郭煥龍

（中鐵十四局集團第三工程有限公司，山東 濟南 250300）

1 連續(xù)結(jié)構(gòu)鋼箱梁相關(guān)簡介

道路設(shè)計為自行車專用道，橋跨布置兼顧經(jīng)濟性、功能性與整體景觀效果，采用橋跨形式為3m×20m+4m×20m+3m×20m，均為等截面連續(xù)鋼箱梁，鋼箱梁采用全焊結(jié)構(gòu)，平面線型采用直線+圓曲線形式。梁板頂寬5.5m，底寬2.1m，梁高1m，箱梁頂板懸臂長1.75m，鋼箱梁標準節(jié)斷面如圖1 所示。橋梁頂、底板厚度為16mm，腹板厚度為16mm 和18mm，頂、底板加勁肋采用12mm 厚的板肋，腹板縱向加勁肋采用16mm 厚的板肋，箱式內(nèi)腹板豎向加勁肋及橫隔板標準間距為0.8m，為增加橫向受力的均勻性和防止箱梁傾覆，在有支座的中墩及邊墩墩頂局部范圍灌注C40 微膨脹混凝土。墩柱采用雙向側(cè)傾的四柱式鋼管混凝土橋墩，墩柱伸入承臺1.5m，承臺為2 層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。

圖1 鋼箱梁標準節(jié)三維示意圖

因場地受限，鋼箱梁須在工廠加工焊接完成，運至現(xiàn)場后用大型汽車吊安裝就位，橋跨間因受場地及交通導行影響，拼接縫處不便設(shè)置臨時墩。鋼箱梁無臨時墩整跨安裝技術(shù)利用合理的橋跨分段，另外加設(shè)就位措施，保障鋼箱梁安全、精準就位，從而節(jié)約了做輔助支墩、支架的成本，避免了做臨時墩對場地有要求的問題，也縮短了安裝的時間。

2 鋼箱梁安裝技術(shù)

2.1 鋼箱梁分段

鋼箱梁分段綜合考慮了拼接縫焊接的操作空間、拼接縫處的應(yīng)力集中、便于運輸?shù)跹b以及接縫處的彎矩等多重因素，確定鋼箱梁安裝以橋臺及墩柱為支撐，不再另行搭設(shè)臨時墩，鋼箱梁拼接縫設(shè)在距離墩身中心線外挑2m 的位置。安裝時，以安裝完成的箱梁及前方墩臺為支點，逐孔安裝。

具體為橫向不分段，縱向按以下方式分段，如圖2 所示（以其中一聯(lián)三跨為例，跨徑均為20m，分段長以拼接縫中心線為計算點）。第一跨：分段長22m；第二跨：分段長20m；第三跨：分段長18m。

圖2 一聯(lián)鋼箱梁分段圖（單位：m）

2.2 鋼箱梁拼接縫細部說明

為了解決拼接縫處應(yīng)力集中的問題，拼接縫處采用分臺階法留取，鋼箱梁構(gòu)件分布如圖3 所示，其中附著在F1上的加強肋板比面板長15cm，附著在F2、N2 上的加強肋板比面板短15cm，以便于焊接和避免應(yīng)力集中。

圖3 鋼箱梁構(gòu)件分布圖

每個臺階長30cm，共計分為5 個臺階，拼接縫布置如圖4 所示。

2.3 鋼箱梁就位導向設(shè)置

因鋼箱梁為整跨運輸，屬于超寬超長車輛，多數(shù)情況下為夜間運輸和安裝，時間緊迫，故如何能快速精準就位是鋼箱梁安裝的技術(shù)關(guān)鍵，該文僅說明拼接縫處左右和前后的就位控制方法，其他位置按照通常梁板安裝方法施工，該文不再贅述。

鋼箱梁制作時必須采用長線臺座，待一聯(lián)鋼箱梁全部制作完成后再按照拼接縫布置解體。

拼接縫處左右方向控制須在鋼箱梁的F1和F2上設(shè)置左右臨時限位導向板，導向限位板如圖5 所示，鋼箱梁固定焊接完成后解除。F1 限位導向板幾何尺寸為20cm×20cm×2cm，縱向外漏10cm，F(xiàn)2限位導向板幾何尺寸為40cm×40cm×2cm，垂直方向外漏20cm。

圖4 鋼箱梁拼接縫立面示意圖（單位：cm）

圖5 導向限位板布置圖

前后方向控制采用軟連接。在鋼箱梁頂板上臨時設(shè)置2 條手拉葫蘆軟連接，待鋼箱梁大致位置已對齊但還未完全落梁之前用手拉葫蘆進行微調(diào)，鋼箱梁完全對齊后進行落梁。落梁后采用馬板及時進行固定，馬板宜采用20cm×10cm×1cm 的矩形鋼板，沿分段接口方向在頂板上每間隔50cm 布置1 個。

2.4 鋼箱梁工地組裝焊接

工地組裝焊接主要是鋼梁制作節(jié)段之間的焊接，待節(jié)段就位后，調(diào)整好橋梁整體線形和焊縫間隙統(tǒng)一進行焊縫的施焊工作。

節(jié)段間的焊接至關(guān)重要，是連續(xù)鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)承重的薄弱點，也是橋梁線性控制的重要環(huán)節(jié)，合理的梁段環(huán)縫的施焊順序能夠防止焊接變形、減少焊縫內(nèi)應(yīng)力，保證外形尺寸及焊接質(zhì)量。

每條環(huán)縫的焊接順序：頂板、底板定位加強焊→頂板、底板、腹板對接縫焊接→縱肋嵌補段對接縫焊接→縱肋與底板的角焊縫焊接。

每條縱縫的焊接順序：隔板對接立焊縫→底板與隔板焊縫→底板定位加強焊→底板對接焊縫焊接。

所有環(huán)縫全部采用馬板定位焊接，頂板、底板和腹板焊縫焊接時焊縫的接頭避開十字接頭部位。

現(xiàn)場頂板、底板以及腹板對接焊縫由2 名焊工對稱焊接，橫向?qū)雍缚p采用埋弧焊蓋面。嵌補段先焊接嵌補對接，后焊接嵌補角接；加勁肋嵌補的焊接應(yīng)從梁段中心向兩邊對稱施焊。

2.5 鋼箱梁吊裝調(diào)平、就位與運輸保護

鋼箱梁吊裝調(diào)平、就位與運輸保護需要注意以下6 點：1）鋼箱梁的重心位置計算是鋼箱梁吊裝中最為關(guān)鍵的一步，重心計算不準將會導致就位困難而且就位精度不高，嚴重的可能會造成吊裝事故。根據(jù)箱梁吊裝時的結(jié)構(gòu)形式和梁段質(zhì)量，準確計算出梁段的重心位置，在各段箱梁兩端處合理布置吊耳。2）根據(jù)箱梁縱坡、預(yù)拱度值以及現(xiàn)場吊裝工況，選擇適當?shù)牡跹b鋼絲繩、卸扣和鏈條葫蘆等工具，并確定吊鉤兩端鋼絲繩的長度。3）吊裝梁段接近作業(yè)面時，利用手拉葫蘆連接，通過調(diào)整手拉葫蘆的長短控制鋼箱梁的位置。4）鋼箱梁吊裝過程中需要不斷調(diào)整其狀態(tài)，通過粗調(diào)和精調(diào)，確保鋼箱梁順利安裝到位。5）吊裝前在梁段上系設(shè)好2 根纜風繩，以控制梁段在空中時的狀態(tài)。在達到預(yù)定起升高度時（超過臨時支架頂表面1m 以上），吊車緩慢轉(zhuǎn)動主臂至橋位上空后，吊裝指揮人員指揮吊車緩慢落鉤將梁段吊至臨時支架頂面10cm 左右停下，然后參照事先放出鋼箱梁底板邊線、中心線將鋼箱梁初步定位后吊車再繼續(xù)緩慢落鉤至安裝位置完成精確定位。6）在鋼箱梁裝車、運輸以及吊裝過程中，要對鋼箱梁進行成品保護，由于鋼結(jié)構(gòu)為剛性構(gòu)件，因此需要用柔性材料固定，在下方要墊放枕木，枕木上方要鋪有塑料布，以防止漆膜受損；鏢繩打緊并墊上鋼包角，防止鋼梁邊角處損壞；個別構(gòu)件要加焊臨時支撐件，保證構(gòu)件的穩(wěn)定性。

3 鋼箱梁制作技術(shù)

3.1 鋼箱梁設(shè)計分解

在保證結(jié)構(gòu)體系合理與穩(wěn)定的前提下，對原設(shè)計的鋼箱梁整體結(jié)構(gòu)進行分解，結(jié)合段落的劃分情況，精準計算每個構(gòu)件分解后的尺寸，分解完成后通過三維空間建模進行組裝碰撞檢測，并繪制鋼箱梁總拼裝圖、節(jié)段組裝圖、單元件施工圖、零件套料圖、材料明細表等，確保無誤后方可按分解后的構(gòu)件進行加工制作。鋼箱梁只有經(jīng)過設(shè)計分解才能保證構(gòu)件制作精度。

3.2 鋼箱梁的制作

鋼箱梁的制作須在加工場內(nèi)，采用“長線法”整體成型，即在工廠內(nèi)搭設(shè)連續(xù)胎架，其線型按照設(shè)計線型+預(yù)拱度設(shè)置，鋼箱梁節(jié)段組拼、定位焊在胎架上完成。

經(jīng)測量放線胎架無誤后，將組裝件吊裝到平臺上進行就位固定，每個構(gòu)件的組裝須按照設(shè)計分解后制定的組裝方案進行，組裝時須將焊縫兩側(cè)的污漬清除干凈，直至出現(xiàn)金屬光澤。

鋼構(gòu)件組裝過程中如角度或位置有偏差時，禁止用撬棍或大錘等對構(gòu)件進行強制裝配，有部分組裝后無法進行檢測或涂裝的區(qū)域，需要在完全組裝前進行檢測或涂裝，合格后進行完全組裝。

對拼裝構(gòu)件先進行點焊，二次測量無誤后進行全面焊接，焊接完成后進行現(xiàn)場超聲波檢測，符合標準后對焊接部位噴漆，對線型整體進行第三次測量檢查和調(diào)整，滿足精度要求后，進行測量特征點標記和臨時吊耳安裝，以上工序完成后方可下胎發(fā)運到現(xiàn)場。

3.3 鋼板的矯正

鋼板由于生產(chǎn)、貯存等原因，以及經(jīng)過沖、剪及切割分離等初加工后，可能會出現(xiàn)各種各樣的變形，在拼裝、焊接前須對其進行矯正，以免鋼箱梁出現(xiàn)應(yīng)力集中或外觀缺陷等質(zhì)量問題，該文僅對常見的鋼板矯正和箱型構(gòu)件矯正做簡要闡述。1）鋼板矯正。鋼板變形主要采用矯平機與火焰相配合的方法進行矯平，矯平后的鋼板平整度須滿足小于1mm/m2 的要求。2）箱型構(gòu)件矯正。箱型構(gòu)件的扭曲、彎曲等變形矯正采取三面固定的加熱方法，并在構(gòu)件兩端用螺旋拉緊器施力配合矯正。

3.4 鋼材接料

鋼材接料在鋼箱梁加工過程中是不可避免的，但是每個鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件都是梁體的一部分，接料的質(zhì)量好壞也會影響整個梁體的受力，接料的質(zhì)量控制體現(xiàn)在以下幾點。1）接料拼接的過程須在1 個完全水平的工作平臺上進行，拼接前須對平臺進行水平差檢測。2）接料同焊接要求一致，對焊縫兩側(cè)污漬清除干凈。3）根據(jù)來料檢尺進行排版，在浪費不大的情況下盡量采用大板接料形式。4）接料時如采用埋弧自動焊，接料兩端須有引板，尺寸為5cm×10cm，引板與接料板厚、材質(zhì)以及坡口形式均應(yīng)一致。

3.5 鋼板的焊接

鋼箱梁設(shè)計為全焊結(jié)構(gòu)，構(gòu)件長度長，構(gòu)件變形控制難，焊接質(zhì)量對鋼箱梁的整體質(zhì)量有決定性作用，因此須確保構(gòu)件焊后變形及殘余應(yīng)力符合要求，同時使構(gòu)件達到實際確定的預(yù)拱值，該文從降低焊接應(yīng)力、變形等方面做出以下闡述。

3.5.1 降低焊接應(yīng)力的措施

降低焊接應(yīng)力的措施如下。1）盡量減少焊縫。局部加熱循環(huán)是引起焊接內(nèi)應(yīng)力的主要因素，焊縫越多焊接內(nèi)應(yīng)力越大，所以下料時合理分配板材，做到既節(jié)約板材又較少焊縫數(shù)量。2）降低焊接的約束度。焊接的約束度與焊接應(yīng)力成正比，接應(yīng)力隨著約束度增加而增加，焊接時宜在約束度較小的條件下完成，在自由狀態(tài)下施焊，從而降低焊接時的拘束度。3）選擇合理的焊接順序。通常情況下焊接按以下順序進行。焊縫收縮量大優(yōu)先于收縮量小的；焊縫拘束度大優(yōu)先于拘束度小的；焊縫不能自由收縮的優(yōu)先于能自由收縮的。4）必要時利用噴砂除銹的工序部分消除表面應(yīng)力。

3.5.2 焊接變形的控制措施

焊接變形的控制措施如下。1）裝配精度要嚴格控制。每個構(gòu)件在裝配前都須檢測其變形情況，符合裝配公差的內(nèi)控要求后才可組裝；組裝時要通過系列固定措施，保證構(gòu)件和臺模固定牢靠，必要時預(yù)置反變形；構(gòu)件裝配時，為防止組裝引起扭曲變形，須使構(gòu)件彎曲方向一致。2）坡口尺寸的控制。坡口的大小和裝配間隙對焊接的質(zhì)量影響較大，坡口加大會導致過量焊接，從而產(chǎn)生過度變形，坡口減小會使填充量減少。固加工精度和裝配間隙要嚴格控制，防止構(gòu)件扭曲，確保構(gòu)件沿長度方向坡口大小一致。3）優(yōu)化焊接順序。單個構(gòu)件本身的焊縫焊接，以及組合構(gòu)件上的部件焊接要相對于軸線對稱分段施焊，使構(gòu)件受熱分散、均勻、對稱；長度約大于1m 的焊縫要采用多人同時施焊或分段退焊法。4）焊接后如存在變形的構(gòu)件，須通過壓力矯正機冷壓矯正或加熱矯正，加熱法矯正須避免因加熱、冷卻對鋼材機械性能的影響。

3.5.3 焊接缺陷的修復

焊接中的缺陷是不可完全避免的，當檢測完成后，出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷須按以下5 條措施進行修復：1）如焊縫在無損檢測的過程中，檢測有部分超標缺陷時，應(yīng)向技術(shù)人員報告，查清原因后，制定修補方案，嚴格按照方案進行修補，焊工不得擅自進行修補處理。2）如焊縫中存在有裂紋的現(xiàn)象，須確定裂紋的界限范圍，在修補前通過無損檢測方法進行確定。處理時在裂紋的兩端分別鉆孔將裂紋終止，裂紋四周的污漬須清除干凈，清楚范圍不小于5cm，存在咬邊、凹陷、尺寸不符等情況超標時須補焊，存在焊縫、焊瘤等情況時應(yīng)采用砂輪進行打磨，與母材圓滑過渡。3）缺陷清除過程中，應(yīng)磨除氣刨滲碳層，修整表面，并將刨槽加工成四側(cè)邊斜面角不小于10°的坡口，處理完成后還需要探傷再次檢查裂縫情況。4）采用原焊接方法及工藝規(guī)定補焊。埋弧焊焊縫有缺陷時用低氫型焊條補焊。5）補焊時須注意焊縫長度，當焊縫長度超過500mm 時，應(yīng)采用分段退焊法，多層焊的焊層之間接頭應(yīng)錯開，焊縫長度應(yīng)大于100mm，補焊應(yīng)在坡口內(nèi)引弧，熄弧時應(yīng)填滿弧坑。

4 結(jié)語

鋼箱梁的應(yīng)用越來越多，施工現(xiàn)場的場地情況也各不相同，搭設(shè)臨時墩對場地要求高，且不夠經(jīng)濟。該文對鋼箱梁無臨時墩整跨安裝技術(shù)進行了研究，滿足“無支架、快速化施工”的理念，分大節(jié)段進行吊裝，并指出了鋼箱梁加工過程中的施工要點，可對類似工程建設(shè)起到借鑒作用。