郭志磊 中国水利水电第十六工程局有限公司基础设施分公司
摘要：钢箱组合梁穿越既有道路具有施工工期短、施工跨度大等优点，其安装成功的关键施工技术是节段划分、临时支撑、基础、吊装、安装线型、现场安装焊缝质量等。本文对上述施工技术的安装进行了深入研究，取得了成功的经验，可为类似钢箱组合梁安装的质量和安全控制提供借鉴。
关键词：钢箱组合梁；节段划分；临时支撑；基础；起重吊装；安装线；焊缝质量；
作者简介：郭志磊（1985-），男，本科，高级工程师，研究方向：道路与桥梁建设。；
0 简介
在既有道路上新建桥梁时，可采用预制预应力混凝土小箱梁、预制预应力混凝土T梁、现浇预应力混凝土箱梁、钢箱混凝土组合梁等方案。由于现浇箱梁现场施工周期长，占路时间长，对既有交通干扰较大，因此在跨越既有道路的设计方案中一般很少采用。当跨度小于或等于30m时，采用预制小箱梁或T梁跨越既有道路较钢箱组合梁具有明显的优势；当跨度大于30m而小于40m时，采用预制小箱梁或T梁跨越既有道路会受到一定的限制，主要是因为预制梁太长、太重，运输路线选择困难；当跨度大于40m时，采用预制小箱梁或T梁跨越不再具有技术经济优势，此时采用钢箱混凝土组合梁跨越优势明显，主要体现在钢箱组合梁自重轻、跨越能力强，钢箱可分段制造安装，桥梁下部结构施工时可并行制造钢箱节段，因此在跨度较大的交叉口常采用钢箱组合梁。上部跨越逸仙路跨度达58m，采用钢箱组合梁跨越。本文对钢箱组合梁施工安装技术进行深入研究，提高钢箱组合梁施工质量控制和安全管理水平。
1 钢箱组合梁项目概况
仲恺高速跨义县路段钢箱组合梁位于6、7号墩，左侧6、7号墩高分别为16.8m、17.2m，右侧6、7号墩高分别为17.3m、16.9m。跨度58m，上部结构全宽17.5m，平面在半径R=5000m的圆曲线上。主梁采用“槽钢主梁+混凝土桥面”组合结构，全桥采用三钢三梁结构，钢主梁高2.55m，高跨比约为1/22.75。钢主梁采用直腹形式，主要由上翼缘板、腹板、腹板加劲肋、底板、底板加劲肋、横隔板及横肋组成。单根钢主梁腹板中心距为2.9m，两根钢主梁中心距为5.8m，钢主梁上翼板宽0.8m，梁底宽2.9m，跨中设置124mm向上预拱，中部按二次抛物线变化。
2.钢箱组合梁构件分类
钢箱组合梁构件划分的合理性直接影响工厂加工安排、运输路线的选择、运输设备和吊装设备、临时支撑设计与施工等，节段划分应考虑运输的合理性、现场安装的便捷性和结构的安全性。经综合研究，逸仙路钢箱组合梁构件划分最重单体构件为29.41 t，长度为13.54 m，钢箱组合梁左、右构件合计重量为847.74 t。施工采用现场制作、现场拼装、单架整体吊装的方式进行。
3 临时支撑及吊装基础设计 3.1 临时支撑体系受力验证
采用槽钢拼装的钢墩作为临时支撑体系，槽钢为18号槽钢，单个钢墩平面尺寸为800 mm×800 mm，计算作用在钢墩上的线荷载为3.28 t/m。计算采用Midas专业结构计算软件。建模计算过程为：单元采用梁单元，材料属性定义为钢材Q235，定义各材料截面属性，建立模型单元，赋值材料属性和截面属性；定义边界条件加上一般约束；添加节点荷载；运行计算查询结果。组合应力图最大应力为50.1 MPa4，因此钢墩强度和刚度整体稳定性满足要求，如图1所示。
图1 组合应力图下载原图
3.2 提升基础承载力计算
钢箱梁吊装采用450 t汽车起重机，总重145 t，钢箱梁单端最大吊重为75 t，为确保安全，主臂端支腿受力按70%计算，起重机单根支腿最大承载力为77 t。支腿下放置2 500 mm×2 500 mm×15 mm钢板，简单计算地基承载力为：σ=77×10/（2.5×2.5）=123 kPa。经实际动力触探试验，地基承载力为210 kPa，满足要求。吊装前应对支腿处场地进行平整，钢板平整度控制在20 mm。若无法达到要求，应在钢板下铺中粗砂整平压实，压实度应大于94%。
4 吊装设备选择及钢箱组合梁受力分析
钢箱组合梁组件运至现场后，利用200 t汽车起重机在轮胎架上组装，单件最重29.41 t，最大起升高度1.5 m。左跨设计组装成三件，右跨设计组装成三件，单件最重146.64 t，最大起升高度17.3 m。采用2台450 t汽车起重机进行吊装。起重机的起重量、杠杆、防倾覆以及吊带、吊耳、卸扣的受力情况，与施工安全有关，直接影响钢梁安装的成败，因此需验证计算合格后，方可进行吊装作业。其中，起重机的起重量、杠杆、防倾覆验证方法如下。
4.1 200 t汽车起重机起重能力及杠杆验证
采用200 t汽车起重机在轮胎架上组装构件，最重单个构件为29.41 t。考虑最不利工况，根据200 t汽车起重机性能参数表，当起重机起重半径R=18 m时，对应的最大起重量为32 t>Q=29.41 t，起重能力满足要求。吊点设置在钢构件的四个角上，吊耳纵向间距为b=9 m，横向间距为a=2.75 m，钢丝绳与水平面的夹角θ取60°。吊带高度h4可由公式（1）计算：
吊钩至臂架顶端定滑轮中心的最小距离h为3m，钢梁起升支撑面的最大高度h1为1.5m，安装间隙h2为0.5m，绑扎点至起升后构件底面的距离h3为2.6m，起重机回转中心至臂架铰链轴线的水平距离F为1.5m。此时，臂架长度可按公式（2）计算：
相应的臂架倾斜角度按公式（3）计算：
吊钩槽至吊臂顶端定滑轮中心的最小距离h为3m，吊具高度h4=8.1m。钢梁顶端吊点中心至吊臂的水平距离按公式（4）计算：
被吊钢结构宽度的一半为3.7/2=1.85m，因此起重机不会倾覆，满足要求。
4.2 450 t汽车起重机起重能力及杠杆验证
吊装过程中，钢梁最重截面重量为Q1=146.64 t。由于两台起重机的起重半径(起吊距离)均为14 m，主、辅起重机起重量相等，单侧起重量Q=Q1/2=73.32 t。按最不利工况校核450 t汽车起重机的起重参数：起重半径(起吊距离)R=14 m、臂长l=37 m、起重量为94.6 t。采用两台起重机吊装时，单台起重机的载荷不得超过额定起重量的80%[1]。450 t汽车起重机的起重量为：94.6 t×0.8=75.68 t，大于单侧起重量钢结构施工安装新技术有，因此起重量满足要求。起重机手杆的计算原理与上述相同。
4.3 汽车起重机抗倾覆计算
根据《起重计算与安全技术》规定，为保证汽车起重机在起重过程中的稳定性，需进行抗倾覆计算。当稳定力矩代数和大于倾覆力矩代数和时，认为起重机稳定，计算时应考虑起重稳定性安全系数值K≥1.333。200 t汽车起重机的抗倾覆计算如表1所示。
根据稳定安全系数计算，见公式（5）：
因此抗倾覆稳定性满足要求。200 t汽车起重机的抗倾覆计算方法参考了450 t汽车起重机的抗倾覆计算方法，计算结果表明，抗倾覆稳定性满足要求[2]。
5.5.1 施工阶段的预拱度控制
设计跨中设置124mm向上预拱，中部按二次抛物线变化。预拱值不包括生产拱和支撑墩的弹性变形。钢梁纵线形状应为主梁设计线形与竖图中预拱曲线的叠加曲线。加工和施工安装时应充分考虑以上因素。槽钢主梁放坡原则：钢梁上翼缘水平坡与桥面水平坡一致，底板保持水平，利用腹板不同高度形成桥面水平坡。梁底加设楔形垫块，调整纵坡。
预拱度值按二次抛物线公式（6）计算：
表1 稳定性计算参数表下载原图
具体值见表2，δx为距左支撑x处预拱度值，δ为设计跨中预拱度值124mm，l为跨度长度；x为距左支撑的距离。
表2 预拱度值数据表下载原图
5.2钢梁安装要求
为保证现场安装的准确性钢结构施工安装新技术有，构件在工厂组装后应进行预拼装，预拼装检查合格后，应标出中心线、控制基准点等标记。钢梁构件的预拼装应根据组装施工图进行，可采用试拼装的方法，经检查合格后方可出厂。预拼装过程中，应检查接头处有无冲突，焊缝是否影响安装，如有冲突，应立即处理。钢梁起吊前，应根据拱度标高在临时支撑上放置钢垫块和千斤顶，应根据箱梁的位置在墩台和临时支撑上画出纵、横向基准线，箱梁起吊时，应按画线就位[4]。箱梁应按预定的施工顺序和方法，用汽车吊将箱梁起吊到位。同时，应测量箱梁标高，以便于用千斤顶调整支撑墩的弹性变形和非弹性变形及安装误差，直至箱梁标高和平面位置符合设计要求[5]。钢梁的安装程序和措施必须保证结构的稳定性，不造成永久变形。安装前应按构件清单对进场构件进行清点，检查产品合格证及验收文件。组装前应对零部件进行检查，将连接接触面30～50mm范围内及焊缝沿边沿清除铁锈、氧化皮、油污、水份。板材、型材的拼接应在组装前进行，构件的组装应在零件组装、焊接、校正后进行。现场组装的钢梁底面直线度与设计直线度相符，并注意预拱度的设置。
6 现场安装焊接质量控制
（1）焊接材料应采用与母材匹配、符合国家标准要求的焊丝、焊剂、手工焊条，焊缝的力学性能不得低于母材的力学性能，所有焊缝均应由持证上岗的焊工施焊。
（2）应对钢材、焊接材料、焊接接头形式、焊接方法、焊缝等进行焊接工艺评定，并以评定报告作为指导生产文件来确定焊接工艺。
（3）所有不同厚度钢板的对接焊缝，均须按焊接工艺规程在厚板上开坡口。焊接要求以埋弧自动焊、气体保护焊为主，手工焊为辅。应采用偶数焊工，由中间向外侧逐步移动，两边对称，保证构件自由收缩。
（4）焊前应复查焊缝接头质量及焊区处理情况，如不符合要求，应返修合格后方可焊。焊接时焊工应严格遵守焊接工艺，不得在焊缝外的母材上自由施工或引弧。应在母材焊缝中心线两侧2倍板厚加30mm的区域内进行超声波探伤，母材内不得有裂纹、夹层、分层等缺陷。应严格控制焊接顺序，尽量减少对垂直板面的约束。根据母材的Ceq（碳当量）、Pcm（焊接裂纹敏感性系数）等参数，选择正确的预热温度并记录，并进行必要的后热处理。
（5）焊缝的外观检查要求焊缝不得有裂纹、未熔合、焊点凸起、夹渣、未填满的弧坑、漏焊等缺陷。当焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，必须查明原因，确定修补工艺后才能进行处理。焊缝同一位置的修补不得超过两次，超过两次应按修补工艺处理。外观检查不合格的零部件，未处理好并符合要求前，不得进入下一道工序。
（6）所有焊缝必须在焊接后24小时，经外观检查合格后进行无损检测。无损检测采用超声波检测和射线检测两种方法。焊缝只有符合各自的质量要求，才算合格。
（7）现场采用焊接连接横梁与主梁时，焊接前应复核钢结构的三维尺寸及精度，如横梁误差较大，无法焊接时，应与厂家联系，合格后方可焊接。
7 结论
钢箱组合梁的构件划分决定了吊装重量及吊装设备的选择。临时支撑、基础承载力、起重机及吊装附件严格规范的受力分析与校核是保证箱梁安装安全的关键环节。安装线控制、现场安装焊接质量直接影响成桥质量。本文结合工程实践对以上施工技术进行了深入分析研究，取得了良好的施工安装效果，提高了钢箱组合梁的施工技术水平。
参考
[1] 建筑吊装安装安全技术规范: JGJ 276—2012[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.
[2]起重机设计规范:GBT3811—2008[S].北京:中国标准出版社,2008.
[3]周水星,何兆义,邹逸松.道路桥梁施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2001.
[4]浙江省交通运输厅.桥梁支座安全施工手册[M].北京:人民交通出版社,2011.
[5]李胜.跨G55快速路分离式立交桥钢-混凝土组合箱梁施工技术[J].北方交通,2017(9):10-14.
