摘要 鋼箱組合梁在跨越既有道路時(shí)具備施工占道時(shí)間短、施工跨度大等優(yōu)勢(shì)。這種結(jié)構(gòu)節(jié)段劃分、臨時(shí)支架、地基基礎(chǔ)、起重吊裝、安裝線(xiàn)型、現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫質(zhì)量等是安裝成敗的關(guān)鍵施工技術(shù)。文章對(duì)上述施工技術(shù)的安裝進(jìn)行深入研究，取得了成功經(jīng)驗(yàn)，可為類(lèi)似鋼箱組合梁安裝質(zhì)量安全控制提供借鑒。

關(guān)鍵詞 鋼箱組合梁；節(jié)段劃分；臨時(shí)支架；地基基礎(chǔ)；起重吊裝；安裝線(xiàn)型；焊縫質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào) U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）07-0072-03

0 引言

新建橋梁在上跨現(xiàn)狀道路時(shí)可采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土T梁、現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁、鋼箱混凝土組合梁等方案。由于現(xiàn)澆箱梁現(xiàn)場(chǎng)施工周期長(zhǎng)、占道時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)現(xiàn)狀交通干擾大，一般在跨越現(xiàn)狀道路設(shè)計(jì)方案中較少使用。當(dāng)跨徑小于等于30 m時(shí)，采用預(yù)制小箱梁或T梁跨越現(xiàn)狀道路相比鋼箱組合梁具備明顯優(yōu)勢(shì)；當(dāng)跨徑大于30 m小于40 m時(shí)，采用預(yù)制小箱梁或T梁跨越現(xiàn)狀道路時(shí)會(huì)受到一定制約，主要是預(yù)制梁過(guò)長(zhǎng)且自重大導(dǎo)致運(yùn)輸線(xiàn)路較難選擇；當(dāng)跨徑大于40 m時(shí)，采用預(yù)制小箱梁或T梁跨越不再具備技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。此時(shí)，采用鋼箱混凝土組合梁進(jìn)行跨越具備明顯的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在鋼箱組合梁具有自重輕、跨越能力更強(qiáng)、鋼箱可分段制作安裝、橋梁下構(gòu)施工時(shí)可平行制作鋼箱節(jié)段等方面。因此，鋼箱組合梁常用于跨度較大的交叉路口。上跨逸仙路跨度達(dá)到58 m，因此采用鋼箱組合梁進(jìn)行跨越。該文深入研究了鋼箱組合梁施工安裝技術(shù)，提升了鋼箱組合梁施工質(zhì)量控制及安全管理水平。

1 鋼箱組合梁工程概況

中開(kāi)高速上跨逸仙路鋼箱組合梁位于6～7#墩，左幅6、7#墩高分別為16.8 m、17.2 m，右幅6、7#墩高分別為17.3 m、16.9 m，跨徑為58 m、上部結(jié)構(gòu)全寬17.5 m，平面處于半徑R=5 000 m的圓曲線(xiàn)上。主梁采用“槽型鋼主梁+混凝土橋面板”的組合結(jié)構(gòu)，全橋采用三鋼三梁結(jié)構(gòu)，鋼主梁高2.55 m，高跨比約為1/22.75。鋼主梁采用直腹板形式，主要由上翼緣板、腹板、腹板加勁肋、底板、底板加勁肋、橫隔板及橫肋組成。單片鋼主梁腹板中心間距2.9 m。兩片鋼主梁中心間距5.8 m。鋼主梁上翼板寬0.8 m，梁底寬2.9 m，跨中設(shè)置124 mm向上預(yù)拱，中間部分按二次拋物線(xiàn)變化。

2 鋼箱組合梁構(gòu)件劃分

鋼箱組合梁構(gòu)件劃分合理性直接影響到工廠加工安排，運(yùn)輸線(xiàn)路、運(yùn)輸設(shè)備和吊裝設(shè)備的選擇，臨時(shí)支撐設(shè)計(jì)和施工，節(jié)段劃分要考慮運(yùn)輸?shù)暮侠硇?、現(xiàn)場(chǎng)安裝的便捷性和結(jié)構(gòu)的安全性。經(jīng)綜合研究，逸仙路鋼箱組合梁構(gòu)件劃分單重最重構(gòu)件為29.41 t，長(zhǎng)度達(dá)13.54 m，鋼箱組合梁左右兩幅構(gòu)件總重為847.74 t。采取場(chǎng)內(nèi)制作，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，單榀整體吊裝的方式進(jìn)行施工。

3 臨時(shí)支撐及吊裝基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.1 臨時(shí)支撐系統(tǒng)受力驗(yàn)算

采用槽鋼拼裝而成的鋼墩作為臨時(shí)支撐系統(tǒng)、槽鋼為18號(hào)槽鋼、單個(gè)鋼墩平面尺寸為800 mm×800 mm，經(jīng)計(jì)算作用在鋼墩的線(xiàn)荷載為3.28 t/m。計(jì)算采用Midas專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件。建模計(jì)算過(guò)程如下：?jiǎn)卧捎昧簡(jiǎn)卧?、定義材料屬性為鋼材Q235、定義各材料的截面特性，建立模型單元，賦予材料特性和截面特性；定義邊界條件加一般約束；加節(jié)點(diǎn)荷載；運(yùn)行計(jì)算查詢(xún)結(jié)果。組合應(yīng)力圖最大應(yīng)力50.1 MPa＜205 MPa，最大變形為橫梁變形值為0.09 mm＜800÷500=1.6 mm，一階模態(tài)臨界荷載系數(shù)69.3＞4，所以鋼墩的強(qiáng)度和剛度整體穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求，如圖1所示。

3.2 吊裝地基承載力驗(yàn)算

鋼箱梁吊裝時(shí)采用450 t汽車(chē)吊，總重為145 t，鋼箱梁?jiǎn)味俗畲蟮踔貫?5 t，為確保安全靠主臂端的支腿受力按70%計(jì)算，吊車(chē)單支腿最大承重為77 t。支腿下方墊2 500 mm×2 500 mm×15 mm鋼板，地基承載力簡(jiǎn)算為：σ=77×10/（2.5×2.5）=123 kPa。經(jīng)實(shí)際動(dòng)力觸探試驗(yàn)，地基承載力為210 kPa，滿(mǎn)足要求。吊裝前應(yīng)整平支腿處的場(chǎng)地，鋼板平整度應(yīng)控制在20 mm，若達(dá)不到應(yīng)在鋼板下方攤鋪中粗砂找平壓實(shí)，壓實(shí)度應(yīng)大于94%。

4 鋼箱組合梁起重吊裝設(shè)備選擇及受力分析

鋼箱組合梁構(gòu)件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，采用200 t汽車(chē)吊在胎架上拼裝，單構(gòu)件最重為29.41 t，吊裝最大高度為1.5 m。設(shè)計(jì)左幅拼裝為三榀、右幅拼裝為三榀，單榀最重為146.64 t，吊裝最大高度為17.3 m，采用兩臺(tái)450 t汽車(chē)吊抬吊。吊車(chē)的起重能力、杠桿和抗傾覆，以及吊索、吊耳、卸扣等受力涉及施工安全，直接影響到鋼梁安裝的成敗，為此需進(jìn)行驗(yàn)算合格后才能開(kāi)展吊裝作業(yè)。其中，吊車(chē)的起重能力、杠桿、抗傾覆驗(yàn)算方法如下。

4.1 200 t汽車(chē)吊起重能力及杠桿驗(yàn)算

采用200 t汽車(chē)吊在胎架上拼裝構(gòu)件，單構(gòu)件最重為29.41 t。按最不利工況考慮，吊車(chē)起重半徑R=18 m時(shí)，查200 t汽車(chē)吊性能參數(shù)表可知對(duì)應(yīng)的最大起重量為32 t＞Q=29.41 t，起重能力滿(mǎn)足要求。在鋼構(gòu)件四角分別設(shè)置吊點(diǎn)，吊耳縱向間距b=9 m，橫向間距a=2.75 m，鋼絲繩與水平面夾角θ按60°考慮，則吊索高度h4由公式（1）可計(jì)算得出：

=8.1 m （1）

吊鉤鉤口至起重臂頂端定滑輪中心的最小距離h取3 m，該段鋼梁吊裝支座表面最大高度h1取1.5 m，安裝間隙h2取0.5 m，綁扎點(diǎn)至構(gòu)件吊起后底面的距離h3取2.6 m，吊車(chē)旋轉(zhuǎn)中心至起重臂鉸軸的水平距離F取1.5 m，則此時(shí)吊臂長(zhǎng)可由公式（2）計(jì)算得出：

l

（2）

對(duì)應(yīng)的起重臂傾角由公式（3）計(jì)算得出：

（3）

吊鉤溝口至起重臂頂端定滑輪中心的最小距離h取3 m，吊索高度h4=8.1 m，則鋼梁頂面吊點(diǎn)中心距起重臂的水平距離計(jì)算見(jiàn)公式（4）：

（h+h4）/tan（α）=（3+8.1）/tan（40.4°）=13 m （4）

吊裝鋼構(gòu)件寬度的一半為3.7/2=1.85 m，因此，吊車(chē)不會(huì)傾覆，滿(mǎn)足要求。

4.2 450 t汽車(chē)吊起重能力及杠桿驗(yàn)算

吊裝時(shí)鋼梁最重節(jié)段重量Q1=146.64 t，因兩吊車(chē)起重半徑（吊距）均為14 m，故主機(jī)的起重量和副機(jī)的起重量相等，則單側(cè)吊重Q=Q1/2=73.32 t。按照最不利工況，查450 t汽車(chē)吊起升參數(shù)可知：起重半徑（吊距）R=14 m，臂長(zhǎng)l=37 m，起重量為94.6 t。當(dāng)采用雙機(jī)抬吊時(shí)單機(jī)荷載不得超過(guò)額定起重量的80%[1]，450 t汽車(chē)吊起重量：94.6 t×0.8=75.68 t，均大于單側(cè)吊重，故起重能力滿(mǎn)足要求。吊車(chē)杠桿計(jì)算原理同上。

4.3 汽車(chē)吊抗傾覆驗(yàn)算

依據(jù)《起重吊裝計(jì)算及安全技術(shù)》為保證汽車(chē)吊在吊裝過(guò)程中的穩(wěn)定，需進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算。當(dāng)穩(wěn)定力矩的代數(shù)和大于傾覆力矩的代數(shù)和時(shí)，認(rèn)為該吊車(chē)是穩(wěn)定的，在計(jì)算中要考慮吊裝穩(wěn)定性安全系數(shù)值K≥1.333。200 t汽車(chē)吊抗傾覆驗(yàn)算如表1所示。

根據(jù)穩(wěn)定性安全系數(shù)驗(yàn)算見(jiàn)公式（5）：

K=Mr/Mov=[G1（l1+a1）+G2a1+G3（l3+a1）]/[（Q1+Q2）（R?a1）+Q3x]=[180×（1+4.25）+150×4.25+700×（3+4.25）]/[（300+5）（18?4.25）+100×4.75]=1.426≥[K]=1.333 （5）

故抗傾覆穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。450 t汽車(chē)吊抗傾覆驗(yàn)算參考200 t汽車(chē)吊抗傾覆驗(yàn)算方法，驗(yàn)算結(jié)果抗傾覆穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求[2]。

5 鋼箱組合梁安裝線(xiàn)型控制方法

5.1 施工階段的預(yù)拱度控制

設(shè)計(jì)跨中設(shè)置124 mm向上預(yù)拱，中間部分按二次拋物線(xiàn)變化，預(yù)拱度值不含制作拱度和支架墩彈性變形，鋼梁的立面線(xiàn)型應(yīng)按立面圖中的主梁設(shè)計(jì)線(xiàn)型與預(yù)拱度曲線(xiàn)的疊加曲線(xiàn)，加工和施工安裝時(shí)應(yīng)充分考慮以上因素。槽形鋼主梁成坡原則：鋼梁上翼緣橫坡與橋面橫坡一致，底板保持水平，通過(guò)腹板高低不同形成橋面橫坡，梁底增加楔形墊塊調(diào)整縱坡。

預(yù)拱度值按二次拋物線(xiàn)公式（6）計(jì)算：

[3] （6）

具體數(shù)值如表2所示，δx——距左支點(diǎn)x的預(yù)拱度值，δ設(shè)計(jì)跨中預(yù)拱度124 mm，l——跨長(zhǎng)；x——距左支點(diǎn)的距離。

5.2 鋼梁安裝要求

為確?，F(xiàn)場(chǎng)安裝精度，構(gòu)件在工廠組裝好后應(yīng)進(jìn)行預(yù)拼裝，預(yù)拼裝檢查合格后應(yīng)標(biāo)注中心線(xiàn)、控制基準(zhǔn)點(diǎn)等標(biāo)識(shí)。鋼梁構(gòu)件預(yù)拼裝應(yīng)按照拼裝施工圖進(jìn)行，可采用試裝法，合格后方可出廠。預(yù)拼裝過(guò)程中應(yīng)檢查拼接處有無(wú)相互抵觸情況，焊縫是否影響安裝，如有沖突應(yīng)立即進(jìn)行處理。鋼梁吊裝前在臨時(shí)支架上按拱度標(biāo)高放置鋼墊和千斤頂，在橋墩和臨時(shí)支架上按箱梁位置劃上縱、橫基準(zhǔn)線(xiàn)，在箱梁上同樣劃線(xiàn)，吊裝時(shí)按線(xiàn)就位[4]。采用汽車(chē)吊將箱梁按預(yù)定施工順序和方法吊裝就位，同時(shí)測(cè)量箱梁標(biāo)高，利于千斤頂調(diào)節(jié)因支架墩彈性和非彈性變形以及安裝誤差，直到箱梁標(biāo)高及平面位置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求[5]。鋼梁安裝程序和措施必須保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并不導(dǎo)致永久性變形。安裝前應(yīng)按構(gòu)件明細(xì)表核對(duì)進(jìn)場(chǎng)構(gòu)件，查驗(yàn)產(chǎn)品合格證及驗(yàn)收文件。組裝前，進(jìn)行零部件檢查，連接接觸面和沿焊縫邊緣30～50 mm范圍內(nèi)的鐵銹、氧化皮、油污水分清除干凈。板材、型材的拼接應(yīng)在組裝前進(jìn)行，構(gòu)件的組裝應(yīng)在部件組裝、焊接、矯正后進(jìn)行。鋼梁現(xiàn)場(chǎng)拼裝底面線(xiàn)性與設(shè)計(jì)線(xiàn)性一致，并注意預(yù)拱度的設(shè)置。

6 現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接質(zhì)量控制

（1）焊接材料采用與母材相匹配的焊絲、焊劑和手工焊條，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。焊縫力學(xué)性能不低于母材，所有焊縫均應(yīng)由持有合格上崗證的焊工進(jìn)行施焊。

（2）鋼材、焊接材料、焊接接頭形式、焊接方法、焊縫等應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，并根據(jù)評(píng)定報(bào)告確定焊接工藝作為指導(dǎo)生產(chǎn)性文件。

（3）所有不同厚度鋼板的對(duì)接焊縫，均需按焊接工藝規(guī)程要求在厚板上開(kāi)坡口。焊接要求采用以埋弧自動(dòng)焊、氣保焊為主，手工焊為輔。應(yīng)采用雙數(shù)焊工從中間逐漸向外，左右對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，以保證構(gòu)件自由收縮。

（4）焊接前，應(yīng)復(fù)查焊件接頭質(zhì)量和焊區(qū)的處理情況，當(dāng)不符合要求時(shí)，應(yīng)經(jīng)修整合格后方可施焊。焊接時(shí)，焊工應(yīng)嚴(yán)格遵守焊接工藝，不得自由施工及在焊道外的母材上引弧。對(duì)母材焊道中心線(xiàn)兩側(cè)各2倍板厚加30 mm的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行超聲波探傷檢查。母材中不得有裂紋、夾層及分層等缺陷存在，嚴(yán)格控制焊接順序，盡可能減小垂直板面方面的約束，根據(jù)母材的Ceq（碳當(dāng)量）和Pcm（焊接裂紋敏感性系數(shù)）等參數(shù)選擇正確的預(yù)熱溫度并記錄和必要的后熱處理。

（5）焊縫外觀檢驗(yàn)要求焊縫不得有裂紋、未熔合、焊瘤、夾渣、未填滿(mǎn)弧坑及漏焊等缺陷。焊縫出現(xiàn)裂紋時(shí)，焊工不得擅自處理，應(yīng)查明原因確定修補(bǔ)工藝后方可進(jìn)行處理。焊縫同一位置不得出現(xiàn)二次以上返修，超過(guò)二次時(shí)，應(yīng)按返修工藝進(jìn)行。外觀檢查不合格的構(gòu)件，在處理并滿(mǎn)足要求之前，不得進(jìn)入下一道工序。

（6）所有焊縫施焊24 h后，且經(jīng)外觀檢查合格，都必須進(jìn)行焊縫無(wú)損檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)采用超聲波探傷和射線(xiàn)探傷兩種方法，必須達(dá)到各自的質(zhì)量要求，該焊縫方可認(rèn)為合格。

（7）在現(xiàn)場(chǎng)采用焊接連接橫梁與主梁，焊接前應(yīng)復(fù)查鋼結(jié)構(gòu)三維尺寸及精度，當(dāng)橫梁出現(xiàn)誤差較大無(wú)法焊接時(shí)應(yīng)聯(lián)系生產(chǎn)廠家處理合格后方可焊接。

7 結(jié)語(yǔ)

鋼箱組合梁的構(gòu)件劃分決定了吊裝重量及起重吊裝設(shè)備選擇。臨時(shí)支撐、地基承載力、吊車(chē)及吊裝配件嚴(yán)格規(guī)范的受力分析驗(yàn)算是確保安裝箱梁施工安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。安裝線(xiàn)型控制、現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接質(zhì)量直接影響到成橋質(zhì)量。該文結(jié)合工程實(shí)踐對(duì)上述施工技術(shù)進(jìn)行了深入分析研究，取得了良好的施工安裝效果，提升了鋼箱組合梁施工技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1]建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范： JGJ 276—2012[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2012.

[2]起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范： GBT3811—2008[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2008.

[3]周水興， 何兆益， 鄒毅松. 路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M]. 北京：人民交通出版社， 2001.

[4]浙江省交通運(yùn)輸廳. 橋梁支架安全施工手冊(cè)[M]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[5]李勝. 跨G55高速公路分離式立交橋鋼混組合箱梁施工技術(shù)[J]. 北方交通， 2017（9）： 10-14.