高速公路鋼箱梁吊裝施工技術

齊 凱

中鐵十四局集團第四工程有限公司

1 橋梁結構概況

某高速公路跨既有通行道路主線橋為鋼箱梁，采用全焊接單箱兩室結構，道路中心線與箱梁中心線重合；主梁頂寬12.75m，底寬8.81m；鋼箱梁兩側挑臂根部高0.5m，端部高0.2m，懸挑長度為2.014m，箱室總寬度12.75m；箱梁道路中心向處高度為2.03m；主線橋長87m，跨徑結構為41+46m，總重量595.36t。

2 方案選擇及施工流程

2.1 鋼箱梁節段劃分

主線橋縱向按14500mm、10300mm、14000mm、16000mm、16200mm、16000mm的長度劃分為6個單元；橫向按圖1所示，劃分為5個單元，單幅箱梁劃分為30個吊裝節段，單節段鋼箱梁最大重量不超過36t。

圖1 鋼箱梁橫向吊裝單元劃分圖

2.2 鋼箱梁安裝步驟

鋼箱梁的安裝分為：施工準備、鋼箱梁吊裝及校正、鋼箱梁焊接及檢測、臨時支架拆除、最后一道面漆涂裝，共計五個階段：

（1）施工準備階段：開展橋墩支座標高及定位點的復測工作，搭設圍擋及安裝臨時支架，提前完成各類機具的準備工作，主吊機提前進場完成吊裝前的各項準備。

（2）鋼箱梁吊裝及校正階段：按照順序吊裝鋼箱梁的各節段，并開展校正定位工作。

（3）鋼箱梁焊接及檢測階段：需嚴格做好遮擋防護措施，嚴禁焊接火花落地。現場焊接完成后，按要求進行焊縫的無損探傷檢測。

（4）臨時支架拆除階段：本階段首先對鋼箱梁進行整體卸載，隨后完成臨時支架拆除。

（5）油漆涂裝階段：本階段主要是對焊縫區域的油漆進行補涂，對鋼箱梁的外部進行整體清理，并涂裝最后一道面漆。

3 臨時支架體系構成及驗算

3.1 臨時支架體系構成

支架體系由臨時支架基礎、橫梁及支架三部分組成，橫梁采用熱軋2H 型鋼HN400×200 雙拼制作，臨時支架采用Φ326×8mm/Φ420×8mm 鋼管，中間橫、斜撐采用角鋼10#槽鋼連接成整體。縱向間距按照吊裝節段的長度進行布置，橫向立柱間距為3.8m。

3.1.1 基礎施工

臨時支架基礎采用C30預制混凝土基礎塊，長3m（順橋向）×寬1m（橫橋向）×厚0.3m。上下各60mm處布置Φ12（@100）承壓鋼筋網。混凝土塊預埋Φ600×24鋼板預埋件。

當臨時支架位于路肩或擴建位置時，在臨時支架搭設前，對支架投影面四邊10m2的范圍內進行地基處理。地基處理方式：首先對原基礎進行壓實，壓實度不得小于96%，軟基部分需進行砂礫石換填，確保地基承載力不小于200kPa。

3.1.2 臨時支架安裝

（1）臨時支架安裝前，對實地進行考察和測量，根據橋梁中心線、支架軸線和節段的劃分，確定臨時支架的縱橫坐標及標高。

（2）支架安裝完成后，選擇不同截面設置沉降觀測點，用來對臨時支架的沉降狀況及穩定性進行觀測。

（3）臨時支架調節，臨時支架采用高度為400mm左右的調節鋼管與千斤頂進行調借，主要用于鋼箱梁吊裝時調節梁體標高和吊裝結束后進行的鋼箱梁卸載。

（4）支架的高度在10m以上的，將10m高的臨時支架鋼格構分為若干個小格構，將各個小格構通過螺栓連接組成安裝需要的臨時支架鋼格構。

3.2 臨時支架驗算

鋼箱梁工程雙組施工支架時，支架和其上分配梁最為不利，故此類支架按照雙施工支架進行計算。采用梁單元建立模型，按圖2所示，梁材性：Q235，全梁有均布荷載1kN/m，考慮自重，自重放大系數為1.2，計算如下。

圖2 鋼箱梁施工支架模型

跨度為：3.8m。

截面為：300×300×14×20；截面：

截面：

面積矩：

腹板總厚14mm；塑性發展系數：

整體穩定系數：

由最大壁厚20mm 得：

截面抗拉抗壓抗彎強度設計值：

截面抗剪強度設計值：

剪力范圍：-204.699kN～204.699kN。

彎矩范圍：-80.718kN·m～123.746kN·m。

最大撓度：2.10433mm（撓跨比為1/1805）。

由：

滿足最大剪應力。

由：

滿足強度應力。

由：

滿足穩定應力。

受壓翼緣外伸寬度與厚度之比為7.15 滿足!

腹板高厚比為18.5714 無局部壓應力可不配置加勁肋!

3.3 注意事項

（1）要求支架上部H型鋼上方調節管不超過500mm，如果超過500mm 要求在調節管支架采用中間橫、斜撐采用角鋼L75×75×5連接成整體。

（2）要求用于將調節管支架連接成整體的中間橫、斜撐L75×75×5角鋼，要求用至少兩個螺栓連接。

（3）臨時支架底部采用四塊規格為16mm×500mm×500mm的鋼板作為鋪墊，四周采用4 個M16×120 膨脹螺栓與混凝土路面進行固定。在調節管頂部加16mm×500mm×500mm的支座鋼板。

（4）橫梁（分配梁）采用熱軋H 型鋼制作，規格不低于HN400×200×8×12的H型鋼。

（5）用作臨時支架的鋼管壁厚不低于8mm，直徑視具體情況而定，但不得低于273mm。

（6）分配梁與支架、分配梁與調節管之間滿焊焊腳尺寸為8mm。

（7）如果分配梁外側伸出超過1m 以上部分上有調節管，要求在分配梁外側伸出部分其下方加斜撐。

（8）要求支架立柱豎向軸線與分配梁縱軸重合。

4 吊裝設備選擇

4.1 起重機選擇

汽車吊占位于路肩上，安裝臨時支架，一組支架布設在中央隔離帶內，二組支架布設在擴建路基上，不影響道路正常通行；按照吊裝節段劃分，最大單節段鋼箱梁最大重量為36t，根據吊車支腿位置，單節段吊裝最大作業半徑部超過14m，故選擇臂長31.2m 的QAY200 型全地面起重機，作業半徑14m 吊裝能力為43t，滿足施工要求。

4.2 吊耳布置

根據節段劃分表格顯示，最大吊裝重量為43t，同時起吊吊點數為4個，得到：

由于鋼號為Q345D，耳板鋼板抗剪強度為：

N≤210MPa滿足設計要求。

4.3 吊索具選用

根據節段劃分表格顯示，最大吊裝重量為43t。

吊裝時采用4點吊裝（4根鋼絲繩同時吊裝），每根鋼絲繩與吊裝物體的水平吊裝夾角需大于60°。

根據鋼絲繩安全系數，取值6；吊裝夾角為60°。

考慮鋼絲繩受力不均勻系數，取值0.85，得到：

根據鋼絲繩設計規范《重要用途鋼絲繩》（GB 8918—2006），選擇6×37系列鋼絲繩，由上表中數據可知，現場選用鋼絲繩時，可選用直徑為46mm，抗拉強度為1870MPa，6×37 結構鋼芯鋼絲繩。

4.4 卸扣選用

根據節段劃分表格顯示，最大吊裝重量為43t，同時起吊吊點數為4個，得到：

選擇25t卸扣。

4.5 具體施工步驟

圖3

（1）平整場地，汽車吊占位于路肩上，安裝臨時支架，一組支架布設在中央隔離帶內，二組支架布設在擴建路基上，不影響道路正常通行。

（2）用汽車吊安裝中間10.2m 段鋼梁，10.2m 節段重量為17.34t，在工作半徑14m。

（3）汽車吊挪動位置不變吊裝此側鋼梁，鋼梁重量為32t，工作半徑為14m。

（4）汽車吊占位于另外一側架設對面鋼梁，工況與第三步一致，鋼梁重量為32t，工作半徑為14m。

（5）碼板碼縫焊接完成，拆除支架，恢復道路正常通行。

5 焊接及涂裝操作

5.1 焊接操作

5.1.1 焊接順序

現場焊接時，按照吊裝順序安排具體的焊接順序。

第一步：吊裝中間箱梁塊體，首先同時完成頂、底板縱縫焊接，然后完成中腹板焊接。

第二步：吊裝兩側挑臂塊體，兩側挑臂塊體根據現場施工人員以及設備情況，可同時施工，兩側均為首先同時完成頂板與底板縱縫焊接，然后完成中腹板焊接。

第三步：進行環縫焊接。在環縫的焊接時，首先對焊接頂板與底板進行焊縫，采用由中間向兩側的順序；再對焊接兩側腹板的位置，采用由下向上的順序進行。

第四步：完成零散嵌、補件的焊接工作。

5.1.2 焊接方法

根據焊接位置，以操作方便為主要目的，進行焊接方式的選擇:

（1）采用C02氣體保護半自動焊打底，用埋弧自動焊蓋面。

（2）現場焊接順序，根據先焊長焊縫，后焊短焊縫，先焊熔敷量大的焊縫，后焊熔敷量小的焊縫的原則，確定現場焊接的順序。

（3）橋段工地連接焊縫:先進行頂板和底板的橫向焊接，其次進行腹板的焊接，最后進行板肋和嵌補段的焊接。

5.2 防腐涂裝

防腐施工要與拼裝同步開展，充分利用拼裝焊接作業平臺、臨時設施、起吊運輸工具。焊接完成一條焊縫，并經檢驗合格后，將焊接工位移動至下一道施工位置，便可對檢驗合格的焊縫開展防腐涂裝作業，如此施工縮短了整體拼裝后的防腐涂裝作業工期，同時又有效地利用焊接作業的臨時設施，且避免了交叉作業。環縫涂裝需用砂輪沿焊縫位置兩側30mm～50mm 范圍內進行除銹，將表面清理干凈，達到無塵、無油、無污的表面處理效果后，方可進行后續涂裝作業。

防腐涂裝施工過程中，盡量采用噴涂施工的工藝，最大限度地避免漆膜厚度偏薄的現象發生。為保證焊縫區域底漆的厚度，要適當地增加中間層涂料的控制厚度，根據施工經驗，中間漆厚度可按照1.3倍進行控制，以確保整體涂層的厚度與質量。

6 鋼箱梁卸載及臨時支架拆除

6.1 鋼箱梁卸載

鋼箱梁的卸載工作開始前，在箱梁縱腹板位置正下方臨時支架橫梁上，設置每組10臺千斤頂，專人指揮，統一操作，以確保鋼箱梁卸載過程操作的一致性，卸載時按照從中間到兩邊的順利進行，在每一支撐體系安排4個人對臨時調節支撐進行切割作業。在每一臨時調節支撐一側設置20t的千斤頂，千斤頂上方設置鋼墊板，鋼墊板需與千斤頂蓋焊接成為一個整體，千斤頂底座和支架橫梁進行點焊加固，以便于保證卸載過程中千斤頂的穩定性。

按縱橫兩個方向分級同步卸載，卸載時需統一指揮，均勻卸力，步調對應。橫向卸載要先進行橋梁中心的卸載，后開展兩側懸挑部分的卸載，縱向卸載按照先中間后兩邊的順序，卸載點要相互對稱，嚴格按照結構本身內力傳遞的特點進行卸載。卸載過程不可一次到位，應使各組臨時支架都處于受壓狀態。卸載過程中還要對橋面臨時支架和箱梁頂板上設置的監測點進行嚴格的沉降觀測，確保臨時支架沉降均勻，橋梁的整體線性符合設計要求。

6.2 臨時支架拆除

按照以下步驟進行臨時支架的拆除工作。

（1）將鋼箱梁底部調節管切割，脫離分配梁，用麻繩放置到地面。

（2）將分配梁從支架上切割脫離，采用汽車吊抬吊放置到地面，抬吊時需在分配梁兩側張拉晃繩，防止對支架和設備碰撞。

（3）采用2臺汽車吊拆除臨時支架，即一臺汽車吊鋼絲繩捆綁在支架上方有平聯結構處兩根主管上，另一臺汽車吊鋼絲繩捆綁在支架下方兩根主管上（同一側）。兩臺汽車吊鋼絲繩都捆綁好后，拆除支架固定螺栓，檢查無約束后，起升支架下方鋼絲繩，下放支架上方鋼絲繩，逐步、緩慢將支架放置到地面上。

（4）清除所有臨時設施。

7 結論

隨著國家交通網的日益完善，大跨度橋梁及上跨既有通行道路的橋梁越來越普及，鋼箱梁吊裝因其施工周期短、質量易于控制的優點，已廣泛地應用于跨鐵路、公路等不宜封鎖的線路上架梁施工中，本文詳細闡述了鋼箱梁吊裝的施工技術，具有一定的可借鑒性，為同類工程的施工提供了經驗。