钢箱梁安装施工方法

钢箱梁安装施工方法

陈国平

陈国平

中建二局安装工程有限公司四川制造分公司

摘要：本文根据成都市三环路扩能提升工程项目一标段金牛立交桥桥梁工程钢箱梁分段安装施工情况，对钢箱梁制作、安装、吊装设备的选择等方面进行了叙述和总结。

关键词：钢箱梁分段；运输；安装；焊接

1.工程概况

（1）工程名称：三环路扩能提升工程项目主体一标段金牛立交桥桥梁工程

工程地点：本工程位于成都市西三环路五段与金牛大道相交处。

金牛立交位置示意图

2.主要工程内容

我公司承建的金牛立交桥钢箱梁各施工段的位置如下图所示：

金牛立交桥钢箱梁分布图

注：本图中红色标识部分为我公司制安范围。

本工程钢箱梁十一联采用单箱多室变截面连续箱梁结构，十一联钢箱梁分段宽度及长度如下：

钢箱梁基本情况表

1第十一联27.4~37.132.252x30601.711108.5

桥梁上部结构形式主要为钢箱梁。钢箱体由顶板（16mm、20mm）、底板（16mm、20mm）、腹板（16mm）、U型肋（8mm）、纵向加劲肋（12mm）、侧向翼缘板（12mm）、次横隔板（12mm）、普通横隔板（10mm、12mm）、人孔加劲（10mm）、支座横隔板（12mm、16mm、20mm）、支座垫板（50mm材质Q345CZ15）、端封板（12mm）以及吊耳（18mm、30mm）组成，材质主要为Q345C。

3.桥型与构造

本工程钢箱梁为单箱多室结构。

（1）标准钢箱梁桥型与构造

跨线桥标准桥段断面图如下图所示：

标准桥型断面示意图

标准桥型立面图

（2）异型钢箱梁桥型与构造

我公司承接本工程内容中分为以下2种类型的异形钢箱梁：

1）类型一

本类型钢箱梁主要为第11联桥体部分。钢箱梁断面形式与标准钢箱梁断面形式相同，不同的为部分箱室的宽度随着位置的不同而不同，本类型钢箱梁布置图如下图所示：

类型一立面及布置图

2）类型二

类型二立面及布置图

（3）构件分块

总体思路为：采用横向分块、纵向分段运输及吊装，节约现场安装时间。本工程已将钢箱梁分段分块情况和吊耳设置提交总包方、监理和设计方，并已得到确认。

1）本工程主要分块节点采用凹凸互嵌型分块，如下图所示：

钢结构长度分段组拼示意图

现场嵌补段示意图

现场嵌补段分段接缝示意图

注：断面、长度方向分段一般设置在箱体板上，节点类型与本图相同。下文各联中分块与本分块不同的则详细说明在相应段上，相同部分则不再重复说明。

2）主线桥第十一联钢箱梁分段示意图

十一联分段示意图

4.工程特点难点分析及对策

（1）钢箱梁分段、分块

重难点：本工程钢箱梁主要分布在西三环路五段与金牛大道相交处，钢箱梁尺寸超长超宽、重量超重的特点，对于制造、安装方法，分段方案的选择，构件运输，安装机械的选择及现场施工组织等有较高要求。

应对措施：提前筹划，从源头图纸深化阶段介入，综合考虑制造车间的设备和场地、构件运输线路、现场安装条件、桥梁设计规范的强制要求等，对钢箱梁的分段和分块进行合理优化。

（2）钢箱梁制造精度控制，焊接变形控制

重难点：钢箱梁为曲线连续梁，工厂制造及现场拼装需要同时考虑桥的平曲线和竖曲线以及横坡标高，加工精度控制难度较大。钢箱梁场内制作段为全焊结构，箱型体内U型肋、加劲肋、隔板等零部件数量众多，焊缝密集，焊缝应力集中，易导致箱型构件产生扭曲变形。

应对措施：钢箱梁在我公司郫县加工基地制作，为确保制造精度，我司设计深化部门采用三维软件进行建模放样，工厂采用1：1胎具制造模式，通过在工装胎架上组对焊接，保证钢箱梁的整体弧度及构件间的尺寸精度。

技术部针对钢箱梁的焊接，编制专项焊接工艺，并对工人进行交底。采用合理的焊接工艺和顺序（如采用熔化极气体保护焊、小电流、多层多道焊、分段退焊等工艺）减小焊接应力的产生，控制焊接变形。必要时采取火焰加热或机械冷矫的方法对局部变形超差的部位进行矫正。

（3）钢箱梁构件现场安装组对的精度控制

重难点：分段分块后的构件单元截面尺寸大，重量重。现场高空安装时，构件间的拼接组对精度难以保证。现场施工工地位于重要的交通枢纽区域，吊装和拼焊施工周期紧张。

应对措施：单元构件在车间预制完成后，在制造厂内进行构件间的预拼装组对，组对合格后才能出厂，提前消除可能出现的拼装误差，节约现场的安装时间。

（4）钢箱梁构件运输

重难点：钢箱梁构件在车间预拼后，构件的最大长度35米、最大宽度8.3米，最大重量约100吨；且构件运输需要经过人车流量大的市区，尺寸超长、超宽，重量超重的构件特点给运输带来较大困难。

应对措施：本工程所有钢梁采用大型拖车和炮车进行运输，钢箱梁从我公司生产基地“中建二局郫县制造基地”（起点）运至金牛立交工程施工工地现场。对运输线路进行实地勘察，选择最佳线路，必要时请求交管部门协助。

（5）现场安装施工及吊装部署

重难点：安装现场场地有限，各类桥墩柱、桥梁分布密集。钢箱梁安装在市区三环路的交通枢纽区域，施工过程要求各主要道口交通运营不能中断，尽量减少各类扰民的因素，现场安装的施工组织难度较大。

应对措施：施工部署时提前考虑各种制约因素。安装前编制专项安装施工方案，并报总包方、监理方审核批准。起吊重型构件时选择道路运行压力最小的夜间时段进行，必要时申请局部交通临时管制。

（6）高空作业的安全防护

重难点：本工程钢箱梁架设高度范围在5.9~21.3米之间，构件吊装、高空拼装焊接、高空调整、高空涂装等的安全防护，是本工程施工的重点。

应对措施：针对每项高空作业在施工时做相对应的安全保护措施，如设置施工操作平台，高空作业点用密布网进行防护等。在施工焊接时，当下面既有道路未封闭时，要在高空采取防护措施，防止火花飞落、物件坠落等。项目上设置专职安全员进行监督管理，及时消除安全隐患。

5.施工平面布置

6.现场作业条件准备

（1）吊车、构件车辆行走路线

作业前确认行走路线是否按方案内容，道路上是否有其他施工影响道路通行等。

（2）站位点的地基承载能力符合要求

确认是否符合方案要求，确定能否达到承载要求。

（3）清除作业半径中的障碍物

清理吊装区域及吊装旋转范围内的障碍物，包括脚手架、电线、零时围挡、绿化带树木等障碍物

（4）安装前的封道部署

编制详细的封道部署，报交管部门批准

7.施工准备

应熟悉设计文件和技术规范，进行施工环境调查及现场复查，编制实施性施工方案，进度计划，质量管理，安全生产，环境保护等内容。

应建立健全质量保证体系，其主要内容为：确立质量方针和质量目标，建立质量管理组织机构，制定质量检验程序及质量保证措施。

应建立健全安全施工管理体系，制定技术和组织保证措施，为施工中的技术安全和生产安全提供保障。根据其制定的安全操作细则，向施工人员进行安全技术交底。

应编报实施性施工技术方案，对于施工技术复杂的工程，还应做施工方案比选，以确定出经济上合理、技术上可行的施工技术方案。

应做好施工的现场准备，建造施工临时设施，安装调试施工机具，建立工地实验室，标定试验机具；开展用于施工的原材料、商品构件的试验检测，并做好材料的储备工作。进行施工测量控制网的复测和优化加密。

需要通过预先试验才能正式施工的分项工程及特殊环境下进行的施工工艺，应在开工前进行工艺试验。

应制定环境保护的组织保证措施，确保施工过程中符合国家环境保护要求。

应对工程施工中存在的各种潜在风险进行评估和分析，并制定必要的应急预案。

8.焊接材料准备

焊材复验本工程中焊材为《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205）中规定的重要钢结构所采用的焊接材料，因此应进行抽样复验，复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求。检查数量：全数检查。检验方法：检查复验报告。

焊丝取样：每批焊丝由同一炉号、同一形状、同一尺寸、同一交货状态的焊丝组成。每批焊丝最大质量要求

9.构件运输

（1）总体运输思路

1）本工程的钢构件较大需按每构件组织发运。

2）运输前需要做必要的保护措施与打包措施。散件及一些小构件等，需要打包运输。

3）必须保证现场、加工厂、运输公司之间的信息畅通，加工厂、运输公司必须根据现场反应的实际情况服从统一调配（由加工厂项目管理部或者专门成立的小组负责沟通协调）。

（2）运输路线

本工程位于成都市三环金牛立交，构件加工基地位于成都市郫县，两地间陆地最近运输距离约为19km。构件运输线路：中建二局制造基地→蜀兴大道→红光大道（老成灌路）→金牛立交施工现场。

（4）运输技术要点

钢梁运输应在深夜进行，由于钢梁超长、超宽，因此在运输时应设置信号灯，运输前应将运输方案报交管局审查，运输时请交管局协助开道、引车及封路，同由运输车辆后边应该跟随汽车吊和工程车，防止运输过程中运输及车辆出现问题能及时得到处理，以保证钢梁安全，及时运到现场。采用三桥转向炮车及9线液压平板+连接梁+动力鹅颈装载。

9线液压平板+连接梁+动力鹅颈装载图

1）由于钢结构严重超宽，在运输路段需要小车护送，并采取限速行驶，最高行驶速度：不大于30km/h

道路不平路段行驶速度：不大于5km/h

通过各种障碍时行驶速度：不大于5km/h

通过弯道时行驶速度：不大于5km/h

2）钢梁运输时在车箱上设置枕木，钢梁搁在枕木上，设置枕木时应使钢梁尾部高于头部，而且钢梁尾部不应悬挑太长，应控制在6m范围内，为防止钢梁侧向移动，还应在钢梁两侧与车箱之间加焊抗滑移档板，使钢梁固定在车厢上不能产生位移，然后将钢梁用倒链与车厢绑紧。

3）钢梁在运输过程中应支承牢固，防止产生变形，钢梁支承点应垫置纸板或胶皮，防止油漆损伤，对临时加固的焊点在安装前应及时打磨及刷油，封车钢丝绳与主梁接触处也应加放胶皮，防止油漆损伤。

4）对影响运梁、吊装施工的障碍进行保护或清理，保障运梁吊装的安全条件。

10.钢箱梁安装

（1）安装要求

离桥墩18米范围内须压实平整场地，可供吊车吊装工作；吊装区域内需拆除零时围挡、绿化带树木等障碍物；

安装前应对各桥墩等控制点的中心桩号、各相关尺寸及顶面标高进行复测核对，在确认不超过规定的允许偏差时并经监理工程师批准方可进行安装。钢箱梁预制节段在工厂制作完成后需进行预拼装。预拼无误后焊接临时匹配定位组件，才可分解运送至工地现场。

施工方应在施工过程中对主梁阶段采取加强措施，防止加工、位移、安装过程中钢结构变形。钢构件的运输注意事项应按《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）的规定办理，并采取可靠措施防止构件运输途中变形、损伤（含涂装），严禁已变形或受损的钢构件上桥安装。

钢箱梁纵向节段划分已经设计单位验算合格后方可形成施工方案报审，以防止吊装过程中出现比成桥阶段受力更不利的工况。

吊装用配件或临时构件，在钢构件现场拼接完成后应予以割除；一般分两次切割，第一次切割作为预热，第二次完全切割。起吊配件切割后的剩余高度一般不宜超过20mm，严禁切割时损伤母材。切割后一律用砂轮打磨至平。

起吊机具必须待构件焊接完成后，方可脱钩。现场焊接详见钢结构加工技术要求，安装单位应与现场施焊单位相互协调配合。

每个节段吊装就位后，应仔细符核线型，并根据设计施工控制的指令进行调整，报施工监理认可；安装调整至符合设计标准，以及焊接情况应有详细的作业记录并及时报告监理工程师，得到签字。

钢箱梁吊装就位后先连接临时匹配定位组件，再行施焊，组焊完毕后切除定位组件，打磨平整后补焊定位件区域。

待全桥纵、横向连接全部完成后方可拆除临时支架。钢箱现场组装完毕后焊接防撞栏预埋筋及其余附属设施。

（2）钢箱梁11联安装

1）11联构件参数：

2）11联吊车站位：

11联吊装立面图

吊车验算：

11联短构件的长度35m，拟采用350T履带吊进行吊装。吊钩重量为7.5吨，选用的6×37+1（纤维芯）φ60.5mm全新钢丝绳规格为1340kg/100m。取钢丝绳为150m，重量为2.01吨。

双机抬吊时，k1为动载系数，取k1=1.1。

Q计算载荷=k1*Q（构件+吊钩+绳锁具）

Q计算载荷=1.1*（92.6+7.5+2.01）=113吨

350T履带吊SHB超起工况140t的转台平衡重+40t车身平衡重+0t超起平衡重超起平衡重半径11m，16米幅度36米臂长，Q额定=123吨＞113吨。满足吊装要求

此车况的参数表：

（3）施工现场箱梁吊装安全措施

1）吊装过程的临时加固措施

本工程使用无支撑安装方式。组对时应使用必要的胎夹具（骑马卡）和箱梁节段底版焊定位牛腿，以保证组装质量。钢板组对错边量≤1.6㎜，间隙<1.0mm。

安装组对马板位置示意图

根据主桥分段，吊装过程中只有与相邻段焊接牢固后才能松钩，人行天桥的施工地点是成都市三环路，车流量大，夜间施工需暂封道施工，安装时间为凌晨12：00至6：00。施工时如出现突发事件需启动应急措，停止作业并打开应急预案预留车道让急需通过车辆通行。

2）施工预拱度和沉落

施工时应预留施工拱度，在确定施工拱度值时，应考虑下列因素：由结构重力引起梁的弹性挠度，以及1/2汽车荷载（不计冲击力）引起梁的弹性挠度；受载后由于杆件接头的挤压和卸落设备压缩而产生的非弹性变形；支架基础在受载后的沉陷。

3）施工期间的临时交通组织

施工期间须保证三环路方向和金牛大道射线方向的交通通行，为保证施工期间临时交通组织顺畅，结合本次项目特点，桥区施工建议分阶段实施：

第一阶段：第一阶段金牛大道维持现状辅道交通状况，打围并形成改造后的辅道，保证下一阶段金牛立交方向南北向贯通；三环路维持现状交通状况，在辅道外侧及绿化带范围内打围修建下部结构，并拓宽形成改造后的三环外侧辅道；

第二阶段：第二阶段金牛大道改道到改造后的辅道，并对现状道路进行部分打围，修建主道范围内的墩柱；三环路对主辅道分隔带进行打围，辅道改道至改造后形成的辅道，保证2个车道的通行能力，修建主辅分隔带内的下部结构；第二阶段交通组织：增加局部打围并在梁体安装区域设置门洞式支架，吊装上部结构；

第三阶段：第二阶段完成主桥及匝道工程下部结构后，对上部结构进行施工，施工期间与第二阶段交通组织长期无变化，但吊装小箱梁或钢箱梁期间交通组织局部部位有小调整，部分区域吊装期间临时占用两条主车道（凌晨00：00—6：00）。并在梁体安装区域设置门洞式支架，在支架上悬挂限高标志，确保下方通行安全。施工单位进场后因根据上述原则制定实施性施工组织方案，并报相关主管部门同意。

（4）吊装计算

地基承载要求

履带吊计算：QUY350履带吊参数表：平均接地比压为0.13MPa。考虑其安全系数，吊装作业场地的地耐力要求不得小于0.30MPa；水平纵横坡度≤0.5%，以保证吊车吊装过程中的稳定。吊装区域在原有道路上，道路地基承载力大于0.3Mpa满足吊装要求。

吊耳及钢丝绳选择：本工程钢箱梁采用4点吊装。吊点设置原则：双机吊装时，吊耳设置在构件两端处；采用单机吊装时，吊点设置在构件距端头的1/3处。吊耳应设置在隔板位置处。吊点的设置按重心的不同进行设置。

钢丝绳选择

本工程分110t以下及150t以下

110t以下构件，共4个吊点，单个吊耳最大起吊重量为27.5吨。钢丝绳与吊耳之间的夹角为60度，钢箱梁起吊进考虑1.1倍冲击系数。

故钢丝绳及吊耳受力最大为：

F=Mg×1.1&pide;sin60。=27.5×10×1.1×2&pide;1.732≈349KN

从上可知道，本工程钢丝绳最大受力为349KN，故本工程钢丝容许拉力为：

钢丝绳的容许拉力可按下式计算：

P=aΣS0/K

式中

P——钢丝绳的容许拉力（kN）；

ΣS0——钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN）；

K——钢丝绳使用安全系数，取6

a——考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数，6×37+1钢丝绳，a＝0.82

本工程需要的钢丝绳破断拉力总和为

ΣS0=349*6/0.82=2553KN

查《建筑施工起重吊装安全技术规范》，选择6×37+1（纤维芯）φ65mm、公称抗拉强度1770MPa的全新钢丝绳时，钢丝绳破断拉力总和为2665KN>2353KN，满足施工要求。

卸扣选择

根据查国标《一般起重用D形和弓形锻造卸扣》GB/T25854-2010，本工程选择弓型卸扣，S（8）级起重量为40吨卸扣。钢销选择为M80。

弓形卸扣

吊耳计算

本工程吊耳形式如下：

吊耳形式

吊耳选用t=30mm厚钢板，材质为Q345C钢板。吊耳的两边采用t=18mm钢板焊接补强。查钢结构设计规范，t=30mm时，Q345钢的抗剪设计值为170N/mm2，抗拉、抗压设计值为295N/mm2

吊耳抗剪计算：

吊耳抗剪面积S=（30+18+18）×（220-90）/2=4290mm2

吊耳可承受的抗剪力：F=Fv×S=170N/mm2×4290mm2=729.3KN

单个吊耳实际承受的最大力为349KN<729.3KN，吊耳抗剪强度满足要求。

吊耳抗拉计算：

吊耳设计为熔透焊缝，吊耳抗拉面积S=310×30=9100mm2

吊耳可承受的拉力：F=f×S=295N/mm2×9100mm2=2743KN吊耳抗拉强度满足要求

吊耳抗压计算：

由于本工程钢销选择为M80，吊耳孔开为90mm。吊耳顶紧面为销子顶面的1/2。故吊耳抗压强度如下：

F抗压=f抗压强度设计值×S销子顶进面积

F抗压=295×1/2×80×3.14×1/2×（30+18+18）=1222.7kN>349KN吊耳抗压强度满足要求

本工程吊耳与卸扣为活动连接，构件起吊时与钢丝绳的夹角为60度，故起吊时，吊耳弯曲角度小，为吊耳正常的弹性范围内变型，无需计算吊耳的抗弯能力。

11.焊接

现场焊接采用陶瓷垫块，CO2气体保护焊进行焊接，焊接时从桥中间向桥两端对称施焊。局部地方采用手工电弧焊。现场焊接除应按相关规范标准的要求外，还应遵守以下几个规定。

1、现场焊接应遵循纵向焊缝从跨中向两端、横向焊缝宜从中线向两侧对称施焊的原则，尽量减少焊接变形及焊缝拘束应力。

（1）交叉焊缝的焊接顺序

（2）分段退焊的焊接顺序

（3）跳焊工艺（示意图）

现场焊接应设置防风、防雨措施及防止焊接对环境、交通影响的安全罩，遮盖全部焊接处，雨天不得焊接（梁内除外）。所有外露构件在不能使用C02气体保护焊施工条件时不允许采用C02气体保护焊焊接，焊接时应增设防风罩。梁内采用C02气体保护焊时，必须使用通风防护安全措施。

4）施焊时，焊工应复查组件表面质量和焊缝周边外理情况，如不符合要求，应修整合格后方能施焊，对图纸要求开坡口的必须严格按要求进行，焊缝尺寸也必须符合图纸要求。

5）严禁在焊道以外的母材表面引弧、熄弧，多层焊接应连续施焊，每道焊完后应及时清理并检查。

6）所有焊缝应进行外观检查，表面焊缝应均匀，对裂纹、夹渣、烧穿、弧坑和气孔等缺陷进行修复，对焊缝周围的飞溅、药皮等必须清除干净。

7）按一级焊缝要求焊接，并经超声波探伤检验。

8）钢桥梁安装好后，按照施工图纸有关标准规范进行验收。