钢箱梁分块拼装施工工艺探究

钢箱梁分块拼装施工工艺探究

袁亚男 ,何文鹏 ,张喜荣 ,甘得安

中建八局第二建设有限公司   山东济南   250022

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的进步。但由于建设的多样性、复杂性，给预应力混凝土预制箱梁施工技术提出了很高的要求，因此为了保障其安全运行，加强对预制箱梁工程施工工艺进行分析具有重要意义。基于此，以某桥梁工程实例为依托，对钢箱梁分块拼装施工工艺展开分析。研究结果表明，钢箱梁分块拼装施工中，可在工厂内对钢箱梁分块加工，并在施工现场搭设临时支架，为钢箱梁拼装施工提供作业平台。选定运输路线后，将钢箱梁运至现场，通过吊装、焊接的方法完成钢箱梁分块拼装，形成整体。

关键词：钢箱梁；分块拼装；施工工艺

1.工程概况

某桥梁工程项目为跨越高速而建，桥梁全长153m，第五跨为钢箱梁，跨度47m，横桥向分为4榀。除明确设计要求外，钢箱梁主要材质均为Q345C，总重量约为575.51t，为在确保质量的基础上，保证施工安全，根据工程特点，经过研究后，决定采用分块拼装工艺，对钢箱梁施工。

2.钢箱梁分块拼装施工工艺

2.1 钢箱梁分块加工

本工程中，钢箱梁自重较大，需要选择具备资质的厂家，对钢箱梁分块加工。由于钢箱梁采用的全焊接结构，从而使得焊缝的数量较多，为避免焊接变形影响钢箱梁质量的情况发生，采取整体胎架，横向分块、纵向分段的方法制造钢箱梁。

2.1.1 分块制作

(1）根据设计要求，结合工厂的加工能力，以确保钢箱梁质量为前提，在制造梁块单元时，顶底板单元长和宽以及腹板长度方向上，全部留设二次切割量，组装完毕后，整体划线，对周边切割。

(2）为避免钢箱梁接头位置处的盖板与腹板对接缝发生重合的现象，加工时将对接焊缝错开30cm布设，并在U形肋与板条肋上，留设40cm的嵌补段，当盖板与腹板在现场对接焊合格后，再焊接嵌补段。整个钢箱梁分为15个块段，各块段的长宽高及重量均不相同。

2.1.2 零部件下料

(1）在对钢箱梁的盖腹板下料时，要先检查钢板，看有无明显的缺陷，焊接作业时，要充分考虑降低腹板的剪应力，下料过程中，可将控制重点放在如下方面：盖板下料时，应在宽度方向上预留出20mm左右的余量，长度方向上留设50mm左右的余量，当钢箱梁拼装焊接检测合格后，根据设计图纸将留设的余量全部割除；腹板下料的长度方向留设50mm的余量，借助钢衬垫，在钢箱梁拼装时，对截面加以调整；当上盖板、腹板对接焊缝存在多条纵横焊缝时，要按照先横后纵的顺序焊接，避免翼腹板焊缝处鼓包。

(2）在钢箱梁中，隔板是比较重要的部件，起到控制截面尺寸的作用，所以必须保证隔板本身的尺寸精度达到规定要求。本工程中，钢箱梁隔板采用计算机1∶1放样，利用数控切割机切割下料，以此来确保精度。

2.1.3 箱梁板拼装

箱梁板是钢箱梁中较为重要的一个单元，必须严格按照施工详图对板单元制作加工，具体的拼装步骤如下：

(1）对下料的盖腹板几何尺寸检查确认，采取划线的方法，对U形肋、板条肋、隔板以及腹板的位置线加以确定；对相应的区域做全面清理，包括U形肋封盖区域、板条肋、隔板与盖腹板之间的焊接区域，将清理的重点放在油污、铁锈等方面。

(2）在对U形肋拼装前，根据设计涂装要求，将其封盖的区域涂刷一道底漆，随后以施工详图为依据，完成U形肋和板条肋的拼装，当二者需要接长处理时，可以采用对接焊的方法，焊缝要错开20cm以上，避免相邻焊缝处在同一截面内。

(3）当板单元拼接完毕后，要对几何尺寸加以检测，并对检测结果如实记录，确认合格后，方可进入焊接工序。

2.1.4 箱体拼装

本工程中，箱梁顶面存在一个2%的斜坡，为确保箱体拼装的顺利完成，决定采用倒装的方法拼装箱体。具体的拼装过程如下：

(1）钢箱梁的箱体在胎架上拼装，正式拼装前，要先搭设胎架，由于箱体的自重比较大，所以要求胎架具备足够的刚度和强度，能够满足箱体拼装操作的需要。胎架上的支撑件顶部顺桥向的线形应与箱体顶板的线形一致，而横向上的支撑件顶部线形应有2%的斜坡。选用型钢铺设胎架平台，通过连接件，以焊接的方法使型钢连成整体，保证胎架的整体性，避免型钢位移造成拼装误差增大。

(2）将箱体顶板的板单元铺设在搭设好的胎架上，对中心线加以矫正，与断线对准后将板单元固定在台架上，并将四周压紧；以上盖板为依托，对隔板加以组装，当隔板与上盖板贴紧后，采用点焊的方法连接，要使隔板保持竖直，板间边线应处于同一条直线上。

(3）在对钢箱梁腹板组装前，要先采用点焊的方法，将加劲肋组装好，并对腹板接缝的平面度加以矫正。组装的过程中，要使腹板与隔板紧密贴合，角焊缝采用熔透焊，并以点焊的方法将垫板焊接在腹板上。

2.1.5 板单元焊接

板单元焊接过程中会产生收缩，从而引起变形。为控制变形，可在反变形焊接控制胎架上，对板单元施焊。采用反变形法，对板单元焊接时，要控制好反变形量，并使板单元与胎架平面紧密贴合。

2.1.6 布设吊耳

(1）钢箱梁现场施工中，需要采用吊装的方法组合拼装，由于箱梁自重大，所以为保证吊装安全，应对吊点的位置合理确定。吊点的位置要能够保证钢箱梁吊运时保持平整，不倾斜、不摇晃。

(2）钢箱梁吊装严格按照设计要求，选择吊耳的尺寸，并对吊点的具体位置加以确定。其中吊点布设在钢箱梁的重心线上，已有隔板的位置处布设吊点，这是整个钢箱梁中最为坚固的部位，将吊点布置在该处，基本不会导致钢箱梁截面在吊运途中发生扭曲的情况，吊装的安全性随之得到进一步提升。需要注意的是，若是吊耳无法布设在有隔板的部位，则应对吊耳布设位置处的顶板做局部加厚补强处理。

(3）当吊耳的位置确定后，便可通过焊接的方法安装吊耳。由于每一段箱梁的长度均不相同，从而使得重心位置也不相同，因此在横断面上，可以杆件的重心线为依托，采取对称的方法设置吊耳。在顺桥向上，可将吊耳对称布设在梁段长度1/4处。当吊耳的位置无法设置在箱梁隔板处时，应在顶板位置处加装补强板，以此来增加顶板厚度，满足吊耳的安装要求。

2.2 吊装临时支架施工

本工程中，临时支架的总体长度为24.6m，跨度为32.5m，净高5.5m。为确保支架能够承受钢箱梁的荷载重量，在搭设前，选取最长跨阶段的钢箱梁作验算，按强度计算满足施工要求，用软件建模得出的最大应力也满足受力要求。钢箱梁临时支架的搭设方法及要点如下：

2.2.1 支架基础

(1）对钢箱梁临时支架搭设前，要先施工支架基础，应在占道施工审批许可办理后开工。在加宽后的公路上放置临支架基础，由专业测量小组负责现场测量放样，准确确定出条形基础的边线，以此作为依据，安装模板和预埋件，并浇筑强度等级为C30的混凝土。

(2）由于是临时支架，当钢箱梁安装完毕后需要将支架拆除，所以支架基础施工中，在底面铺设彩条布，与公路路面相隔离，为后续拆卸提供便利条件。

2.2.2 支架搭设

(1）为提高临时支架的搭设效率，选用汽车吊，按照从下向上的顺序，对钢管桩立柱、承重主横梁、分配梁及钢板等依次起吊，安装就位。其中钢管桩立柱的直径为800mm，管壁厚度为10mm；承重主横梁为50#工字钢，分配梁为25#工字钢，钢板的厚度为10mm。主横梁是临时支架中最为重要的构件，单根的长度为13m，分两段起吊，直接嵌入钢管桩内。

(2）因钢管桩所需承受的荷载比较大，故此在钢管桩的开口位置两侧分别焊接厚度为10mm的钢板，以此来增加局部刚度，下部通过三角钢板加固。

(3）由于支架在纵向上的连接比较薄弱，从而使得钢箱梁安装时，支架容易出现纵向失稳的现象。因此，用分配梁在钢管桩顶部和底板焊接平联，以此来增加支架的纵向稳定性。

2.3 钢箱梁运输

2.3.1 确定运梁路线

本工程中，钢箱梁采用分段、分块的方法制造、运输，最大分段尺寸为19.5m×4.6m×2.5m，重约56.5t。在确定运梁路线前，要实地勘察，看所选的路线能否满足长19.5m的钢箱梁运输车顺利通行，运输车在路线中的转弯应不受影响。

2.3.2 运输要点

(1）用一台大型平板拖车运输钢箱梁，由于白天运梁路线上车辆较多，为避免影响正常交通，运梁选择在夜间。因梁体的长度和宽度全部超限，所以运输时要设置信号灯，并在车辆上路前，将编制好的运输方案报送当地交通管理部门审查，运输过程中，请交管部门协助开道和封路，确保钢箱梁安全运抵施工现场。

(2）钢箱梁的梁体较宽，行车时需要限速，最高时速不超过30km/h，在道路不平的路段上，行车速度不得超过5.0km/h，转弯时，车速不超过5.0km/h。

(3）在运输车的大箱内铺设枕木，使钢箱梁的尾部略高于头部，尾部悬挑的长度应控制在6.0m以内。为避免运输途中，钢箱梁发生侧向移动的情况，可在箱梁两侧与大箱间焊一个连接板，以此来固定钢箱梁，避免侧向位移。

(4）运输途中，要将钢箱梁牢固支撑，以免变形，在支撑点上垫设胶皮，避免损伤油漆，临时焊点应在安装前打磨光滑。

2.4 钢箱梁现场安装

2.4.1 吊装施工准备

为确保钢箱梁吊装作业顺利开展，应在吊装正式开始前，做好相应的准备工作，具体如下：

(1）钢箱梁吊装施工中使用的测量工具，如钢圈尺等，要经计量部门检定，不合格的产品不得在施工中使用，以免影响测量结果的准确性，间接影响安装质量。吊装作业前，要先将支座安装就位，复核支座顶部高程，发现问题及时处理。

(2）吊装前，由安全管理人员开展安全教育培训工作，并以书面的形式开展吊装安全技术交底。检查脚手架等安全设施，看是否牢固、稳定。

(3）全面清理盖梁上的杂物，确保刚箱梁能够顺利就位。检查起重设备的吊索具，看性能是否完好，先试吊，确认无任何问题后，方可正式吊装。为对钢箱梁的平面位置、标高以及线形加以控制，吊装前，先在支撑平台上焊接限位挡块，标高复测后，将支垫钢板调整至设计标高。

2.4.2 吊装方法

(1）本次钢箱梁吊装选用的是220t的汽车吊，现场作业环境能够满足汽车吊摆位的需要。每榀钢箱梁上设有4个吊点，出厂前经过检验全部合格，吊具为直径56mm的钢丝绳。经计算，汽车吊的最小起升高度为21.1m。

(2）在对3#梁起吊时，回转半径为11m，满足吊装作业要求；对4#梁起吊时，回转半径为10m，同样满足吊装作业要求。防护支架在3#和4#梁段吊装就位后安装；8#与9#梁段起吊时的回转半径均为12m，满足吊装作业要求。

(3）钢箱梁分块吊装中的最大构件重56.5t，在充分考虑吊具的前提下，按照70t计算，起吊箱梁的重量达到一定程度时，钢丝绳与铅垂线之间的夹角越大，吊索承受的拉力就越大。为此，可将夹角控制在45～60°，采用四根钢丝绳对箱梁起吊，单根钢丝绳需要承受20.21万t的拉力。本次选用的钢丝绳为6×61+1纤维芯钢丝绳。

2.4.3 现场焊接

(1）由于钢箱梁采用的是分块拼装工艺，从而使得现场焊接的工程量比较大。为提高焊接作业效率，决定采用二氧化碳气体保护焊机开展焊接作业，共计配备10台焊机，8台同时作业，2台备用。

(2）焊接作业前，要做好以下准备工作：所有从事焊接作业的人员，应通过专业考试，取得相应的资格证书，无证者不得从事焊接作业；施焊前，对焊工开展技术交底。按照焊接工艺指定的规格选择焊材。

(3）焊接作业环境的温湿度应达到规定要求，即相对湿度不超过80%，温度不低于5℃。在露天环境中开展焊接时，要采取有效的防雨和防风措施。施焊前，要先将作业区域内的有害物质全部清除干净，不得在母材上引弧，焊后要及时清理熔渣和飞溅。焊缝两侧应设置引弧板，埋弧焊的引弧板宽度应达到8.0cm以上，长度为板厚的2倍。

(4）钢箱梁顶板纵向焊缝采用单面焊双面成型焊接，以二氧化碳气体保护焊打底，用埋弧自动焊对中上层填充，底板的焊接方法与顶板基本相同。焊接完毕后，要及时开展无损探伤，检验焊接质量，发现缺陷及时处理，避免影响钢箱梁的整体质量。顶板、腹板个底板的对接焊缝全部采用超声波检测，质量等级为Ⅰ级；横隔板纵缝质量等级为Ⅰ级；角焊缝的质量等级为Ⅰ级。上述焊缝的质量全部合格。

3.结语

钢箱梁分块拼装施工是一项较为复杂且系统的工作，由于其中涵盖的内容较多，并且各个环节之间密切关联，若是某个环节出现问题，则会钢箱梁的质量造成影响。为此，要掌握钢箱梁分块拼装施工工艺，并在实际工程中合理运用，使钢箱梁能够顺利完成。

参考文献

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