复杂环境下大型钢梁安装施工技术

高华徐艳丽

中国水利水电第五工程局有限公司四川成都610066

摘要：本文阐述了大型钢箱梁在城市复杂条件下的安装技术，并以郑州市北三环快速化工程文化路互通式立交为例，提出了大跨度钢箱梁分节分段规划及吊装方法，形成了一种在城市道路保通压力大、人流集中、作业面狭窄等复杂情况下大型钢箱梁施工工艺流程及标准化施工的技术体系，该施工技术为同类型的钢箱梁施工工程提供经验。

关键词：复杂环境；大型；钢箱梁；安装技术

1工程概况

郑州市三环路快速化工程北三环西起南阳路立交西侧，东至中州大道东侧龙湖外环路，路段全长约7.872Km。文化路半互通立交位于北三环中段，北幅主线1151m，南幅主线1183m。南北两条主道双向6车道设计，在文化路口以北修建上下主干道的P、L、C、J、K、D、M环线匝道。在鹤壁路口修建上下主干道的E、I直行匝道，南北分布。其中钢箱梁分别为S主线S32～S38共7联、N主线N32～N38共7联，匝道共8联。钢箱梁总重1.33万t，

（1）文化路半互通立交C、J匝道需要跨南北主线及其他匝道桥，与主线混凝土梁及匝道混凝土梁、钢梁相互交错，钢箱梁跨度较大、弯度大，作业场地狭小，施工场地狭窄，夹在道路中间，跨多个路口，钢梁吊装施工时与下部和混凝土梁施工相互影响。（2）该路段车流、人流量大，在西北角的陈砦村为郑州最大的城中村，靠近郑州老北站，流动人口较多，据不完全统计约40万人，交通极为拥挤，已呈超饱和状态。安装过程中要确保行人及过往车辆通行畅通，保通压力大。（3）每联钢梁单箱体多室断面，跨径为25m～60m，梁宽8～21m，高2m～2.6m，跨越现有桥梁、道路、河道等采用钢箱梁，跨度大，施工难度增加。

2钢箱梁节段规划

钢梁节段划分需根据结构合理性、运输线路与车载能力、吊装环境与吊装能力等方面综合考虑，进行钢箱梁的分段制作规划，以便分段长度及重量在结构合理的前提下能满足运输及现场吊装的要求，钢箱梁分段考虑了如下几方面因素：

（1）运输路线与车载能力

箱梁分段需根据厂家到现场的运输线路确定长度，同时需考虑现有车辆的载重能力，还要顾及到施工场地的临时放置等。

（2）吊装环境与吊装能力。

现场施工场地的大小，地面桥墩跨距，钢箱梁分段吊装所需的空间是否满足，根据现场环境，确定一次吊装的钢箱梁长度。

根据上述分析，综合考虑工艺性、运输尺寸限宽、限高等因素，节段分缝位置应避免设在主梁支点和跨中附近，纵向拼接缝避开轮迹线位置，尽可能将节段尺寸作大，减少拼接焊缝数量，对原设计各类不同长宽尺寸钢箱梁的节段进行划分。

3吊装施工工艺流程图

图1吊装施工工艺流程图

4临时支架

由于钢箱梁跨度较大，安装时必须在分段连接处设置临时支撑，因此设计切实可行的临时支架方案，对钢箱梁安装有着重要的意义。以本工程而言，临时支撑立柱选用钢管柱，钢管柱节段之间采用螺栓连接，管柱之间采用角钢连接，横梁选用热轧H型钢，该结构形式有以下几点有点，1）节点形式简单，结构外形简洁。2）刚度大，几何特性好，钢管抗压、抗扭性能好。3）节点处均为螺栓连接，安装拆卸方便。

4.1临时支架基础处理

（1）临时支架位置场地整平及硬化。

临时支架位置选择若是回填土或淤泥软弱土层上，先用挖掘机挖除回填土和淤泥软弱土层，用建筑砖石杂土或6%灰土回填并夯实。为安全起见，提前硬化地面，布设排水沟等。

（2）混凝土扩大基础施工。

扩大基础采用C30钢筋混凝土方形基础，尺寸为长5.6m×3.1m×0.5m，内配钢筋Φ12＠250单层双向布置的砼基础。在砼顶面预埋500×500×20mm钢板，将来与钢管焊接固定。

4.2临时支架结构施工

临时支墩采用φ600mm（δ=8mm）的钢管立撑，立撑的高度根据梁底面与原地面的高度来确定。临时支墩由4根、6根钢管立撑及角钢组成，形成矩形结构，支墩沿桥面横向宽为4米，纵向宽为3米。钢管立撑节段之间用螺栓栓接，立撑之间用L75×75角钢联接，并在临时支墩顶面设80×80×3cm的钢板，作为钢梁的支撑平台。

5吊装设备的选用

5.1吊点设计原则

根据构件实际情况设置吊点，一般设在横向纵向隔板交界处，吊耳板采用坡口焊形式焊接于桥面板，吊点设置的角度宜为45°。

5.2吊耳的选用

大节段吊装重量为135t，根据吊装安全系数，取值1.3，同时起吊吊点数为4个，按3个吊点计算得到：t

考虑吊装夹角60°，Nc=46.3t，设计吊耳形式如下：

图3吊耳平面布置图

5.3钢丝绳的选用

考虑大节段重量为135t，为了保证吊装安全，选用4根φ43.5mm钢丝绳用于吊装，钢丝绳参数：W6×37-43.5-1780,每根钢丝总破断拉力为98t，钢丝绳共能承受总拉力为784×0.82=642.88t，安全系数符合GB3811-2008表42要求。

5.4吊车的选用

根据本项目钢结构相关参数，以及现场施工环境，按照梁段分块重量，作业半径，臂长等参数对照吊机性能表可适当选择，本方案针对主要几个梁段吊装模拟选择吊机，拟选用500t、260t、130t、100t汽车吊作为箱梁吊装设备。

吊装前应对吊车支腿下地基承载力进行核算，根据吊装时实际工况，计算最不利受力状态，是否满足吊装需求。北三环文化路钢箱梁吊装中，吊车位于原有老路面，经复核，该结构地基承载力满足吊装需求。若地基承载力不能满足吊装要求时，应对基础进行换填处理，以达到吊装要求。

6钢箱梁吊装及测量控制

6.1吊装前测量控制

根据每一节段钢箱梁设计的坐标点、高程控制点和钢箱梁分段尺寸，对临时或永久支撑系统定位、标高计算，对桥梁支座中心线及标高进行初测。对每一节段钢箱梁定位轴线及标高进行核算，编制详细的测量控制点，再结合临时支架坐标点，进行详细的测量复核和定位。

（1）桥梁支座中心线、高程的复测

对各支座中心线及高程复测。桥梁支座中心线及高程应符合《城镇桥梁工程施工与质量验收规范》CJJ2-2008及设计要求。

（2）支撑体系测量控制

支撑体系安装前应对基础进行复核测量，支撑体系安装后，应对支撑体系进行测量复核，测量结果应满足设计要求。

6.2钢箱梁吊装

（1）现场吊装采用单机起吊和双机抬吊：

单机起吊：单台起重机具备站位、起吊能力、回转空间时采用单机起吊。在做吊装方案时需具体到每一台的吊机型号、站位点，臂长及回转半径。

双机抬吊：对单节梁体重量较大或太长，或单台吊机站位受限部位则采用双机抬吊。充分计算好每台吊机站位、臂长、回转半径等，高度重视双机协作。

安装方案必须进行技术交底，分段分片钢箱梁运输到桥位后，由近到远逐段安装，先将桥面贯通，然后安装翼板，在吊装前，应充分考虑吊车的合理摆放位置，在吊装过程中，应由专人指挥，并用测量仪器同步进行校核、监测。

超100吨的节段宜使用两台吊车对抬将钢箱梁放置到桥墩永久支点和临时支墩上，如郑州北三环J3联J7～J8节段采用先组焊左半幅（三节），再组焊右半幅（三节）最后将左右半幅组装成整体采用了一台500t和一台260t吊车进行了吊装作业，起吊实际重量为135.34t，减少了空间组焊工程量，保证钢箱梁组装质量，降低了施工施工安全风险，缩短了占用公共交通时间。其余小于100t节段均使用一台130t汽车吊通过支架法吊至桥位(合拢段除外)，挑臂分段均使用一台50t汽车吊吊至桥位。

吊装准备工作必须充分，包括铺设钢板，降低接地，吊机站位必须预先设定，并提前到位，确保以最快速度在最短的时间占用地面交通。

（2）钢箱梁拼接错缝处调平

每一梁段架设完成后，需对相邻梁段焊缝宽度及顶底板错缝进行调整，主要由吊机和临时支架上的千斤顶完成微调作业，所用临时设备较少，但对监控与施工均提出了较高的要求。

图4超100t节段吊装示意图

主梁梁段拼接错缝调整分两步进行：

①采用吊机上下左右缓慢移动调整梁体高程、焊缝宽度，使其高程、焊缝宽度基本满足设计给定的目标值，然后进行高程测量，并计算出与设计相差值。

②采用临时支架安装的千斤顶对梁体高程进行微调。使其满足设计要求标高，至此完成错缝高差调节。

图5钢箱梁调平装置

翼板错缝调平采用在顶板安置千斤顶，在翼板上焊接“L”槽钢与千斤顶组合成门字架来完成，调节千斤顶高度进行梁体高程的调节。

（3）安装后测量复核控制

用全站仪复核安装完的每一节段钢箱梁，包括标高、横坡、轴线，若出现与设计不符的情况，则利用安装在临时支架横梁上的千斤顶微调到位，再将支撑点焊接牢固，每一节段安装完成后进行整体复测，合格后方可进行下一道工序的施工。

（4）定位

每一节段安装完成并复测合格的，均采用马道板在梁体顶部进行定位，以防产生永久变形或倾斜，在箱体内部边腹板设有钢板、加劲肋的定位装置。

7焊接及检测

7.1钢箱梁焊接工艺参数

在钢箱梁安装焊接前，必须进行现场焊接工艺评定试验，根据评定结果编制焊接工艺，施焊时应严格执行焊接工艺，典型的对接接头焊接工艺见表1。

表1典型对接接头的焊接工艺（规格：16mm）

图6

7.2焊接注意事项

焊接工作宜在防风防雨设施内进行，现场焊接环境湿度均小于80%，钢箱梁吊装定位完成后24h内焊接，焊接前必须彻底清除焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅，严禁涂蜡清理。

定位焊缝不得有裂纹、夹渣、焊瘤等缺陷，对于开裂的定位焊缝，必须查明原因，然后再清除开裂的焊缝并在保证结构尺寸正确的条件下补充定位焊。

经检查不合格的焊缝，应采用原焊接方法进行返修，但对于咬边、气孔、焊脚尺寸不足等缺陷可用手工焊进行返修。同一部位的焊缝返修不宜超过两次。

7.3焊缝检测

焊缝检验按照设计文件和相关标准的要求，对探伤焊缝进行编号，然后根据焊缝编号编制相应的《焊缝探伤清册》。

所有焊缝均应在冷却后按质量标准在全长范围内进行外观检查，并填写检查记录。所有焊缝不得有裂纹、未融合、焊瘤、夹渣、未填满及漏焊等缺陷。

经外观检查合格的焊缝，方可进行无损检验，无损检验在焊接24后进行。钢板厚度30mm以上的焊接件必须在48h后进行无损检验，用射线和TOFD、超声波等方法检验的焊缝，必须达到各自的质量要求，该焊缝方可认为合格。

8灌注压重混凝土

钢箱梁焊接检测合格后，进行压重混凝土施工，压重混凝土采用拌合站集中拌合，自动计量，混凝土罐车运输到现场，汽车泵入仓浇筑，插入式振捣器振捣。

8.1铁砂混凝土的施工流程

施工工艺流程：施工前准备→原材计量→铁砂砼拌合站集中拌合→出料→运至现场→混凝土浇筑。

8.2灌注顺序

在现场钢箱梁焊接及箱室内涂装完成，支座焊接以及抗倾覆装置焊接完成后，经检测合格后方可进行压重混凝土浇筑。施工时段主要在无雷雨天气的早晚进行。总体施工顺序为：

①先端横梁，再中横梁；

②先墩顶，再两侧；

压重混凝土灌注完成后再进行桥面防撞护栏浇筑施工。

9临时支架卸载及拆除

9.1临时支架卸载

钢箱梁焊缝检测合格后，需进行临时支架的卸载，卸载施工主要是由中间向两侧对称进行，要防止个别支承点集中受力，需根据各支撑点结构自重挠度值，采用阶段分析数掂按比例下降法，卸载完成后，拆除临时支架。

9.2临时支架拆除

临时支墩必须待全桥卸载完成后方能进行拆除，拆除前应清理周围障碍物，尽量避免人流量高峰时期，可选择夜间施工。临时支墩由跨中向两侧依次拆除。

10结束语

钢箱梁安装过程中，通过严密的施工工艺流程及标准化施工，不仅提高了钢梁安装质量和进度，同时也节省了大量人力物力，为工程质量和成本控制起到了很大的作用。也为今后同类型互通式立交桥钢梁施工积累了经验。