大跨度槽型組合梁施工技術研究

黃德財HUANG De-cai

（中鐵十二局集團城市發展建設有限公司，蘇州 215000）

0 引言

目前我國高速公路建設正處于蓬勃發展的時期，與此同時也促進了我國橋梁建設水平的飛躍提升。當公路線路上跨既有交通道路時主要有三種橋型，一是連續梁橋，該橋型結構簡單受力明確，采用懸臂法施工時對下方交通影響較小，但施工工期長同時存在較大的安全隱患，同時梁體結構高度大對下方通行凈空產生一定影響；二是現澆梁，該橋型適用于曲線半徑較小坡度較大的橋梁，受力及后期維護較為簡單，但橋梁施工時需采用滿堂支架法施工，對周邊交通影響很大；三是槽型組合梁，該橋型適用于交通水運繁忙但凈空要求較高的區域，施工周期短影響范圍小，但槽型組合梁制作工藝較為復雜，對技術水平要求較高，而且梁體在安裝過程中存在較大的安全風險。在蘇臺高速公路南潯至桐鄉段（二期）洲泉高架橋槽型組合梁施工中，由于該槽型梁跨度較大，不但加工制作難度大，而且梁體較重，使得梁體施工難度很大，為此項目部對該槽型組合梁加工過程中的各項工序進行嚴格把控，同時對梁體吊裝施工進行嚴格計算。通過一系列措施，不但安全順利地完成了該槽型組合梁施工，而且成形后的梁體質量及線性也滿足相關要求。通過現場實際應用，該大跨度槽型組合梁施工所涉及的相關技術在實際應用中取得很好的效果。

1 工程概況

蘇臺高速公路南潯至桐鄉段及桐鄉至德清聯絡線（二期）TJ05 標段起訖樁號為聯絡線LK9+340～LK19+494.543段，包含洲泉高架二號橋（2185m）、洲泉互通、洲泉高架三號橋、洲泉服務區、屠家浜橋、新市樞紐的土建工程等內容。路線長10.155km，其中路基長1.199km，橋梁共22 座，圓管涵12 道，箱涵8 道。聯絡線采用雙向六車道，設計速度100km/h，路基寬度33.5m。主要工程內容為：路基、路面、橋梁、涵洞、安全設施及預埋管線（僅含預埋管線，不含安全設施等）、道路沿線綠化（不含房建綠化和環境保護設施）及相關臨時工程等。

其中洲泉高架二號橋LK9+960～LK10+020 段采用60m 槽型組合梁上跨河流，該橋面寬度33m，左右幅均為15.25m，中央隔離帶寬度1.5m，每幅由3 片槽型梁組合而成，梁面設置10cm 瀝青混凝土。（圖1）

圖1 洲泉高架二號橋上部結構斷面圖

2 槽型梁總體施工方案

首先根據橋址施工環境、運輸條件、鋼混組合梁結構形式，對鋼混組合梁進行合理的縱向分段、橫向分塊；然后將鋼混組合梁采用在工廠內分段、分塊整體匹配拼裝加工成型，經驗收合格后采用平板車運輸至項目現場；鋼梁運到現場后根據梁底線形，在現場設置二次拼裝區，把廠內分段分塊拼裝成整段；最后采用大噸位吊機雙機抬吊，把鋼混組合梁節段整體吊裝砼蓋梁上就位。

每聯橫向（即橋寬向）吊裝順序：從道路中心線向兩邊吊裝鋼混組合梁節段，梁體全部安裝完畢后進行焊縫檢測和涂裝施工。

3 主要施工工藝

3.1 鋼梁加工制作流程（圖2）

圖2 槽型梁加工制作流程圖

3.2 鋼梁加工制作

鋼混組合梁，廠內縱向共分為3 段，（按底板劃分）分別為A 段20.9m、B 段18.2m、C 段20.9m，橫向分為3 個箱室。采用CAD 電腦軟件對鋼桁架各構件進行精確放樣，放樣時按工藝要求預留制作和安裝焊接收縮補償量、加工余量及線形調整量。各單元件切割完成后進行組拼，組裝前先檢查組裝用零件的編號、材質、尺寸、數量和加工精度等是否符合圖紙和工藝要求，確認后才能進行裝配。

鋼梁采用船型焊接，在單元件專用焊接反變形胎架上進行焊接，焊接時板塊須在船形位置進行焊接，以保證肋板與頂板的焊縫熔深得到較好的效果。底板及腹板的肋板在整體拼裝胎架上采用藥芯焊絲CO2氣體保護自動焊焊接。制作過程中要在平臺上根據工藝要求嚴格檢測板單元的縱、橫撓度、橋面板不平度，并進行矯正，矯正合格后進行編號標識。（圖3）

圖3 槽型梁單元件場內制作示意圖

圖4 槽型梁運輸示意圖

圖5 槽型梁吊裝流程圖

3.3 鋼混組合梁運輸

根據組合梁分段尺寸及重量，選擇重型低平板掛車進行運輸，梁段制作完成后采用兩臺75t 龍門吊裝車。鋼混組合梁節段吊運到運輸車上后，采用葫蘆捆綁將鋼混組合梁節段與運梁車的平板上固定，防止其倒傾、滑移造成事故。

裝車時，應設統一的起重指揮和專人安全監護，作業人員在起重指揮的統一指揮下，嚴格遵照方案要求進行裝車、綁扎作業。構件應均衡、穩定、合理地分布在載貨平臺上，不超載、偏載、不集重、偏重；能夠經受運輸過程中所產生各種力的作用，不發生移動、滾動、傾覆、倒塌或墜落等情況。構件重心要與承運車輛或船舶的承載重心相吻合，遇到無法吻合的，其偏差應控制在車輛的許可范圍內。在吊裝時，應在鋼絲繩綁扎處做包角（用半圓鋼管內夾角鋼）以防止鋼絲繩刻斷。

由于車板為高低板，需要在車板后端固定臨時支架一個（尺寸為2500*800*700mm），以便于梁段放置。沿梁段長度方向，在構件的前，中，后，兩側分別焊接3 根角鋼或者H 型鋼將鋼梁與車板焊接，以防止貨物向兩側傾倒。最后通過手拉葫蘆加鋼絲繩將鋼梁的前部、中部、后部捆綁在車板上，已達到最終固定的目的。

3.4 槽型梁吊裝施工

槽型梁采用400t 吊車雙機抬吊，吊裝順序為逐孔進行，由內往外依次吊裝施工，400t 吊車最大重量104.7t，單機承受52.35t；旋轉半徑16m，臂長20.7m，額定起重量75*0.8=60＞52.35t，滿足吊裝要求。吊裝作業時應由專人統一指揮，嚴格按照上述試吊步驟進行，并做好吊裝記錄。同時要全面檢查各種繩索如起重索、吊索等是否完好，汽車吊運行狀態是否良好，履帶吊是否安全可靠，指揮通訊是否暢通。雙機抬吊時起吊重量不得超過兩臺起重機在該工況下允許起重量總和的75%，在吊裝過程中起重機的吊鉤滑輪組應保持垂直狀態。

4 槽型梁吊裝受力計算

4.1 吊耳驗算

槽型梁最重起重量為104.7 噸；按3 點受力時不利工況驗算，則單個吊耳最大受力：104.7/3=34.9 噸；所有梁段吊耳結構形式一致，鋼混組合梁吊裝吊點采用焊接吊耳，吊耳同鋼橋采用Q355 鋼材，厚度為30mm，并在吊耳兩側增加12mm 的圓環板。吊點布置在鋼混組合梁合梁腹板與隔板交叉處，吊耳與鋼混組合梁合梁頂板采用坡口熔透角焊縫，焊接完成后對焊縫進行無損檢測。

吊耳示意圖，見圖6。

圖6 吊耳示意圖

吊耳的強度驗算：

①吊耳的允許負荷按下式計算：

P=cD/n

式中：P——吊耳的允許負荷；

D——起重量；

c——不均勻受力系數，c=1.5；

n——同時受力的吊耳數；

按照吊耳承受最大重量進行計算，則D=1047kN；

吊裝采用4 個吊耳，考慮3 點受力時的不利工況，則n=3；

不均勻系數c=1.5

P=1.5×1047/3=523.5kN；

②吊耳（吊耳孔洞位置）強度計算按下式驗算：

式中：

Fmin——垂直于P 力方向的最小截面積（吊耳孔洞位置）；

Amin——平行于P 力方向的最小截面積（吊耳孔洞位置）；

σs——材料的屈服點應力；

[σ]——材料的容許正應力；

[τ]——材料的容許切應力；

k——安全系數，k=2～3；

R——吊耳載荷值；

斜拉按60°考慮，吊耳載荷值R=523.5/sin60°=604.5kN；

吊耳的鋼材為Q355，厚度為30mm，則σs=355N/mm2；

安全系數取k=2；

則[σ]=355/2=177.5N/mm2；

凈截面正壓力的計算：

抗剪承載力的計算：

綜上所述，此規格吊耳能滿足該梁的吊裝施工。

4.2 鋼絲繩安全驗算

本工程梁段吊裝分為二拼單機吊和雙機抬吊整體吊裝，保證鋼絲繩最小吊裝角度α=60°夾角。

根據梁段吊裝重量表，整體吊裝階段（4 吊點），400T汽車吊抬吊，設置4 吊點吊裝分塊最重為104.7T，取1.2倍荷載分項系數，取吊索最小吊裝角度α=60°夾角進行整體吊裝，每個吊點設置2 根鋼絲繩，則單根鋼絲繩拉力為：

N=1.2*104.7/4/sin60°*10=362.69kN

統一吊裝鋼絲繩規格，同一起重機械選取單個吊耳受力最大梁段來計算選取吊裝使用的鋼絲繩規格型號。

鋼絲繩的安全載重系數按照重型起重設備選取，K=6；

鋼絲繩安全載重G=6×362.69=2176.15kN

查《鋼絲繩通用技術條件》GB20118-2017 表A.2，選用φ44mm-6*37、公稱抗拉強度選用1770MPa，鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩最小破斷拉力F=1140*2=2280kN＞2175kN，所選吊裝鋼絲繩的受力滿足要求！

5 安全質量保障措施

①鋼混組合梁出廠時按圖紙要求保證分鋼混組合梁的幾何尺寸和焊接坡口。坡口處理后還應貼密封紙保持清潔，坡口表面及焊縫兩側50mm 內不允許存在影響焊接的雜質。

②焊接接頭兩端板厚不同時，應按厚板確定預熱溫度；焊接接頭材質不同時，按強度高、碳當量高的鋼材確定預熱溫度。

③起吊構件時，吊索要保持垂直，不得超出起重機回轉半徑斜向拖拉，以免超負荷和鋼絲繩滑脫或拉斷繩索而使起重機失穩。起吊重型構件時應設牽拉繩。

④構件吊裝就位，應經初校和臨時固定或連接可靠后始可卸鉤，最后固定后方可拆除臨時固定工具。高寬比很大的單個構件，未經臨時或最后固定組成一穩定單元體系前，應設溜繩或斜撐拉（撐）固。

6 結束語

通過對蘇臺高速公路洲泉高架二號橋槽型組合梁加工過程中的各項工序進行嚴格把控，同時對梁體吊裝施工進行嚴格計算等一系列措施，不但安全順利地完成了該槽型組合梁施工，而且成形后的梁體質量及線性也滿足相關要求。通過現場實際應用，該高速公路大跨度槽型組合梁施工所涉及的相關技術在實際應用中取得很好的效果，也為后續類似施工提供了借鑒和參考。