連續結構鋼箱梁無臨時墩整跨安裝技術的應用

郭煥龍

（中鐵十四局集團第三工程有限公司，山東 濟南 250300）

1 連續結構鋼箱梁相關簡介

道路設計為自行車專用道，橋跨布置兼顧經濟性、功能性與整體景觀效果，采用橋跨形式為3m×20m+4m×20m+3m×20m，均為等截面連續鋼箱梁，鋼箱梁采用全焊結構，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1.75m，鋼箱梁標準節斷面如圖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，箱式內腹板豎向加勁肋及橫隔板標準間距為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。墩柱采用雙向側傾的四柱式鋼管混凝土橋墩，墩柱伸入承臺1.5m，承臺為2 層鋼筋混凝土結構，基礎為鉆孔灌注樁。

圖1 鋼箱梁標準節三維示意圖

因場地受限，鋼箱梁須在工廠加工焊接完成，運至現場后用大型汽車吊安裝就位，橋跨間因受場地及交通導行影響，拼接縫處不便設置臨時墩。鋼箱梁無臨時墩整跨安裝技術利用合理的橋跨分段，另外加設就位措施，保障鋼箱梁安全、精準就位，從而節約了做輔助支墩、支架的成本，避免了做臨時墩對場地有要求的問題，也縮短了安裝的時間。

2 鋼箱梁安裝技術

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、拼接縫處的應力集中、便于運輸吊裝以及接縫處的彎矩等多重因素，確定鋼箱梁安裝以橋臺及墩柱為支撐，不再另行搭設臨時墩，鋼箱梁拼接縫設在距離墩身中心線外挑2m 的位置。安裝時，以安裝完成的箱梁及前方墩臺為支點，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（以其中一聯三跨為例，跨徑均為20m，分段長以拼接縫中心線為計算點）。第一跨：分段長22m；第二跨：分段長20m；第三跨：分段長18m。

圖2 一聯鋼箱梁分段圖（單位：m）

2.2 鋼箱梁拼接縫細部說明

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

圖3 鋼箱梁構件分布圖

每個臺階長30cm，共計分為5 個臺階，拼接縫布置如圖4 所示。

2.3 鋼箱梁就位導向設置

因鋼箱梁為整跨運輸，屬于超寬超長車輛，多數情況下為夜間運輸和安裝，時間緊迫，故如何能快速精準就位是鋼箱梁安裝的技術關鍵，該文僅說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。

鋼箱梁制作時必須采用長線臺座，待一聯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上設置左右臨時限位導向板，導向限位板如圖5 所示，鋼箱梁固定焊接完成后解除。F1 限位導向板幾何尺寸為20cm×20cm×2cm，縱向外漏10cm，F2限位導向板幾何尺寸為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設置2 條手拉葫蘆軟連接，待鋼箱梁大致位置已對齊但還未完全落梁之前用手拉葫蘆進行微調，鋼箱梁完全對齊后進行落梁。落梁后采用馬板及時進行固定，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。

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段之間的焊接，待節段就位后，調整好橋梁整體線形和焊縫間隙統一進行焊縫的施焊工作。

節段間的焊接至關重要，是連續鋼箱梁橋結構承重的薄弱點，也是橋梁線性控制的重要環節，合理的梁段環縫的施焊順序能夠防止焊接變形、減少焊縫內應力，保證外形尺寸及焊接質量。

每條環縫的焊接順序：頂板、底板定位加強焊→頂板、底板、腹板對接縫焊接→縱肋嵌補段對接縫焊接→縱肋與底板的角焊縫焊接。

每條縱縫的焊接順序：隔板對接立焊縫→底板與隔板焊縫→底板定位加強焊→底板對接焊縫焊接。

所有環縫全部采用馬板定位焊接，頂板、底板和腹板焊縫焊接時焊縫的接頭避開十字接頭部位。

現場頂板、底板以及腹板對接焊縫由2 名焊工對稱焊接，橫向對接焊縫采用埋弧焊蓋面。嵌補段先焊接嵌補對接，后焊接嵌補角接；加勁肋嵌補的焊接應從梁段中心向兩邊對稱施焊。

2.5 鋼箱梁吊裝調平、就位與運輸保護

鋼箱梁吊裝調平、就位與運輸保護需要注意以下6 點：1）鋼箱梁的重心位置計算是鋼箱梁吊裝中最為關鍵的一步，重心計算不準將會導致就位困難而且就位精度不高，嚴重的可能會造成吊裝事故。根據箱梁吊裝時的結構形式和梁段質量，準確計算出梁段的重心位置，在各段箱梁兩端處合理布置吊耳。2）根據箱梁縱坡、預拱度值以及現場吊裝工況，選擇適當的吊裝鋼絲繩、卸扣和鏈條葫蘆等工具，并確定吊鉤兩端鋼絲繩的長度。3）吊裝梁段接近作業面時，利用手拉葫蘆連接，通過調整手拉葫蘆的長短控制鋼箱梁的位置。4）鋼箱梁吊裝過程中需要不斷調整其狀態，通過粗調和精調，確保鋼箱梁順利安裝到位。5）吊裝前在梁段上系設好2 根纜風繩，以控制梁段在空中時的狀態。在達到預定起升高度時（超過臨時支架頂表面1m 以上），吊車緩慢轉動主臂至橋位上空后，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緩慢落鉤至安裝位置完成精確定位。6）在鋼箱梁裝車、運輸以及吊裝過程中，要對鋼箱梁進行成品保護，由于鋼結構為剛性構件，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；個別構件要加焊臨時支撐件，保證構件的穩定性。

3 鋼箱梁制作技術

3.1 鋼箱梁設計分解

在保證結構體系合理與穩定的前提下，對原設計的鋼箱梁整體結構進行分解，結合段落的劃分情況，精準計算每個構件分解后的尺寸，分解完成后通過三維空間建模進行組裝碰撞檢測，并繪制鋼箱梁總拼裝圖、節段組裝圖、單元件施工圖、零件套料圖、材料明細表等，確保無誤后方可按分解后的構件進行加工制作。鋼箱梁只有經過設計分解才能保證構件制作精度。

3.2 鋼箱梁的制作

鋼箱梁的制作須在加工場內，采用“長線法”整體成型，即在工廠內搭設連續胎架，其線型按照設計線型+預拱度設置，鋼箱梁節段組拼、定位焊在胎架上完成。

經測量放線胎架無誤后，將組裝件吊裝到平臺上進行就位固定，每個構件的組裝須按照設計分解后制定的組裝方案進行，組裝時須將焊縫兩側的污漬清除干凈，直至出現金屬光澤。

鋼構件組裝過程中如角度或位置有偏差時，禁止用撬棍或大錘等對構件進行強制裝配，有部分組裝后無法進行檢測或涂裝的區域，需要在完全組裝前進行檢測或涂裝，合格后進行完全組裝。

對拼裝構件先進行點焊，二次測量無誤后進行全面焊接，焊接完成后進行現場超聲波檢測，符合標準后對焊接部位噴漆，對線型整體進行第三次測量檢查和調整，滿足精度要求后，進行測量特征點標記和臨時吊耳安裝，以上工序完成后方可下胎發運到現場。

3.3 鋼板的矯正

鋼板由于生產、貯存等原因，以及經過沖、剪及切割分離等初加工后，可能會出現各種各樣的變形，在拼裝、焊接前須對其進行矯正，以免鋼箱梁出現應力集中或外觀缺陷等質量問題，該文僅對常見的鋼板矯正和箱型構件矯正做簡要闡述。1）鋼板矯正。鋼板變形主要采用矯平機與火焰相配合的方法進行矯平，矯平后的鋼板平整度須滿足小于1mm/m2 的要求。2）箱型構件矯正。箱型構件的扭曲、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程中是不可避免的，但是每個鋼結構構件都是梁體的一部分，接料的質量好壞也會影響整個梁體的受力，接料的質量控制體現在以下幾點。1）接料拼接的過程須在1 個完全水平的工作平臺上進行，拼接前須對平臺進行水平差檢測。2）接料同焊接要求一致，對焊縫兩側污漬清除干凈。3）根據來料檢尺進行排版，在浪費不大的情況下盡量采用大板接料形式。4）接料時如采用埋弧自動焊，接料兩端須有引板，尺寸為5cm×10cm，引板與接料板厚、材質以及坡口形式均應一致。

3.5 鋼板的焊接

鋼箱梁設計為全焊結構，構件長度長，構件變形控制難，焊接質量對鋼箱梁的整體質量有決定性作用，因此須確保構件焊后變形及殘余應力符合要求，同時使構件達到實際確定的預拱值，該文從降低焊接應力、變形等方面做出以下闡述。

3.5.1 降低焊接應力的措施

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

3.5.2 焊接變形的控制措施

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

3.5.3 焊接缺陷的修復

焊接中的缺陷是不可完全避免的，當檢測完成后，出現的質量缺陷須按以下5 條措施進行修復：1）如焊縫在無損檢測的過程中，檢測有部分超標缺陷時，應向技術人員報告，查清原因后，制定修補方案，嚴格按照方案進行修補，焊工不得擅自進行修補處理。2）如焊縫中存在有裂紋的現象，須確定裂紋的界限范圍，在修補前通過無損檢測方法進行確定。處理時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時須補焊，存在焊縫、焊瘤等情況時應采用砂輪進行打磨，與母材圓滑過渡。3）缺陷清除過程中，應磨除氣刨滲碳層，修整表面，并將刨槽加工成四側邊斜面角不小于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定補焊。埋弧焊焊縫有缺陷時用低氫型焊條補焊。5）補焊時須注意焊縫長度，當焊縫長度超過500mm 時，應采用分段退焊法，多層焊的焊層之間接頭應錯開，焊縫長度應大于100mm，補焊應在坡口內引弧，熄弧時應填滿弧坑。

4 結語

鋼箱梁的應用越來越多，施工現場的場地情況也各不相同，搭設臨時墩對場地要求高，且不夠經濟。該文對鋼箱梁無臨時墩整跨安裝技術進行了研究，滿足“無支架、快速化施工”的理念，分大節段進行吊裝，并指出了鋼箱梁加工過程中的施工要點，可對類似工程建設起到借鑒作用。