高墩大吨位连续钢箱梁施工关键技术研究

高墩大吨位连续钢箱梁施工关键技术研究

  朱文秀

（中铁大桥局集团第二工程有限公司 江苏  南京 210015）

【摘  要】沪杭甬高速公路杭州市区段改建工程（机场轨道快线合建段）第TJ01标段是杭州亚运会配套项目，钢箱梁施工是关键工程，确保钢箱梁如期完成，对整个工期有决定性的作用。

【关键词】高墩   大吨位  钢箱梁   施工

一、工程概况

本项目共有连续钢箱梁6联，具体钢梁结构形式见下表：

表1.1-1钢梁结构统计表

其中最大跨径段为主线第四十联连续钢箱梁的82m段：长82m，宽3.92m，公路梁梁面高度达到39.877m。公路51+82+51m钢箱梁，82m钢箱梁单根吊装的构件长度为37.25米，分段重量最重为为101.3吨。吊装距离为26米，起吊高度56.33米，构件、100T吊钩、索具及1.2倍动载系数总重量为127.56吨。

该联钢箱梁采用横向分块、纵向分节段的方式在车间加工制作，采用长车从公路运输，到现场采用400t履带吊对钢箱梁分节段吊装到临时支架上，在支架上进行分段对接焊接，然后拆除该施工分段的临时支架跨越现有通城高架桥；利用当天22点～第二天6点天窗期进行钢梁的分段吊装和防护棚的搭设，在防护棚搭设完毕后，进行钢梁拼装焊接工作。

图1.1-1 82m节段施工示意图

二、现有技术

随着经济的发展，社会的进步，交通运输系统在国民经济的发展中起到了越来越重要的作用。高速公路作为交通运输系统的重要组成部分，在近些年得到了迅速发展，而桥梁工程作为高速公路建设的关键，得到了越来越多的重视。钢桥具有强度高，刚度大的特点，可以减轻桥梁的梁高和自重，具有很大的跨越能力.而且钢材是理想的弹塑性体，计算假定比较符合实际工作情况。鉴于以上优点，加之近年来钢铁产量的进一步提高，钢铁冶炼技术的提升，以及桥梁设计理论和方法的日益完善，使得钢桥被广泛应用到许多高速公路跨线工程之中。本工程面对钢箱梁施工，不断思索创新，为钢箱梁施工技术提供更加成熟的技术。

三、研究内容

本科研主要研究复杂交通下道路桥梁施工关键技术研究，主要包括支架施工技术，钢箱梁分节段吊装施工技术，钢箱梁精确定位及线性控制。为沪杭甬高速公路杭州市区段改建工程项目的建设提供技术支持，保证本工程的顺利实施。

1、支架结构形式研究。由于本项目工期紧张，在实现支架满足承受钢梁节段荷载的前提下，支架的平面布置，如何实现支架的快速搭设，且保证支架的稳定是我们的研究重点。其中，支架基础的地基承载力应在处理后≥180Kpa，支架安装完成后，垂直度应小于 0.5%且不大于 5 ㎜；

钢梁支架采用钢管桩支架,布置于墩侧及钢箱梁横向拼缝处。钢管采用φ630×8mm钢管,混凝土扩大基础,其间用φ377×6mm钢管连接系连成整体,柱顶分配梁采用2HM588×300。

拼装支架由跨中侧向边跨侧,自下而上进行安装,在汽车吊配合下安装。

图6.3.1-1 钢梁支架纵断面设计图

图6.3.1-2钢梁支架横断面设计图

2、钢箱梁分节段吊装施工技术研究。在利用天窗期施工的情况下，需在15天内将跨通城高架部分的节段吊装完毕。如何合理组织现场，在有限的时间内实现箱梁节段的快速吊装，并且确保在通行过程中的安全是我们的研究重点；

（1）根据钢梁的节段划分、本项目已具备的支架材料并结合现场实际情况，采用有限元软件MIDAS CIVIL 2019对钢箱梁的支架进行模拟分析，计算出钢梁施工临时支架的结构组成、布置形式以及支架的组拼方案；

（2）根据架设时间的要求，从现场超前统筹准备的角度出发，根据所需要的钢梁节段拼装场地的尺寸、吊装机械回转半径以及履带吊机的移位，合理布置整个架设场地和人员；

（3）首先建立精密的三维控制网，采用高精度的经鉴定合格的全站仪，用空间三维坐标的动态跟踪定位进行钢梁安装精度的控制，同步采用三向调节系统根据三维坐标对钢梁进行精确调整，确保钢梁安装的准确。除此以外，通过全站仪测量方法，对已安装钢梁节段进行空间测量、焊接前5天的温度连续监控，统计分析温度对钢梁节段的影响，进而合理设置钢梁的配切长度，并选择最优的焊接工艺达到成桥后线型控制的目标。

钢箱梁安装：

钢箱梁采用2台150t履带吊进行抬吊吊装。采用定长钢丝绳+卸扣组成的吊索具起吊。吊装后的钢箱梁块段在操作平台上通过倒链及千斤顶进行位置及标高的调整。块段钢箱梁吊装后,后续块段钢箱梁吊装时在钢箱梁块段对角线位置设置缆风绳,以辅助块段定位,以防止块段间碰撞。

（1）端横梁安装就位后，调整好间隙后开始焊接端横梁对接焊缝，端横梁对接焊时首先焊接两侧腹板，再焊接底板对接焊缝，底板焊接应两人同时由中间向外侧焊接，最后焊接顶板及箱梁内部加劲板。

（2）嵌补段整体焊接顺序为：首先焊接底板与隔板底部焊缝，底板与隔板底部焊缝应由中间向两侧焊接，依次焊接顶板与隔板仰焊焊缝，焊接方向同样为由中间向两侧焊接。

现场焊接待成品梁段吊装就位后,调整好焊接间隙,全面检查相邻梁段底板的吻合程度、间隙尺寸及接头坡口尺寸、临时连接件定位情况,以保证底板吻合间隙与工厂预拼装线型即成桥线型一致,保证环缝的顺利焊接。

钢箱梁焊接质量要求

A  焊缝外观检验

焊缝外观质量检验要求符合《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011焊缝外观质量表。

B  焊缝无损检验

C  经外观检查合格的焊缝进行无损检测,无损检测在焊接24h后进行。

D  对厚板RT检测加强射线探伤能力,确保探伤能力与钢板厚度相匹配。对于I级焊缝RT检测其探伤比例和MT检测探伤比例可根据首件探伤结果以及生产质量的稳定性分别调整为10%和20%。

E  对于闭口U肋与桥面板的焊缝,由于超声波探伤盲区较大,如无法探明焊接的厚度、未融合的厚度及焊接缺陷情况,进行模拟焊接,经破坏检验符合要求才准正式施焊。

F  对于工地焊接的对接焊缝按照20%RT、100%UT和100%MT进行探伤检测。

G  焊缝无损探伤委托有相应资质单位按《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)中规定进行第三方检测。采用超声波、射线、磁粉等多种方法检验的焊缝,达到各自的质量要求,该焊缝合格。经检测的焊缝凡无损探伤不合格者,按规定的方法予以返修纠正,并重新检查直至合格为止,焊缝返修的次数不超过2次。

配置混凝土施工

配重区混凝土采用分层浇筑，分3次（层）进行，分别为40cm、60cm、充满箱室。上一层混凝土浇筑时，需下一层混凝土的强度达到设计强度的80%。

主梁内力调整

为使主梁成桥状态与理论计算一直,在钢箱梁全部安装完成后进行主梁内力调整。操作方法如下:利用千斤顶将钢箱梁整体起顶→撤除临时支座→落梁至设计高程→安装正式支座→支座下垫层压浆→撤除支架→下阶段施工。

支架拆除

施工完成后,进行支架拆除,拆除顺序与安装相反。拆除支架时,自上而下从梁跨中向两端均匀拆除,拆除不得死拧硬撬,拆下扣件和杆件不随地乱抛,并进行整修,然后进行桥面施工。

钢箱梁精确定位及成桥后线型控制研究。在钢梁的架设过程中，均采用大吨位的履带吊机进行吊装架设，钢梁节段体积大，重量重，精确定位难度大，如何保证在钢梁的精确定位施工的研究重点。钢梁平面位置应严格按照规范要求控制，钢梁纵轴线偏位≤10mm、相邻两跨端横梁中线相对片尾≤5mm，墩台处高程±10mm，相邻两跨端横梁相对高差≤5mm。除此以外，如何在不同大气温度下采用合理的钢梁配切量以及焊接的工艺，确保成桥线型，也是我们的应该着重研究的重点。

防腐及涂装

涂装工艺流程

施工准备→基面处理→调配涂料→涂装施工→检查验收

涂装工艺评定试验

涂装施工前应进行各工艺、材料的试配试验验证，并提供各工艺、材料配比试验设计要求检测项及材料试配试验兼容性等相关报告结论。

涂装施工注意要点

钢梁涂装前,对其表面进行除锈处理。除锈采用喷丸或抛丸的方法进行,除锈等级符合设计规定。涂装方案符合《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》(JT/T 722-2018)的规定。涂装前对杆件自由边双侧倒弧,倒弧半径为2.0mm。涂装施工作业时的环境条件和涂装方法要求如下:

Ⅰ 涂装时,表面无水,相对湿度不高于80%。环境温度对于环氧类漆不低于10℃,无机类富锌漆不低于5℃。

Ⅱ 涂装后4h内采用保护,避免灰、砂、盐和腐蚀性物质混入膜中,避免雨淋。

Ⅲ 图层间隔时间遵照涂料使用说明书,防止产生层间剥离。

Ⅳ 底漆、中间漆图层暴露时间不超过7h。

Ⅴ 涂料图层的表面平整均匀,颜色与比色卡相一致。

4、创新点

（1）支架施工技术

（2）钢箱梁分节段吊装施工技术

（3）钢箱梁精确定位及线性控制

通过对高墩、大吨位连续钢箱梁施工技术研究，将很大程度上提高钢箱梁施工质量，同时其成果技术奖给限高限宽下的轨道箱梁架设施工提供很好的借鉴作用，对以后的轨道箱梁架设施工具有重要的参考和指导意义，并将产生明显的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 北京钢铁设计研究总院.钢结构设计规范.北京：中华人民共和国建设部，2003

[2] 张质文，虞和谦，王金诺，等.起重机设计手册.北京：中国铁道出版社，1998

[3] 交通部.道路大型物件运输管理办法.交公路发（1995）1154号，1995