高速公路匝道桥钢箱梁施工技术

高速公路匝道桥钢箱梁施工技术

薛永刚

中铁一局集团第二工程有限公司，河北 唐山 063000

摘要:高速公路匝道桥多因坡度大、半径小等特点而采用现浇施工，在多层立交中现浇支架极易产生相互干扰而影响施工进度，钢箱梁分段制造现场安装越来越多地被采用。本文以高速公路匝道桥钢箱梁施工实例，系统介绍匝道桥钢箱梁的制造安装，可供类似工程借鉴。

关键词：高速公路；匝道；钢箱梁；施工

1匝道桥钢箱梁的结构特点

钢箱梁由于可以在工厂制造，现场安装，结构形式多样，自重较轻，承载能力强，能够适应不同的纵坡、平面曲线和较大跨度及桥梁幅宽，且在施工中不需要现浇支架，不必封闭被交线交通，施工速度快，安装方便，被市政交通、高速公路广泛选择。但是钢箱梁也同时存在着制造安装成本高、施工和运营噪声大、养护成本高等特点，制约了其应用。

高速公路匝道桥是为了满足不同方向车辆出入高速公路而修建的连接高速与高速、高速与非高速公路的连接线，受地形条件限制，采取展现、跨越等方式实现道路的分流、立交功能。一般地，匝道桥的半径、纵横坡、桥面宽度、梁高等都会受到各方面因素的综合制约，普通的通用性钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土梁很难满足其功能。另外，非标钢筋混凝土梁需要在原位搭设支架现浇，施工周期长，特别是上跨主线施工中，垂直干扰多，施工不便。因此，经技术经济比选，高速公路匝道桥上跨主线采用钢箱梁桥已成为高速公路常用的选择。

韩黄高速公路沙曲河互通枢纽立交B匝道桥钢箱梁共1联：27m+46m+27m，起始墩号15#，终止墩号18#，其中46m跨横跨延黄高速。沿道路中心线半径R=130m，沿横桥向上平面5％的横坡，沿纵桥向有0.6％的纵坡；韩黄高速公路沙曲河枢纽互通C匝道桥钢箱梁共1联40m,起始墩号2#，终止墩号3#，上跨延黄高速公路。沿道路中心线半径R=100m，沿横桥向上平面5％的横坡，沿纵桥向有3.98％的纵坡。钢箱梁在沙曲河互通枢纽立交位置如图1。

图1 钢箱梁在互通立交桥中的位置

2钢箱梁制造

2.1分块分段原则和依据

钢箱梁是由型钢和钢板焊接组合而成，根据设计结构形式，在工厂内加工现场拼装，采用分段分块方式进行，分段分块的原则和依据为：

考虑钢箱梁结构特点，满足规范要求；满足原材料（钢板）轧制能力及分块块体运输限界要求；块体及节段分别满足厂内加工及现场架设设备吊装能力要求；分块块体尽量对称，以减少焊接扭曲变形，保证几何尺寸；减少现场工作难度及工作量；充分发挥工厂化生产流水作业的优势，向标准化、模块化靠拢。

2.2钢箱梁制造工艺

图2 钢箱梁制造工艺图

2.3钢箱梁的加工制作

2.3.1原材料进场及检验

根据设计，钢箱梁为焊接结构，主体结构使用Q355D低合金钢，焊丝、焊机和手工焊条使用与原材相匹配的焊接材料，同时通过现场焊接工艺评定试验，选择合理有效、环境友好的施工工艺。进场材料均须有质量证明书，严格按照材料仓储要求存放，并进行表面及内部质量、力学性能、焊接材料等检验试验。

2.3.2钢板下料制作

钢板下料制作时，应考虑焊接结构件的收缩量及装配间隙，按照设计各部件结构尺寸采用BIM技术、数控设备以及自动化机器人等加工工艺。钢箱梁上下钢板、腹板等号料外形尺寸允许偏差±1mm，下料和制作号料应预留焊接收缩余量及切割、刨平和铣平等加工余量，还应考虑切割热变形的影响。号料应在钢板上划出切割线，再利用数控设备切割，剪切边缘要求整齐、无毛刺、无反口、缺肉等缺陷。采用手工气割时，其结构尺寸偏差为±1mm。

在主要零件下料时，钢板的轧制方向与其主要应力方向一致；由于主桥为全焊钢箱梁，结构焊缝较多，所产生的焊接变形和残余应力较大，制造过程中，在保证焊缝质量的前提下，应尽量采用焊接变形小、焊缝收缩小的工艺。相邻号料焊缝之间应错开，当薄板与厚板之间相对接，剪切钢板剪切面斜度不得大于1:8。号料制作完成后要进行涂装、编号、存放等。

2.3.3矫正和成型

矫正和成型一般在常温情况下采用机械进行，钢板的不平度和梁的焊后角变形矫正采用矫平机调整，采用冷矫正，环境温度不宜低于-12℃。矫正后的表面不能有严重的凹痕和损伤。弯曲加工为常温加工或热加工，主要零件冷作弯曲时，环境温度不宜低于-5℃，内侧弯曲半径不宜小于板厚的15倍。采用热矫正时，材料的被加热温度控制在600—800℃，冷却时不可用水急冷，应缓慢冷却至常温。

2.3.4组装焊接

组装前应熟悉图纸和工艺文件，按设计图核对零件编号、坡口方向和外形尺寸，核对正确后方可组装。要求材质、坡口、厚度与焊件相同。在组装前所有部件检查尺寸合格后方可组装。钢构件组装应在台架上完成，每次组装前检查台架合格后再组装。单元组装采用倒置法拼装，拼装顺序顶板→横隔板→顶板U型肋→两侧腹板→悬臂→肋板→底板。拼接后检查拼接尺寸、板缝宽度、板边弧线、拱度、高度，同时进行板的冲突检查，对存在问题的零件要进行整修,不能整修的重新加工。

钢箱梁节段拼装过程中，各控制点间采用三角测量法，复核直边、斜边间相互尺寸；测量调整节段线形，误差3mm，控制点误差3mm、接缝错台2mm；点焊固定后，标识节段代号及安装方向；焊接各环焊缝；再吊回拼装胎架合样矫正，检验各控制点误差小于3mm，线性偏差3mm。

焊缝材料应与母材相适应。焊接接头的屈服强度、低温冲击功、延伸率不应低于母材的标准值。施工过程中，应采取相关措施尽量避免仰焊作业，垂直于受力方向的对接焊缝必须焊透，其厚度应不小于被焊板件的最小厚度。焊缝宜双面施焊，坡口边缘应进行机械加工。对于底板厚度由20mm变为16mm的对接焊缝，在一侧采用1:8的斜角过渡。

全桥钢箱梁焊缝焊接完成后，应等待冷却到常温后进行外观质量检查，并做好质量检查记录。焊缝不应有裂纹、夹渣、漏焊、未熔合、未填满弧坑以及超出外观质量标准规定的缺陷。经焊缝外观质量检查合格后，方可进行焊缝无损检验，在焊接24小时后进行无损检测。本钢箱梁焊缝主要用超声波和射线方法检验，必须达到各自的质量要求。方可认为该焊缝合格。

2.4钢箱梁的运输

装车由专业起重工进行，各种构件装车时在底部加垫木枕防滑，并采取有效措施保证不划伤外表面的涂层；进行可靠绑扎，大型构件采用手动葫芦与车体锁紧。运输前确认运输路线，特别是山区、狭窄、急转弯道路通过能力、安全行车条件等。运输途中各单元构件之间必须放置垫木或橡胶垫等缓冲物，防止单元构件相互碰撞损坏。散件按不同类型整齐堆放并固定牢固，在构件绑扎固定处用橡胶类软性材料保护面漆涂层避免损坏。

3钢箱梁安装

本文钢箱梁安装采用原位支架法吊装，汽车吊在既有路基和被交线桥梁上吊装钢箱梁。

总体施工步骤：节段工厂制作→构件运输→承重支架搭设→钢箱梁拼装→钢箱梁吊装→现场焊接→承重支架拆除→面漆涂装→竣工验收。

3.1安装临时支架

承重支架立柱采用钢管，直径为φ325mm，壁厚8mm,分配梁2I32b工字钢，连接系横杆、斜杆采用10#槽钢，立柱间距2000mm、2500mm，长度每边超出钢箱梁宽度1000mm，连接系横杆与立柱连接采用连接板连接，分配梁顶设置调整支座，高度为0.2m。支架材料为Q235B，采用汽车吊组拼，支架基础为7.5m×3.0m×0.5mC30混凝土。

3.2支座安装

垫石顶面凿毛处理后，根据支座中心位置，分别划出纵横轴线，在墩台上标志支座控制标高，铺设环氧砂浆垫层，安装支座。

3.3钢箱梁现场焊接

根据钢箱梁阶段长度和现场起吊设备的起吊能力，将第一段钢箱梁在原地拼焊成型，吊至支架上，吊装第二段，复核其空间位置，利用码板将顶板连成整体并连接牢固后，进行焊接，依次吊装焊接剩余块段，直至全桥拼装焊接完成。

4钢箱梁安装控制要点和关键工序

4.1线形控制

钢箱梁安装定位以永久墩顶的梁段为基准，使用全站仪精确控制钢箱梁平面和高程位置，拼装过程中按照轴线和高程控制，按设计要求预留预拱度。

本项目钢箱梁采用分段吊装的方法进行安装，吊装前先对支架立柱进行定位，再对支架横梁高程进行控制。临时支架安装完成后，实际梁底高程=支架顶高程+设计预留高度，用梁底高程减去支架顶高程，计算出钢箱梁每段支点处预留高度。钢箱梁架设就位后，经过复测，如果支撑顶部未达到预设标高，再从支架体系横梁上采用千斤顶进行微调，直到满足设计要求。

根据钢箱梁主体结构尺寸和支撑点位置，在临时混凝土基础上提前按照支撑点位置预埋支架立柱钢板预埋件，将预先制作好的支架体系安装到基础预埋件上。把钢箱梁需要支撑点位置十字线投影到支架横梁的顶端，并用红色十字线做好标记。用水准仪测量支架顶端的高程是否在预定高程范围内，钢箱梁主体结构的吊装轴线定位采用全站仪进行精确控制，通过坐标平面控制和高程控制确保钢箱梁架设精准到位，满足设计要求。钢箱梁安装按照标高和轴线坐标双控指标进行控制，吊装之前标高控制是将支架上横梁标高测量完毕，符合钢箱梁梁底支撑点位置预定标高后，再将每段构件直接落在临时支架横梁上，落实之后采用千斤顶进行标高的微调，局部采用焊接马板，千斤顶进行微调，手板葫芦、钢丝绳辅助校正。

4.2钢箱梁现场焊接

箱梁节段接口在安装过程中不可避免会出现错台，错台要求h≤0.2t，t为壁厚。接口焊接采用对称施焊的方法进行，避免由于焊接变形引起的线形偏差，现场所有对接焊缝均为一级全熔透焊缝，背面贴陶瓷衬垫或钢衬垫，单面焊接双面成型，现场焊接时采取防风、雨措施。

焊接完成后对全部焊缝进行外观质量检验，超声波探伤检测100％焊缝及射线拍片检测l0%焊缝，并做好检查记录备查。采用超声波探伤仪、射线探伤装置对焊缝进行无损检测，检测前对焊缝、探伤表面进行外观检验，所有检测焊缝经外观检验合格，方可进行无损检验，焊缝无损检验必须符合相关设计和规范要求。

5结论

根据韩黄高速公路沙曲河互通立交桥钢箱梁制造安装的工程实践，施工组织和安全质量控制措施得当，快速有效。在施工中通过技术方案优化、施组比选及施工工艺培训演练，施工工期较原计划提前10天，安全受控，质量一次成型，为项目创效、企业争誉创造了条件，为同类工程的施工积累了借工借鉴的经验。

参考文献：

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