荷載組合：強度及穩定—1.35×DEAD。支座反力及變形—1×DEAD。

7.1.2 滑移驗算結果

箱梁滑移不同階段驗算模型如圖3所示，計算結果如下：

各階段滑靴反力：懸挑最長時滑靴反力為2 871 kN，前端接收墩支架最大反力為1 882 kN。懸挑端最大下撓為325 mm。導梁最大應力比為0.382。滿足滑移要求。

7.2 滑移接收支架驗算

7.2.1 計算說明

邊界條件：支撐架柱腳—三向鉸支座。荷載：自重—DEAD。滑靴反力—LIVE。荷載組合：強度及穩定—1×DEAD+1×LIVE。支座反力及變形—1.3×DEAD+1.5×LIVE。

7.2.2 驗算結果

箱梁滑移不同階段驗算模型如圖4所示，計算結果如下：最大下撓為6.6 mm，最大應力比為0.886。滿足滑移要求。

8 結語

云南省高速公路近年迎來高速發展，即將迎來“十四五”規劃建設的高峰期，在高速公路的建設過程中，存在大量的鋼箱梁施工，鋼箱梁施工采用分段分塊拼裝焊接，從制作﹑運輸﹑安裝等方面來講，比起傳統的混凝土預制梁有著施工更為便捷、施工跨度更大、妨礙交通時間短、適應各種惡劣地形的優點，前景光明。本文對鋼箱梁的施工工藝進行了探討，為以后類似工程的施工提供了實際的參考和借鑒。

參 考 文 獻

[1]GB 50205—2001，鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[2]劉業雄.公路橋梁鋼箱梁頂推施工技術探討[J].中國新技術新產品，2009（9）：65-66.

[3]羅德維.大跨徑高墩鋼箱梁頂推施工技術[J].建筑與裝飾，2016（12）：67-69.

[4]王靜思.鋼箱梁的施工工藝[J].交通世界，2012（3/4）：231.

[5]王增勝，章國平，趙海清，等.鋼箱梁吊裝施工技術[J].建筑技術開發，2015（9）：23-26.