高速公路改擴(kuò)建中 65m 鋼箱梁跨河安裝關(guān)鍵施工技術(shù)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）24-0178-04

Abstract：Duringthereconstructionandexpansion processof highways，whenbuildinganew bridge tomettraficneedsin navigablewaters，itisnecessarytotakeintoaccountnavigationsafetyandthestructuralstabilityanddurabilityoftheewly builtbridge，whichundoubtedlyfacesmanytechnical problemsandchalenges.Thispapertakestheprojectofanew65-meter steelboxgirdercrossingnavigablewatersinthereconstructionandexpansionprojectofafour-lanetoeight-lanehighwayin Hunanasanexample，anddeplyanalyzeskeylinkssuchasbeam design，segmentsegmentation，hoisting，welding，and painting，andsummarizesasetofconstructiontechnologiesandtechnicalpointssuitablefornewstelboxgirdersinhighway reconstructionandexpansionprojects.Thisachievementcanprovidepracticalexperienceandtechnicalreferenceforsimilar highway bridge reconstruction and expansion projects in the future.

Keywords：highwayreconstructionandexpansion;stelboxgider;constructiontechology;technicalpoint;constructioncholgy

在橋梁施工領(lǐng)域中采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員已進(jìn)行了大量研究與實(shí)踐。黃育凡等研究分析了鋼箱梁的結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造形式；權(quán)攀等2詳細(xì)分析了簡(jiǎn)支鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的全過(guò)程；望遠(yuǎn)福以最大跨度 65m 的鋼箱梁吊耳為研究對(duì)象，為鋼箱梁吊裝施工提供參考；呂銀花4結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工需要，研究了單孔跨徑 66m 簡(jiǎn)支鋼箱梁橋上跨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。這些都給我們提供了很好的參考，但在高速公路改擴(kuò)建工程中本文以湖南省一個(gè)四車(chē)道改八車(chē)道擴(kuò)容工程為依托，深入研究鋼箱梁的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，包括鋼箱梁的設(shè)計(jì)與節(jié)段劃分、現(xiàn)場(chǎng)吊裝順序與吊具計(jì)算、梁體就位及微調(diào)、在現(xiàn)場(chǎng)焊接和涂裝等，旨在為類(lèi)似工程提供實(shí)用的指導(dǎo)和借鑒

1 工程概況

本項(xiàng)目位于湖南省株洲醴陵市境內(nèi)，整體式路基寬度調(diào)整為 41m ，分離式路基寬度調(diào)整為 20.5m ，設(shè)計(jì)時(shí)速 100km/h ，計(jì)劃拆除重建橋梁1座，鑒于橋高主要受地方道路凈高與設(shè)計(jì)洪水位的制約，跨徑則主要受防洪和通航條件的限制，故而采用拆一聯(lián)拼一聯(lián)的方案，拆除既有橋梁跨河的第一聯(lián)，跨河橋跨采用 65m 鋼箱梁，以滿足VII級(jí)通航標(biāo)準(zhǔn)和高速等級(jí)要求。鋼箱梁采用“槽型鋼箱梁 預(yù)制混凝土橋面板”的組合結(jié)構(gòu)，橫向布置左幅4片、右幅5片，鋼箱梁工程總量約 1594t ，材質(zhì)采用 Q345qD 。

依據(jù)項(xiàng)目要求和設(shè)計(jì)規(guī)劃，鋼箱梁主要施工步驟如下：槽型鋼梁在鋼結(jié)構(gòu)制造工廠加工成若干節(jié)段，通過(guò)半掛車(chē)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)的橋位，采用吊裝設(shè)備架設(shè)鋼梁節(jié)段，鋼梁節(jié)段間的頂板、底板及腹板采用現(xiàn)場(chǎng)焊接；箱體之間的橫向聯(lián)系梁采用焊接工字梁，腹板采用高強(qiáng)螺栓現(xiàn)場(chǎng)連接，翼緣板采用焊接；鋼梁形成連續(xù)結(jié)構(gòu)后，吊裝預(yù)制橋面板，澆筑群釘孔混凝土及橫向濕接縫，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除臨時(shí)支墩，進(jìn)而形成完整的橋梁結(jié)構(gòu)。

2鋼箱梁關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 鋼箱梁的設(shè)計(jì)與節(jié)段劃分

槽型鋼箱梁主要由上翼緣板、腹板、底板、橫隔板及相應(yīng)的橫向聯(lián)系一級(jí)縱橫向加勁肋等組成。本項(xiàng)目鋼混組合梁合計(jì)高度為 3m ，高跨比為1/21.1，其中鋼梁高 2.6m ，橋面板高 0.25m ，在鋼梁上翼緣腋腳處增設(shè)至 0.4m^[5] ;縱向每隔 4m 設(shè)置1道橫隔板，每2道橫隔板的間距設(shè)置1道鋼槽梁間橫向聯(lián)系，在橋位現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，支點(diǎn)采用鋼結(jié)構(gòu)橫梁。腹板中心間距為 2.4m ，上翼緣板寬度為 0.6m ，底板除支座位置附近加寬外標(biāo)準(zhǔn)段寬度為 2.5m 。上翼緣鋼板水平，底板設(shè)置 2% 橫坡。鋼梁上翼緣板為外表面平齊，腹板為中心對(duì)齊，底板為外表面平齊。

本項(xiàng)目鋼梁節(jié)段劃分主要根據(jù)橋位處實(shí)際交通情況，綜合考慮制作能力、吊裝能力以及運(yùn)輸通行能力等因素，采用縱向劃分節(jié)段、橫向按單箱分塊；分段寬度不超過(guò) 3.5m ，分段長(zhǎng)度不超過(guò) 22m ，分段噸位不超過(guò) 40t ；各片主梁沿全橋長(zhǎng)度方向設(shè)置5個(gè)梁段，鋼梁節(jié)段劃分為A類(lèi)（2個(gè)節(jié)段）B類(lèi)（2個(gè)節(jié)段）C類(lèi)（1個(gè)節(jié)段）共3種類(lèi)型，節(jié)段長(zhǎng)度分別為11.57、10.65，20.4m ，如圖1所示。

圖1鋼箱梁分段示意圖

2.2鋼箱梁的現(xiàn)場(chǎng)吊裝順序與吊具計(jì)算

2.2.1 吊裝順序

本項(xiàng)目采用20.4、17.5和 13m 半掛車(chē)將鋼箱梁節(jié)段運(yùn)輸至橋位，采用一臺(tái) 400t 汽車(chē)吊單機(jī)進(jìn)行吊裝作業(yè)。參考圖2鋼箱梁平面布置，主線橋左幅從跨中 3^# 節(jié)段分別向 2^# 和 1^# 方向吊裝，橫向?yàn)槊總€(gè)節(jié)段分別從 1^# 箱至 4^# 箱依次吊裝；主線橋右幅從跨中 3^# 節(jié)段分別向 2^# 墩和 1^# 墩方向吊裝，橫向?yàn)槊總€(gè)節(jié)段分別從 1^# 箱至 5^* 箱依次吊裝，均不設(shè)置合龍段。

2.2.2 吊具計(jì)算

1）吊裝鋼絲繩計(jì)算。設(shè)置起吊點(diǎn)4個(gè)，根據(jù)鋼絲繩允許拉力計(jì)算公式 S=P/K ，參考JGJ276—2012《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》，選擇使用安全系數(shù) K=10 的鋼絲繩作吊索，吊點(diǎn)采用對(duì)稱(chēng)布置，鋼絲繩與水平夾角按 60^° 考慮，按照最重節(jié)段重量計(jì)算受力分析如下。

本項(xiàng)目鋼箱梁的吊重小于 40t ，根據(jù)直角坐標(biāo)系方程

，G=Ly=40t

單根鋼絲繩需要承受的拉力 L= 重量 Ly÷ 角度sin60°×9.8AA 吊點(diǎn) 4=40÷0.866×9.8÷4=113kN≈11.5to （2號(hào)

本項(xiàng)目綜合安全系數(shù)取10倍，則最小破斷拉力為 1130kN 。

根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，項(xiàng)目選用抗拉強(qiáng)度為 1870MPa ，直徑和股數(shù)為 φ44mm-6mm×37 的纖維芯鋼絲繩，其破斷拉力可以達(dá)到 1190kN ，所以能滿足本項(xiàng)目的節(jié)段吊裝的使用要求。

2）吊耳的受力計(jì)算。根據(jù)構(gòu)件重心的位置，每個(gè)節(jié)段設(shè)置4個(gè)吊耳。長(zhǎng)度方向布置在梁段兩側(cè)各三分之一且下部有橫隔板的位置，寬度方向布置在距離板邊 200mm 以上下部有腹板這種堅(jiān)固結(jié)構(gòu)的位置，示意圖如圖3所示。

圖2鋼箱梁平面布置圖

圖3吊耳布設(shè)圖

吊耳焊縫強(qiáng)度校核：對(duì)于吊重小于等于 40t 的鋼箱梁，考慮現(xiàn)場(chǎng)的各種不利因素，在2根鋼絲繩受力的情況下，單個(gè)吊耳承受的力就是 11.5×2=23t，P=23t 角焊縫高度 h_f 取值 10mm ，現(xiàn)場(chǎng)焊縫長(zhǎng)度為 50mm 。

f_f^′′=160MPa，

式中： N 為吊耳焊縫所承受的拉力， N=kP ，變載荷分項(xiàng)系數(shù) k 取值為1.4倍，單位為N;角焊縫寬度為 h_e 角焊縫取0.7倍 h_f ，單位為 mm ;角焊縫長(zhǎng)度為 l_w ，取焊縫長(zhǎng)度減去 10mm ，單位為 mm 。

那么，焊縫承受的強(qiáng)度為 =1.4×23×9800/[0.7×10× （500-2×10）]=93.9MPa ，小于理論的承受極限 160MPa 所以焊縫強(qiáng)度滿足要求。

2.3 鋼箱梁的定位技術(shù)

2.3.1 鋼箱梁粗定位

啟動(dòng)汽車(chē)吊，使鋼梁節(jié)段緩緩升起，當(dāng)鋼梁節(jié)段離開(kāi)地面 30cm 時(shí)，暫停提升，現(xiàn)場(chǎng)施工人員全面檢查塊體姿態(tài)，確認(rèn)吊裝安全后，繼續(xù)作業(yè)使本節(jié)段塊體就位，若各向就位坐標(biāo)偏差在 4cm 以?xún)?nèi)，滿足粗定位要求。

2.3.2 鋼箱梁精確定位

快速并且準(zhǔn)確地設(shè)置碼板，安裝千斤頂和手拉葫蘆。施工人員分工協(xié)作，一組操作千斤頂實(shí)現(xiàn)梁段橫向移動(dòng)（圖4），另一組操作手拉葫蘆實(shí)現(xiàn)梁段縱向移動(dòng)（圖5），通過(guò)精準(zhǔn)控制，逐步調(diào)整梁段位置，直至達(dá)到精度數(shù)據(jù)的要求。

圖4橫向調(diào)節(jié)照片

圖5縱向調(diào)節(jié)照片

2.4鋼箱梁的焊接工藝

2.4.1 鋼箱梁橋位塊體縱向拼接制作焊接順序

底面貼胎或置于支座上，焊接隔板間對(duì)接焊縫 $$ 焊接底板間對(duì)接焊縫 $$ 焊接塊體拼接口處隔板與底板間焊縫（包括隔板與肋間焊縫）。

2.4.2 鋼箱梁橋位環(huán)口拼接制作焊接順序

將節(jié)段置于支座上，焊接腹板間對(duì)接焊縫 $$ 焊接邊腹板間對(duì)接焊縫 $$ 焊接底板間對(duì)接焊縫 $$ 組裝側(cè)板扁鋼嵌補(bǔ)件，焊接側(cè)板扁鋼嵌補(bǔ)對(duì)接焊縫。

注：由于環(huán)口位置，翼、底板對(duì)接縫錯(cuò)位布置，故存在一段腹板與翼、底板間焊縫需在橋位進(jìn)行焊接，這些焊縫可在相應(yīng)的腹板環(huán)口對(duì)接焊縫焊接完畢后緊接著進(jìn)行焊接。

2.4.3 鋼箱梁節(jié)段橋位的焊接工藝

1）焊接工藝。焊接過(guò)程中采用有限元模型（圖6、圖7），計(jì)算不同位置的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，并與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對(duì)比分析，確認(rèn)焊接的方式、材料設(shè)備和環(huán)境控制等焊接工藝參數(shù)。最終形成現(xiàn)場(chǎng)焊接精細(xì)化施工技術(shù)操作規(guī)程，依此規(guī)程指導(dǎo)焊工焊接，充分解決裂紋、未熔合、焊瘤和夾渣等質(zhì)量通病。

2）焊縫檢測(cè)。焊接過(guò)程中，利用ABAQUS有限元軟件（圖8）模擬交接處的熱切割和焊接過(guò)程，計(jì)算不同位置的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，解決焊接殘余變形、焊接裂紋、焊瘤和夾渣等質(zhì)量通病。

2.5 鋼箱梁的現(xiàn)場(chǎng)涂裝

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鋼梁面漆涂裝前，需先將全橋涂層銹蝕及破損部位修補(bǔ)完成。施工時(shí)采用高空作業(yè)車(chē)進(jìn)行涂裝，采用無(wú)氣噴涂方式進(jìn)行噴涂作業(yè)，噴涂參數(shù)參照?qǐng)D9，噴涂角度 80^°～90^° ，噴槍移動(dòng)保持垂直，2槍間距重疊 30%～50% 。涂裝前，要對(duì)各條焊縫以及邊角和拐角等部位先進(jìn)行預(yù)涂，確保涂層厚度和均勻性；涂裝完成后，要測(cè)干膜厚度，確保滿足要求。

圖9噴涂施工工藝參數(shù)說(shuō)明示意圖

2.6梁體高強(qiáng)螺栓連接工藝

梁與梁之間要采用高強(qiáng)螺栓連接。本項(xiàng)目的高強(qiáng)螺栓施工采用扭矩法，安裝高強(qiáng)螺栓之前，項(xiàng)目施工人員要先在連接的4個(gè)角處分別打入一個(gè)沖釘，然后沿著板體成梅花形間隔安裝。該過(guò)程中不斷地調(diào)整梁體間隙和主梁標(biāo)高和軸線，確認(rèn)結(jié)構(gòu)位置無(wú)誤后逐步更換成高強(qiáng)螺栓，并隨時(shí)初擰，初擰扭矩為終擰扭矩值的 60%～70% ，經(jīng)初擰檢查符合要求后，再進(jìn)行終擰。終擰用的扳手要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)室的標(biāo)定后才使用。在每一節(jié)點(diǎn)內(nèi)的高強(qiáng)螺栓全部終擰完成之后，按照以下公式進(jìn)行扭力檢測(cè)。

式中： T_c 為終擰扭矩值， N?m;P_c 為施工預(yù)拉力標(biāo)注值， kN ，見(jiàn)表 1;d 為螺栓公稱(chēng)直徑， mm;K 為扭矩系數(shù)，按試驗(yàn)數(shù)值取。

表1高強(qiáng)度螺栓連接副施工預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值

2.7 橋面系施工及臨時(shí)支架拆除

鋼箱梁施工的橋面系環(huán)節(jié)，需在預(yù)制橋面板吊裝前仔細(xì)檢查橋面板的編號(hào)，確保其與設(shè)計(jì)要求一致；檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，保證其達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；查看外觀質(zhì)量，不能有明顯缺陷；起重吊裝機(jī)械進(jìn)場(chǎng)要確保場(chǎng)地平整、查驗(yàn)人員操作證并交底，汽車(chē)吊先試吊，吊裝時(shí)保持平穩(wěn)，就位后檢查質(zhì)量；鋼筋焊接前清理表面，采用單面搭接焊滿足長(zhǎng)度、厚度和寬度要求；濕接縫澆筑前檢查模板、鋼筋等，清理雜物并濕潤(rùn)側(cè)面，澆筑時(shí)用插入式振動(dòng)棒振搗，澆筑后土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)不少于14d；鋼箱梁落架及支架拆除采用直接分級(jí)同步法，從中間向兩側(cè)卸載，依據(jù)各支撐點(diǎn)結(jié)構(gòu)自重?fù)隙戎蛋幢壤陆担遁d后拆除支架。

3結(jié)論

本研究圍繞高速公路改擴(kuò)建工程中 65m 鋼箱梁跨河安裝展開(kāi)，深入剖析了各個(gè)關(guān)鍵施工技術(shù)環(huán)節(jié)，通過(guò)理論分析與實(shí)際工程實(shí)踐相結(jié)合，取得了一系列具有重要價(jià)值的成果。

1）在鋼箱梁設(shè)計(jì)與節(jié)段進(jìn)行科學(xué)合理的劃分，要依據(jù)實(shí)際交通、制作、吊裝及運(yùn)輸?shù)榷喾矫嬉蛩卮_定，要保障施工的可行性與高效性。

2）現(xiàn)場(chǎng)吊裝順序與吊具計(jì)算要精準(zhǔn)、詳細(xì)，為安全、順利完成鋼箱梁吊裝提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

3）在現(xiàn)場(chǎng)焊接和涂裝過(guò)程中，要制定詳細(xì)且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚭筒僮髁鞒蹋ＷC焊縫質(zhì)量和涂層防護(hù)效果，有效提升鋼箱梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性。

4）在實(shí)際應(yīng)用中，施工單位應(yīng)根據(jù)具體工程的地質(zhì)條件、水文狀況、氣候因素以及交通流量等實(shí)際情況，靈活且合理地運(yùn)用這些技術(shù)要點(diǎn)，同時(shí)不斷優(yōu)化施工工藝，加強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量控制和安全管理，從而確保高速公路改擴(kuò)建工程的高質(zhì)量完成。

展望未來(lái)，隨著建筑材料技術(shù)、施工機(jī)械設(shè)備以及數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，高速公路橋梁建設(shè)技術(shù)必將迎來(lái)新的突破。在后續(xù)的研究中，可以進(jìn)一步探索新型材料在鋼箱梁中的應(yīng)用，研發(fā)更加智能化的施工設(shè)備和工藝，借助數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和精準(zhǔn)管理，從而推動(dòng)高速公路橋梁建設(shè)技術(shù)朝著更加高效、環(huán)保、智能的方向持續(xù)發(fā)展，為我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。

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