复杂环境条件下大跨度变截面连续钢箱梁拼装施工技术

龙国辉

（中铁二十二局集团第三工程有限公司，福建 厦门 361000）

1 工程概况

鉴湖大桥处于绍兴市二环西路跨域鉴湖处，主桥长195m、宽27m、总质量3100t，为（55+85+55）m变截面三跨连续钢箱梁。桥梁跨中梁高2.4m，中墩位置梁高4.8m，边墩位置梁高1.8m，最大墩高22.7m，桥梁下部结构采用群桩水中承台，如图1所示。

图1 鉴湖大桥立面图

工程的重难点有3个：1）钢箱梁分段与吊装综合考虑因素多。受施工场地狭窄，鉴湖主桥水中支架须利用老桥拆除支架管桩进行接高，支架的施工精度及质量要求高且钢箱梁分段须兼顾既有支架位置、构件运输及起重机械吊装性能。2）大跨度变截面钢箱梁制造、焊接要求高。该工程钢箱梁桥面铺装仅3cm，成桥后的表面线形与平整度要求高，受桥梁竖曲线、预拱度、纵横坡及变截面的影响，须合理预留装配间隙、克服现场焊接应力集中、控制竖曲线与起拱问题。3）施工风险高。鉴湖属通航水域，施工须避让过往客、货船，施工场地狭窄，陆上支架须留有运输通道，支架存在撞击风险，构件结构复杂，箱梁内部有限空间焊接难度大、过程中的安全问题多。

2 施工方案确定

鉴湖大桥采用主、辅分离式设计，主桥一座，辅桥二座，桥长与跨径相同。建设期需拆除既有鉴湖大桥，再原位新建鉴湖主桥。主桥建设期，鉴于两侧辅桥须保证通行，水上不封航，主、辅桥净距仅1m，水深较浅等因素，大型流动式起重机、浮吊无法完成吊装作业[1]，同时兼顾既有鉴湖大桥拆除，最终确定采用旧桥拆除支架接高后，利用龙门吊吊装的方案完成主桥钢箱梁施工[2]，横断面位置关系见图2。

图2 鉴湖大桥钢箱梁安装横断面图

3 钢箱梁吊装支架设计

钢箱梁临时支撑架由φ630×10mm钢管、φ219×10mm剪刀撑、双拼I40b主横梁及φ180×10mm调节钢管组成。根据钢箱梁吊装安排，通过MIDAScivil建模，对14个吊装施工阶段进行计算，确定每个吊装阶段的支点反力及变形情况，如图3、图4所示。

图3 钢箱梁模型图

图4 支架弹性压缩及拆架后梁体自重作用下的变形图

经汇总确定地面管桩体系顶部最大支撑反力3424kN；水中管桩体系顶部最大支撑反力2824kN；55m边跨跨中下挠13.96mm；85m中跨跨中下挠49.73mm。

根据地面及水中管桩体系最大支撑反力采用MIDASGen对单个独立支架结构进行有限元分析，其位移、强度及稳定性均满足使用要求，如图5所示。

图5 钢箱梁支架模型分析

4 钢箱梁施工关键技术

4.1 钢箱梁制造与运输

主桥长度方向分14段，除第一段作为定位段，其余13段横向分7节，节段内、节段间、顶底板拼接位置均错开设置，最大分节质量61.6t。图纸深化时考虑竖曲线、设计起拱及施工工艺起拱量，并绘制钢箱梁制造三维图形，确定顶板、底板、腹板、隔板等零件大样图及吊装吊耳布置图；加工构件采用拼装胎架（保证桥梁加工的纵坡、横坡），反变形胎架（有效抵消板单元焊接变形，如图6所示），并配合火工校正，避免因焊接应力导致的板面变形；各节段钢箱梁加工完成后至少纵向每三段进行预拼装，以保证现场安装接头精度。

图6 厂内加工制造控制

钢箱梁构件运输应该确保安全性和运输次序科学合理，避免由于构件运输顺序混乱导致工期延误。临时存储应保证环境干燥并对构件进行下垫上盖，放置地点应有足够的支撑力，避免构件发生形变。钢箱梁在运输前经由运输部门完成超宽运输手续的办理；分段运输每3m临时焊接一道交叉圆钢或者槽钢，以便对箱体整段进行固定。

4.2 钢箱梁支架施工

旧桥拆除完成后，利用2台25t吊车站位于辅桥上将拆桥支架主横梁拆除，钢管顶口切平后进行接高处理，接高后的钢管及时施做钢管剪刀撑连接系；并与龙门吊基础管桩连成整体。支架主横梁与梁底间留20cm~30cm作为调节钢管安装，方便钢箱梁底部焊接施工与精调。

4.3 钢箱梁吊装

4.3.1 吊装设备

吊装设备应满足安全可靠、经济合理、因地制宜。要求吊装设备有一定的安全储备，避免对人员和设备造成伤害；最大限度利用已有设备或材料，吊装设备满足要求即可，避免过高的安全系数造成成本增加；根据周边环境条件选择吊装设备，对支撑基础稳定性进行充分考虑，并根据分节重量与尺寸，合理选择吊具、设置吊点，保证吊装安全、防止构件变形。

根据该工程最大构件质量61.6t、长度21.6m，按60°钢丝绳吊装夹角作业最小高度37m的要求，旧桥拆除85t龙门吊兼顾主桥钢箱梁吊装的安装净高在水面以上38.8m。吊耳材质为Q345B，主板厚度25mm，外侧加强板厚度10mm（如图7所示），吊耳布置应保证钢丝绳之间的夹角不超过60°并且在吊耳下方位置有U肋或实腹板；钢丝绳选择6*37纤维芯钢丝绳，公称直径为60mm、公称抗拉强度1770MPa；卸扣选用6级32t卸扣。

图7 吊耳构造（单位：mm）

4.3.2 吊装顺序

吊装方向从北向南进行。首段钢箱梁整体吊装后在边墩精确定位，先箱室主体后挑臂，从中间向两端依次吊装，如图8所示。

图8 钢箱梁分节吊装

4.3.3 吊装就位

工艺流程：起吊钢箱梁与前一段平齐→对齐主腹板→安装顶板对拉螺栓/临时连接件→测量箱梁高程及轴线→调整箱梁前端高程及轴线→安装底板对拉螺栓/临时连接件→测量主梁前端高程及轴线调整箱梁前端高程及轴线至设计位置。

钢箱梁分节除支座处外，其他节段均由调节钢管临时支撑，各调节管高度应根据计算好的标高提前安装就位。在提升过程中通过溜绳调整构件方向，放置构件应缓慢、平稳。

4.3.4 钢箱梁临时连接

相邻节段钢箱梁就位后进行接口粗匹配，调整箱梁线形确保中心轴线。调整程序如下：1）梁段的倾斜度与高度需要与顶板的中轴线齐平。2）梁段的高度需要和顶板的U肋齐平，调整好之后要测量出吊装梁段的前后点的标准高度。3）测量梁段底板处缝隙，确保其缝隙宽度的最大值为15mm。4）使用千斤顶调整主腹板的平衡状态。5）复测。

匹配好接口是焊接施工的前提条件，包括节段的标准高度、预拱度、横坡度；接口面板最大的差距须达到0.5mm；调整约束时要遵循由硬到弱的规律；调整腹板和顶底板交界处的距离，之后调整接口距离；精调时可使用千斤顶，固定时使用码板压平。

4.3.5 钢箱梁焊接

完成钢箱梁的精准定位后，根据相关的规范标准比对缝口，对未达标的进行打磨修正至符合规范才可以开展焊接工作。

先焊接纵向对接焊缝，后焊接节段间环向对接焊缝。根据全桥成桥后的弯矩图，先焊受拉焊缝，后焊受压焊缝。先焊节段内的钢箱梁，节段内的构件先在横向行成整体后，再进行纵桥向相邻的节段焊接工作。尽可能先吊装完成所有节段后，从桥墩中间节段向两侧焊接，能够有效控制焊接变形，保证桥梁整体线形。

5 质量控制

钢箱梁的拼装质量是工程质量控制的关键，该工程采用的质量控制措施有7点：1）梁宽度方向分段时每节段内横隔做成整体，可减少现场横隔板对接错口的发生。2）U肋加工定位以腹板为基准线定位；钢箱梁一端U肋留400mm厂内不焊，等U肋连接板用高强螺栓初拧后再现场焊接；U肋连接板留一端六个孔厂内不钻，接头处孔距实量后用摇臂钻现场钻孔；顶板U肋接头位置一端预留一小段不焊接，现场调整后再焊接，方便接头对正，可保证顶板接头高强螺栓穿孔率。3）对接打底后，码板割除后再焊第二道焊缝，保证后续焊缝无约束状态下焊接，减少焊接应力。4）箱外焊接须设置防风防雨棚，减少焊接气孔等缺陷，提高焊接质量；对接接口焊接采用陶瓷衬垫，单面焊接背面成型好。5）各钢箱梁段内拼装采用码板进行固定，保证顶板接头、底板接头位置错边控制在标准范围之内。6）根据钢箱梁主材材质，选择合适的焊接材料，按焊接工艺评定来控制焊接顺序和焊接参数，以控制焊接变形提高加工精度。7）旧桥拆除钢管支架的承载力大于新建主桥钢管支架承载力要求，支架接高利用消除了支架沉降对钢箱梁拼装的影响。

6 结语

鉴湖大桥作为S308省道智慧快速路改造工程重难点，受施工条件及周边复杂环境的限制，架桥机、移动式大型起重机和大型浮吊等常规施工方法均无法满足钢箱梁安装要求，同时，3cmECO面层对钢箱梁拼装后的线形、平顺度要求高。该文通过阐述大跨度变截面钢箱梁各施工阶段的控制要点，解决狭窄空间架梁的难题，整个施工过程安全平稳，吊装就位方便快捷，定位精度高，保证了施工质量满足验收要求，最大限度地减少了对社会车辆及通航影响，为今后类似工程起到借鉴作用。