基于工程實例的鋼箱梁施工技術(shù)應(yīng)用研究

李會龍

（宇航交通建設(shè)集團(tuán)有限公司,浙江 杭州 311100）

0 引言

鋼箱梁是大跨度橋梁施工時常用的組成部分，其形狀接近箱子，鋼箱梁主要由頂板、底板等多個部分組成，采用焊接方式完成各個組分的連接[1]。鋼箱梁具有抗扭剛度大、受力性能好等優(yōu)勢，與此同時，由于其自身重量較輕，也會導(dǎo)致鋼箱梁施工后，上部結(jié)構(gòu)在荷載作用下發(fā)生傾覆矩，直接影響鋼箱梁的橫向穩(wěn)定性，導(dǎo)致橋梁存在傾覆風(fēng)險。我國鋼箱梁橋梁工程施工后，已經(jīng)發(fā)生多起箱梁傾覆事故，嚴(yán)重影響橋梁使用安全[2]。鋼箱梁在施工過程中，典型的施工方法包含吊裝法、懸臂拼裝法、高空滑移法、頂推施工法等多種方法[3]，因此，為保證橋梁施工質(zhì)量以及施工后的通行安全，提升鋼箱梁的橫向穩(wěn)定性、降低傾覆風(fēng)險，可結(jié)合施工需求以及施工環(huán)境等選擇合適的施工方法[4]。該文以實例大跨度橋梁工程為例，研究鋼箱梁的施工技術(shù)，保證鋼箱梁施工后的穩(wěn)定性[5]，避免發(fā)生傾覆，并為相關(guān)工程提供可靠依據(jù)。

1 鋼箱梁施工技術(shù)

1.1 工程概況

該文以某地區(qū)的大跨度橋梁工程為例，研究鋼箱梁施工技術(shù)。該橋梁工程主要由主線橋鋼箱梁、非通航孔鋼箱梁以及中航道鋼箱梁組成，共計8 聯(lián)35 跨，整體劃分成36 個大節(jié)段，單個大節(jié)段鋼箱梁重量達(dá)到3 100 t。

整個橋梁工程中，主線橋梁為1 聯(lián)鋼箱梁，長度為355 m，屬于變寬截面鋼箱梁；非通航孔鋼箱梁2 聯(lián)，長度為445 m，屬于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段箱梁；中航道鋼箱梁為1 聯(lián)鋼箱梁，長度為655 m，屬于高截面鋼箱梁。鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)版段梁體寬度為36 m，變寬段寬度最大為52.7 m，梁高度變化由3.5 m 增加至7 m。

該橋梁工程在設(shè)計過程中，其選擇帶有熱軋U 型肋的頂板，U 肋厚度為15 mm，該頂板的熱軋U 型肋采用全熔透焊接方式，并按照雙“90”標(biāo)準(zhǔn)完成質(zhì)量驗收。

該橋梁工程在施工過程中，面臨以下挑戰(zhàn)：

（1）橋梁整體跨度較大，橋體屬于非對稱高低塔斜拉橋，施工過程中，會面臨較大的環(huán)境約束和施工空間約束。

（2）水文環(huán)境復(fù)雜。該工程位于某河道下游，水流急，航道等級較高，主跨施工過程中對于航道的安全存在一定影響[6]；同時該工程施工周期較長，并且水位變化較大。

1.2 鋼箱梁施工技術(shù)應(yīng)用

1.2.1 整體施工方案選擇

由于施工環(huán)境距離海面距離較小，天氣和海況的變化會直接影響作業(yè)安全，該文結(jié)合橋梁工程設(shè)計方案以及施工面臨的挑戰(zhàn)，采用整體吊裝裝配化施工技術(shù)完成鋼箱梁施工。該施工技術(shù)具有吊裝重量大、安裝精度高等特點(diǎn)，該技術(shù)在施工時主要結(jié)合橋面吊機(jī)、浮吊、雙履帶吊等吊裝設(shè)備完成鋼箱梁施工。在整個施工過程中，相鄰梁段接縫和前一個墩中心線距離為18 m，中跨和尾跨安裝梁段需臨時掛設(shè)在前一個梁段懸臂端。依據(jù)鋼箱梁的安裝位置，整體可分為4 個施工階段，索塔區(qū)的鋼箱梁在施工時，主要采用浮吊方式進(jìn)行施工，將其吊至塔區(qū)存梁支架處，再進(jìn)行后續(xù)安裝；中跨需先將鋼箱梁運(yùn)輸至江面指定位置，再利用浮吊進(jìn)行吊裝；尾鎖區(qū)鋼箱梁的施工則直接采用浮吊的方式進(jìn)行吊裝，使其位于梁支架處，通過橋面吊機(jī)進(jìn)行拼裝。

1.2.2 施工步驟

確定整體施工方案后，則結(jié)合工程施工標(biāo)準(zhǔn)，制定鋼箱梁施工流程，如圖1 所示。

圖1 鋼箱梁施工流程

依據(jù)圖1 的施工流程，完整鋼箱梁施工，在施工過程中，鋼箱梁的標(biāo)準(zhǔn)梁段為15 m，使用吊機(jī)最大起吊重量為355 t。鋼箱梁施工關(guān)鍵步驟如下所述：

步驟1：鋼箱梁吊裝和定位

在進(jìn)行鋼箱梁施工前，需先確保施工儀器就位，并且將鋼箱梁運(yùn)輸至施工位置。先將浮吊拋錨定位，并采用運(yùn)梁船將鋼箱梁運(yùn)送至指定施工位置，完成吊具和起吊繩索的安裝。安裝完成后，進(jìn)行試吊，試吊正常后，則開始進(jìn)行鋼箱梁起吊，對其起吊位置進(jìn)行初步定位，并進(jìn)行位置校正，實現(xiàn)位置的精準(zhǔn)確定。位置確定后，在鋼箱梁頂起后，依據(jù)定位軸線和標(biāo)高調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)，完成整梁段姿態(tài)調(diào)整，保證吊裝效果。

學(xué)校培養(yǎng)目標(biāo)的定位導(dǎo)致學(xué)校中不同程度地存在著重學(xué)業(yè)、輕素質(zhì)，重教育、輕責(zé)任文化素質(zhì)的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致忽視學(xué)生全面素質(zhì)的提高，形成部分學(xué)生對于責(zé)任意識淡薄、責(zé)任認(rèn)知薄弱，在校園內(nèi)時常出現(xiàn)違紀(jì)現(xiàn)象，每每遇到困難或挫折，便不知所措，甚至走向極端，缺乏承受心理壓力的能力及應(yīng)變能力。大學(xué)生大多年齡在18歲—22歲之間，他們體力和腦力活動能量日益增大，思維逐步進(jìn)入理性化階段，思想日趨活躍。因此，我們可以根據(jù)學(xué)生身心發(fā)展的特點(diǎn)，圍繞學(xué)生身心發(fā)展過程中的疑難問題設(shè)計主題，開展責(zé)任文化素主題活動，提升學(xué)生責(zé)任擔(dān)當(dāng)能力。

在上述步驟的基礎(chǔ)上，確保鋼箱梁位置的精準(zhǔn)后，采用焊接的方式完成相鄰梁段之間的處理，并將其與縮塔下的橫梁進(jìn)行臨時固結(jié)處理。該文共設(shè)計12 個固結(jié)點(diǎn)，以此保證鋼箱梁施工質(zhì)量。

步驟2：墩頂布置和臨時支點(diǎn)確定

鋼箱梁施工過程中，需先進(jìn)行臨時支點(diǎn)設(shè)置，并進(jìn)行千斤頂調(diào)節(jié)，吊裝鋼箱梁之前，將支座置于墊石上，并在該支座上放置硬橡膠墊，將其作為臨時支撐點(diǎn)。調(diào)節(jié)千斤頂主要包含多個部分，一是豎向千斤頂，二是水平千斤頂；在永久支座順橋向外側(cè)安裝中墩調(diào)節(jié)千斤頂，安裝數(shù)量為2 套，安裝方式為單排安裝。對千斤頂進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)詳情如表1 所示。

表1 千斤頂調(diào)節(jié)詳情

設(shè)置的臨時支點(diǎn)主要由正式支座、滑動裝置、調(diào)節(jié)千斤頂、橡膠墊等部分組成，其在設(shè)置過程中，為降低支座的臨時摩擦力，將滑動裝置設(shè)置在臨時支點(diǎn)底部。主要由滑槽和滑靴組成，滑靴底部安裝四氟板，在其和滑槽接觸面上安裝1塊不銹鋼板，同時保證滑槽頂面整潔，并在頂部涂抹黃油。

步驟3：鋼箱梁吊裝

將吊具下放，吊具下端和水面距離在20 cm 左右時，停止繼續(xù)下放，此時對鋼箱梁和橋軸線之間的距離進(jìn)行測量，保證鋼箱梁段定位誤差不超過550 cm。利用吊機(jī)扁擔(dān)梁上重心完成千斤頂調(diào)整，以此保證鋼箱梁處于水平起吊；通過集中控制臺控制牽連吊機(jī)進(jìn)行鋼箱梁起吊，保證梁段100%臨界負(fù)載。

步驟4：鋼箱梁初步就位

鋼箱梁吊裝完整后，進(jìn)行梁段裝配定位。鋼箱梁初步就位前，在墩頂側(cè)預(yù)設(shè)制作中心，完成千斤頂調(diào)位裝置安裝，同時安裝臨時使用的永久支座。以安裝的硬橡膠墊作為臨時支點(diǎn)，需保證其臨時中心偏差不大于5 mm，高程偏差不大于2 mm；每片鋼箱梁出運(yùn)前，在梁底進(jìn)行中軸線、支座中線的標(biāo)記，并且提前校對永久支座斷面和千斤頂?shù)氖州S線。位置確定后，完成所有錨繩收緊，關(guān)閉錨機(jī)，進(jìn)行鋼箱梁下落，并嚴(yán)格控制下落速度。當(dāng)鋼箱梁下落至墩頂1 m 處時，調(diào)整運(yùn)輸船姿態(tài)，再次進(jìn)行鋼箱梁平面位置調(diào)整，同時完成錨繩收緊。當(dāng)鋼箱梁穩(wěn)定后，進(jìn)行下落處理，完成鋼箱梁初步就位，同時進(jìn)行初步位置檢測，保證其橫縱兩個方向的偏差均在5 cm以內(nèi)。

步驟5：鋼箱梁精準(zhǔn)對位

在上述步驟的基礎(chǔ)上，通過千斤頂依次對鋼箱梁平面位置進(jìn)行檢測和調(diào)整，保證其縱軸線偏差不超過10 mm，相鄰跨之間端橫梁中心相對位置偏差不超過5 mm；在進(jìn)行上述調(diào)整過程中，縱向和橫向同時進(jìn)行。

鋼箱梁精準(zhǔn)對位可將其看作為調(diào)梁處理，主要內(nèi)容包含改成調(diào)整、水平調(diào)整、臨時限位調(diào)整，其主要目的是保證鋼箱梁精準(zhǔn)的施工位置。其按照先縱向、后橫向千斤頂?shù)膱?zhí)行順序完成，同時臨時支點(diǎn)底座在橫向頂力的作用下，隨著鋼箱梁同時移動；當(dāng)鋼箱梁位置滿足工程施工標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行落梁，此時墩臺處和兩跨端梁處的對位偏差不可超過10 mm 和5 mm。完成精準(zhǔn)對位后，采用碼板完成鋼梁接頭位置鎖定，并取出正式支座上的硬橡膠墊，同時完成支座上下鋼板安裝和支座灌漿處理，最后將千斤頂后移至下個墩頂處，以此完成鋼箱梁精準(zhǔn)對位。

步驟6：合龍施工

完成鋼箱梁精準(zhǔn)定位后，依據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合龍施工，合龍順序為先邊跨后中跨。在進(jìn)行合龍操作前，需先對全橋所有控制點(diǎn)的標(biāo)高、關(guān)鍵界面等參數(shù)進(jìn)行檢驗，保證相關(guān)參數(shù)結(jié)果和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)吻合，整體結(jié)構(gòu)處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)后進(jìn)行合龍。合龍時主要采用幾何控制方法完成，利用塔梁之間設(shè)置的頂推器進(jìn)行合龍口長度的控制，保證施工操作。同時在合龍過程中，控制合龍的頂推力，保證合龍效果。合龍后，鋼箱梁的頂板和底板之間的縫隙均采用焊接方式進(jìn)行連接，并且焊縫誤差需滿足施工標(biāo)準(zhǔn)，寬度均勻并且不存在錯臺，以此完成鋼箱梁施工。

1.3 施工質(zhì)量分析

鋼箱梁的抗傾覆能力是保證橋梁通行安全的重要標(biāo)準(zhǔn)，如果上部結(jié)構(gòu)發(fā)生偏載情況，則會引起橋梁結(jié)構(gòu)傾覆力矩小于橋梁的抗傾覆力矩，而支座在較大水平力的作用下，會發(fā)生位移超限，引發(fā)支座的上部結(jié)構(gòu)發(fā)生落梁現(xiàn)象，同時水平位移超限失效后，墩頂截面會發(fā)生壓彎損壞。除此之外，上部結(jié)構(gòu)一旦偏載，會導(dǎo)致距離荷載位置距離較遠(yuǎn)的支座完全脫空，致使支座完全脫空，橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆。因此，依據(jù)上述小結(jié)完成鋼箱梁施工后，為驗證該施工技術(shù)的施工質(zhì)量，需進(jìn)行相關(guān)性能分析，該文主要選擇抗傾覆穩(wěn)定性作為試驗性能，其主要用于衡量鋼箱梁施工后，在自重和外荷載作用下的抗傾覆能力。按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD 60—2015）標(biāo)準(zhǔn)，判斷鋼箱梁的抗傾覆穩(wěn)定性結(jié)果是否滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

如果鋼箱梁的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)用ξqf表示，其計算公式為：

式中，G1、G2——自重，前者對應(yīng)有利的鋼箱梁結(jié)構(gòu)，后者對應(yīng)不利的鋼箱梁結(jié)構(gòu)；x1、x1——距離，前者對應(yīng)G1的質(zhì)心和傾覆軸線之間，后者對應(yīng)G2的質(zhì)心和傾覆軸線之間；ξQ、ξG——重要性系數(shù)，前者對應(yīng)對鋼箱梁抗傾覆不利的汽車荷載效應(yīng)，后者對應(yīng)鋼箱梁抗傾覆不利的上部結(jié)構(gòu)橫載；qk——車道均布荷載；l——鋼箱梁跨徑；Pk——車道集中荷載；ej——鋼箱梁傾覆側(cè)與傾覆軸線之間的距離。

依據(jù)上述公式計算采用該文施工技術(shù)完成鋼箱梁施工后，其在不同大小的車輛荷載下（規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為70 t 車輛荷載），抗傾覆力矩的結(jié)果以及鋼箱梁的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果（標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果大于2.5），如表2 所示。

表2 抗傾覆穩(wěn)定性試驗結(jié)果

對表2 測試結(jié)果進(jìn)行分析后得出：采用該文施工技術(shù)完成鋼箱梁施工后，鋼箱梁的抗傾覆性能較好，抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果均在2.5 以上，滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。整個鋼箱梁施工后，不會發(fā)生側(cè)向傾覆風(fēng)險，能夠極大程度確保橋梁工程安全。

2 結(jié)論

鋼箱梁是大跨度橋梁工程的重要組成部分，其施工質(zhì)量直接決定橋梁整體安全性，因此，需可靠完成鋼箱梁施工。文中為研究鋼箱梁的施工技術(shù)，以實例工程為基礎(chǔ)，結(jié)合該橋梁工程的施工方案和施工需求，選擇吊裝施工法完成鋼箱梁施工，并對施工結(jié)果展開穩(wěn)定性分析。確定該文研究的施工技術(shù)具有較好的施工效果，能夠保證鋼箱梁的施工質(zhì)量，避免其施工后發(fā)生側(cè)向傾覆風(fēng)險，保證整體橋梁的使用安全。