钢箱梁分段吊装及焊接施工技术

时间：2024-04-25

卢汉民

中交第三航务工程局有限公司福建厦门 361006

1 工程概况

漳州埔里大桥上跨厦蓉高速施工难度较大，双幅布置，设置双向六车道。第四联采用(55+85+45)m钢箱梁结构，主桥钢箱梁采用分离式箱梁断面，单幅横桥向宽度为17．25m，单箱宽度3．0m，箱间横梁2．72m，悬臂1．4m，梁高2．3～3．5m，由跨中向支点渐变[1]。

2 节段划分和吊装验算分析

2.1 节段合理划分

划分原则：（1）钢箱梁节段规格及重量能满足运输要求。（2）节段重量能满足现场起重能力要求。（3）节段分块不可对钢箱梁结构造成影响，分段线避开隔板500mm以上，分段线顶、底、腹板错开200mm以上。尽可能减少现场焊缝（特别是减少现场熔透焊缝），以保证钢箱梁质量。（4）节段分块充分考虑边跨施工与中跨施工的界限清晰。缩短高速占用周期，以减少施工占道对高速交通的影响。（5）节段分块尽可能方便现场安装，减少现场工作量，以缩短施工周期，尽可能减少对高速交通影响。

遵循以上原则钢箱梁横向按3箱、2箱间横梁、2悬挑段进行划分。纵向按9段进行划分，按顺序逐节进行编号，左右幅分段长度按现场实际适当调整。

本项目钢箱梁分段后节段最大长度32．5米，最大宽度4．6米，最大高度3．5米，最大重量约108．408吨，连接段节段面板单元最大重量11．98吨。

2.2 吊车选型

（1）节段吊装最不利工况分析：①500t全地面起重吊车站位，箱室节段最大重量108．408吨，含吊索、吊具共110．408吨，最大吊装半径22米，节段顶面距地面吊装高度12米，吊臂长度41米；②按规定吊车荷载率＜90%。根据最不利工况数据，选用500t全地面起重汽车吊，不利工况时额定起重量为124吨，吊车起重负荷率为89%。（2）连接段吊装最不利工况：①箱梁连接段节段面板单元最大重量11．98吨，含吊索、吊具共12．98吨，最大吊装半径22米，节段顶面距地面吊装高度12米，吊臂长度42米；②按规定吊车荷载率＜90%。根据最不利工况数据，选用130t汽车吊，不利工况时额定起重量为14．6吨，吊车起重负荷率为88．9%。故箱梁箱室节段选用500t全地面起重机、钢箱梁连接段选用130t型号汽车吊能满足吊装要求。

2.3 吊装验算

（1）吊车支腿地基承载力计算

按500t全地面起重机最不利作业工况校核：①吊车自重：F1=100t=980KN；②吊车配重：F2=135t=1323KN；③最大梁段重量：F3=108．4t=1062．32KN；④总重：F=F1+F2+F3=3365．32KN；⑤触地面积：A=20平米（吊车4个支腿，每个支腿2米x2．5米垫腿）；⑥ P=1．1F/A=1．1x3365．32/20=185．1kpa（1．1 为动载系数、P 为地基承载力）；⑦边跨吊车站位区域地面平整夯实，确保地基承载力＞200kpa。中跨吊车站位高速路面，路面已硬化，承载力＞200kpa。

（2）箱室节段吊装验算（500T全地面吊车）：①吊耳强度验算：1．各节段吊耳设置4个，梁段吊点布置在顶板与横隔板的交叉处并且靠近腹板30cm区域范围，吊点的设置考虑节段长度的分配及重心位置；2．吊耳制作完成后对几何尺寸、位置、焊接质量、焊缝坡口等进行检查，焊缝进行探伤检测。

经验算吊耳强度及焊缝强度符合施工要求。

②钢丝绳计算：1．按照最大梁段计算，最重梁段重108．4t，T=108．4吨，即G=1062320N，共4条钢丝绳，钢丝绳长度为16．2m，夹角a≥60°。（S为每根钢丝拉力）K取（动载系数1．1；）n为受力钢丝绳数量，求所需钢丝绳破断力。取安全系数 k=6 Pn=Sk=339695．3×6=2038172．1N，钢丝绳抗拉强度取σ=1870Mpa 则选用钢丝绳直径59mm；2．参照钢丝绳对照表标准规范，选用6＊37+1，直径为φ60mm，抗拉强度为1870Mpa钢丝绳（钢丝绳破断拉力1870kN），满足吊装要求。

③卸扣的选用：1．按梁段最大重量108．4t，钢丝绳夹角60°，每条钢丝绳受力339．6KN。实际4条钢丝绳受力，按3条受力（不利因素）计算：（339．6KN＊4）/3=542．8KN(亦 452．8KN/9．8=46．2t)；2．参照卸扣参数规范选用额定55t规格卸扣可满足要求。

3 钢箱梁吊装施工技术

3.1 吊装工艺流程

3.2 临时支架设置

支架的设计要满足安全施工的需要，高速路面不可占用车道设置临时支架，只考虑在高速路左右两幅中间绿化隔离带设置一组临时支架，确保高速公路车辆通行安全，同时最大程度的保护高速路面不受损坏。两个边跨的临时支架不影响高速通行，按节段线的位置设置在两个边跨区域[2]。

3.3 钢箱梁吊装

（1）吊车就位后运输车就位，指挥工指挥吊车将梁段进行试吊，将梁段吊离运输车约300mm高度后梁段静置，检查各吊具及起重机是否正常工作，无安全隐患后运输车驶离。

（2）指挥工指挥吊车垂直将梁段起吊至约高于就位点标高500mm后吊车主臂缓慢旋转。在施工过程中，相关工作人员可以事先将梁段绑扎好，然后再配合吊车将其拉动，不让梁段出现太大的晃动情况，避免梁段接触到吊臂。

（3）吊臂回转至安装位置上空，主臂停止回转，梁段通过绳索稳定，指挥工指挥将梁段缓慢落下，使梁段与临时拼装平台上测定的调整垫块接触后让吊车维持60%的受力状态并保持稳定，检查各支点是否均匀接触，梁段位置通过经纬仪测定中轴线位置，水准仪测定梁段各点标高。位置若有偏差则让吊车将梁段吊离约10mm位置，通过螺旋千斤顶、撬杠、花篮螺丝等工具调整梁段位置后梁段再次下落测量，反复调整至要求位置后梁段正式落位并用码板做临时固定，待梁段放置稳定后吊车方可落索。

（4）以两个桥墩间节段为例，吊车第一次就位，吊装顺序为先吊装靠近路线中心线侧的箱梁，复核箱梁桥面设计高程准备后，在吊装相邻挑臂梁段，与前节段用卡板码平及点焊牢固，吊装下一节箱梁，经全站仪检测合格后，吊装连接两节段箱间横梁，码平及焊接牢固后，此时吊车需要往外侧移位，吊装下一节段箱梁，测量桥面位置及高程值是否符合设计值，合格后吊装箱间横梁，以及最外侧的挑臂梁端，最后检查各梁段位置坐标及高程值。

4 焊接施工方法和技术措施

4.1 焊接工艺评定

箱梁施工前做好焊接工艺评定报告，提交业主或监理工程师签认。

4.2 现场主要焊接形式

顶板与顶板、底板与底板、腹板与腹板对接焊缝；顶板和腹板与U型劲T型接焊缝；顶板和底板与加劲焊缝。

4.3 定位焊

分段钢箱梁定位结束后，节点处进行定位焊，纠正错位偏差的位置必须定位焊接，定位焊缝厚度和长度根据对接处的错边量决定，通常情况下，应该将定位焊缝的长度控制在80mm-100mm之间，将间距控制在400mm-600mm之间，将厚度控制在焊缝设计厚度的二分之一以内，并在小坡口位置的一侧进行焊接。焊接工作应该由专业的焊接工人操作，焊接材料与工艺参数都应该严格按照正式焊接来确定。在焊接之前，首先应该对焊区之内的各种杂质清理干净，然后按照定位焊的标准来确定密封带揭开的长度，其余的地方不要揭开，在结束了焊接之后，需要对焊缝的外观进行检查，不可出现夹渣、气孔等可能会对正式焊缝造成影响的缺陷，起弧和收弧位置的过度应该做到平缓，这样才更加方便接下来的正式焊接。

4.4 焊前检查

在结束了定位焊并准备正式焊接的过程中，首先应该检查好分段梁对接点位置的三维坐标、错变量以及间隙，认真做好记录，在保障一切合格的基础上才可以实施正式的焊接工作。

4.5 焊接过程

在板件焊接过程中，结构焊缝和拼接焊缝之间的间距应该在100mm以上，如果需要应用到焊接接长类型的板件，那么接长应该在1000mm以上，端部应该在200mm以上，T型接头位置的交叉焊接间距应该在200mm以上，埋弧自动焊接端部位置需要对引出板以及引弧板进行焊接，并保障其坡口和材质都和焊件一致，引焊弧的长度需要超过80mm。在埋弧自动焊过程中，焊剂回收距离应该在1m以上，在埋弧半自动焊过程中，焊剂的回收距离应该在0．5m以上，完成焊接之后，需要等焊缝冷却之后再将熔渣清除。在进行箱体的焊接过程中，一定要严格根据工艺所规定的位置、方向和顺序进行焊接。如果助板有顶紧要求，需要在顶紧的一端开始，朝着另一端进行焊接。在弧焊自动焊接的过程中不可以出现断弧情况。

4.6 焊接顺序及焊接要求

通过对焊接顺序以及焊接方法的合理控制，可以让焊接变形的情况得到有效预防，并进一步降低焊接应力，所以在本次工程的焊接过程中，所有焊缝都应该遵照对称性、均匀性、同步性以及先长后短的焊接原则进行操作。为了让焊接应力得到最大限度的降低，进而让焊接变形情况得到良好控制，应该保障待吊装分段在如右图所示的情况下才可以进行焊接，在焊接过程中，首先需要对横桥向口缝进行施焊，然后对顺桥向的口缝以及I型肋的对接焊缝进行焊接，最后再进行横隔板、腹板、顶板、球扁钢、U型肋、角型缝以及底板的焊接。在对横桥向的焊缝进行焊接的过程中，应该同时对顶板和底板进行焊接，各进行四个工位的设置，在桥梁的中心线位置开始，分别朝着两侧进行焊接；在对顺桥向焊缝进行焊接的过程中，也应该同时对顶板和底板进行焊接，从固定端的位置开始，朝着自由端进行焊接。

焊缝外观检查质量标准