1、城市高架桥钢箱梁现场散拼技术 冯茂生 ， 杨长春 ， 齐德伍 （ 中建 交通 建设 集团 有限公司 ，北京， 100161） 摘要： 城市建造高架桥有些设计为钢箱梁，多数施工受场地条件制约，按一般分段大块板吊装组拼的技术难以完成，需要根据具体情况研究适合狭小场地的组拼方法。本篇论文列举了南宁市城市东西向快速路跨民主路高架桥钢箱梁施工为例，总结了采用常规焊接技术和现场散拼技术相结合，在狭小场地条件下采用桥位搭设胎模，单元板预组拼，接缝预固定控制变形，分段焊接成形的方法 和经验 ，可为以后类似工程施工提供一些参考。 关键词： 高架桥，钢箱梁，散拼技术 1 前言 随着城市建筑的快速发展，城市建设钢箱
2、梁高架桥也不断增加，而钢箱梁桥的施工受场地和空间的限制，需要根据现场而选用不同的施工方法。目前城市交通越来越拥挤，工程施工场地也变得越狭，大型的运输和吊装设备在城市越难以发挥作用，钢箱梁采用现场单元板散拼的技术方法施工，接缝采用钢板预固定控制焊接变形，解决了大型运输和吊装问题，适用一些特殊场地钢箱梁桥的施工。 2 工程概况 2.1 概况 南宁市城市东西向快速路工程跨民主路桥，位于园湖北路和民主路交叉口，东侧临近南广铁路，为高架桥主线标准宽度 25 米，双向六车设计，跨径布置为 (26+30+22.75+20)m。下部结构为桩基础、承台、方墩柱，桥位同时处于平曲线和竖曲线上。 2.2 钢箱梁设计
3、 主线钢箱梁总长 98.75 m，桥面宽度 25m,钢板采用 Q345qC，顶板、底板、腹板厚度均 20mm， U 型加劲肋厚度 6mm，纵向加劲肋厚度 6mm，横隔板加劲肋厚度 8mm，翼缘横隔板厚度 14mm，横向由 1 个箱 7 个室钢箱梁，加挑臂、宽度为25 米、曲线桥面、纵横向都有坡度、横隔板设计方向分散非平行布置（非向心布置），拼接而成，桥梁高度 1.8m，悬臂长度 1.25m。顶板、底板、腹板厚度均 20mm，横隔板厚度 14mm，支撑处厚度 14mm，翼缘底板厚度 10mm。 3 工程特点、难点 （ 1）桥梁跨越民主路街道施工期不能断交通，左侧铁路，右侧有高楼，整体场地狭小，采
4、用大型吊机吊装大块梁板困难。 （ 2）钢箱梁在平曲线和竖曲线上，组拼、焊接要符合设计曲线要求困难。 （ 3）钢箱梁现场焊接线口多，控制钢箱梁变形不超要求是困难。 4 施工总体安排 根据以上工程难点，采取如下方法施工： 首先根据曲线情况、吊机能力，划分钢箱梁片块数量，在工厂加工钢箱梁单元板运输至现场。在桥位搭设钢管门洞确保民主路交通不断，整体搭设支架，制作桥梁胎模，采用中型吊机，在支架上预组拼、定位焊接，有问题局部调整，分段分节从下底板、隔板、腹板到上面板进行拼装焊接完成，整体完成后，整体拆除支架胎模。 5 施工工艺流程和操作要点 5.1 钢箱梁现场组拼工艺流程 工厂单元板加工单元板运输桥位搭设
5、支架胎模单元板吊装预组拼分段拼装焊接拆除支架。 5.2 工厂单元板加工操作要点 本桥横隔板种类形式较为复杂、尺寸多样，横隔板 为最重要的宽度控制构件，因此在横隔板单元制作过程中必须严格控制尺寸精度；与顶板单元的熔透焊缝是全桥最关键的传力焊缝，其焊缝质量更要严加控制；顶、底板一般厚度不大，与 U 形肋焊接后采用火焰修整焊接变形较为困难。因此，板单元的制造质量直接影响梁段的几何形状、尺寸精度、内在和外观质量，在制造中应重点控制。 5.2.1 工厂钢板预处理及下料 首先应按照施工图纸和工艺文件要求选用合格钢板，即钢料出现不平直、锈蚀、麻点、划痕、有油漆等污物影响号料或切割质量时，应矫正和清理后再放样
6、或号料，放样、编号后，再采用数控切割机下料 ，即根据零件形状复杂程度、尺寸大小等规定切入点和退出点、切割方向和顺序以及切割补偿量，进行加工成单元板。 全桥钢箱梁底板横向分为 9 个块体，纵向分为 11 段块体，即全桥底板为 99 个块体，顶板横向分为9 个块体，纵向分为 13 段块体，即全桥顶板为 117 个块体。线型加工采取纵、横向同时分段的原则，横向分段时，主箱体顶板、腹板、底板等板单元作为基本的分段单元，左、右侧悬臂与最外侧主箱梁分开，板单元最大分段宽度 2.376m 以内；纵向分段时，考虑运输条件和圆弧线性，长度控制在 12m 以内。因此板单元最大平面尺寸： 2.376m*12m 29
7、 板单元最大重量 4.47t。 5.2.2 单元板加工 对数控切割机切出来的单元板进行深加工，包括边缘加工、零件矫正和弯曲、局部板单元的拼装和焊接。边缘加工是对零件刨（铣），零件矫正采用冷矫、机械矫正或热矫正，零件弯曲包括冷弯曲和热弯曲。局部小板单元的拼装和焊接成大块板单元。 5.2.3 合格出厂 对单元板进行严格检测，包括对尺寸检查、探伤检查和外观检查。具体有对边缘加工的零件刨（铣）加工深度、面粗糙度、板面垂直度、坡口尺寸等检查；矫正后的钢料表面的凹痕和损伤检查；弯曲后零件边缘检查，涂装检 查，检查合格后编号出厂。 5.3 运输单元板操作要点 本工程位于南宁市中心车流量大、道路较窄、交通压力
8、大，因此本工程实际施工中应避免大构件运输、吊装，而采用单元板运输。本工程其中吊装、运输时注意单元板的防护措施。预防单元板变形。 5.4 桥位搭设支架胎模操作要点 桥位支架搭设包括：条形基础施工、钢管支架搭设、平台、胎架搭设。 5.4.1 条形基础施工 为了保护现场路面、地下管线，支架基础设在现有路面上，采用地上扩大条形基础方案。本工程条形基础采用 C30砼，尺寸长 2m*宽 1.2m*高 0.6m内配钢筋 12 200双向布置。钢管位置顶部预埋700*700*16mm的钢板，与钢管焊接固定。考虑到钢箱梁支架应尽量减少对桥下方道路正常通行的影响，因此条形基础应按照车道宽度设置，支架布置应平行于民
9、主路行车方向。 路面外的临时支架基础施工，先清除回填土和淤泥，用碎石土回填夯实，钢管支承柱下做扩大混凝土基础，基础厚度均为 60cm，基础承压面尺寸为 1.5m 1.5m布置， 基础选用 C20级混凝土。 基础承载重量经验算，混凝土强度满足要求。 5.4.2 钢管支架搭设 临时支架的设计采用钢管支架。主线设置 17条支架基础 ,每条基础有 7根钢管组成。每根 609*16mm钢管组成 ,结构管柱之间顺路方向用 16#工字钢作为水平支撑和剪刀支撑联结，使其共同支撑着上部钢箱梁的重量。支架高度根据钢箱梁底面与地面的高度来确定，纵向间距以箱梁制作长度而定。临时支架的拼装采用 50t吊车和 25t汽车
10、吊配合施工，支架结构形式附图。 5.4.3 平台、胎模搭设 在支架立柱顶端面上铺设 20 厚钢板，顺下道路方 向用 45#工字钢作为柱顶端水平梁，用 32#工字钢作为顺桥方向钢箱梁的水平梁，用 16#工字钢作为钢箱梁的码板支承搁置点，以上为平台、胎架结构。在 32#工字钢之间的下部焊接 10#槽钢，上铺设彩钢板并固定。 （ 1）码板的设置：码板的设置主要是为了调节主立柱支架的高度，同时也便于总支架的拆除。一般高度控制在 0.2m以下。具体做法是：钢管柱支架全部架设完毕后，支架顶部横向设置一根通长的钢横梁，水平方向搁置。作为钢箱梁搁置的承重横梁，和支架焊接固定牢固；然后在工字钢横梁上安装焊接码板
11、支撑架间距 2m。码板侧面设置斜撑板 ，并且焊接牢固。 （ 2）平台梁受力计算采用迈达斯 结构设计 有限元分析软件 ，采用 Q235工 32工钢作为平台，横向布置 15排，横向最大跨度 4.75米，纵向最大跨度 6米，考虑钢梁均布施压在工钢上面，工钢在纵向长度方向上对接焊接接长， 横向部采用接长，纵向按四跨连续计算，横向按两跨连续计算。荷载条件：钢梁总重约 1700吨，工钢自重 15 100 52.69=79035=79.035 吨，活载按每平米 80Kg，安全系数 1.3。工钢承载 =活载 +恒载，每排工钢承载： F=（ 200+1700+79） /15 132t=1320KN，纵向均布荷载
12、 13.5KN，加上 1.3的安全系数，即纵向均布荷载按 17.6KN.M计算。计算一，纵向按三跨连续计算，即 6m+6m+6m+6m，挑选最不利因素。最大挠度 5.134mm，最大支座反力 92.405KN，最大内力 49.12KN，最大应力74.69MPa计算二，横向工钢荷载为集中荷载，4.75米跨中两处荷载各 92.405KN，横向设双工钢，单根荷载 46.203KN，按两跨 4.75m+4.75m连续计算。最大支座反力 122.85KN，最大挠度3.646mm，最大内力 61.43KN，最大应力105.47MPa取最不利因素通过计算，满足施工荷载的需求。 （ 3）为了保证胎架精度，对纵
13、、横隔板的组装定位精度予以特别控制，以确保总拼装胎架设计满足要求： 胎架纵向各点标高按设计给定的线形设计；横向考虑焊接变形和重力的影响，设置适当的上拱 度。 胎架基础必须有足够的承载力，确保在使用过程中不发生沉降。胎架要有足够的刚度，不能随钢箱梁梁段拼装时重量的增加而产生变形，造成钢箱梁梁段变形或使钢箱梁节段有较大的安装应力。 在胎架上设置纵、横基线和基准点，以控制梁段的位置及高度，确保各部尺寸和立面线形。胎架外设置独立的基线、基点，以便随时对胎架进行检测。组装过程中，应由各基准点控制每一个被安装的部件的位置及高程皆在允许的误差范围内，以保证钢箱梁段整体尺寸的精度。 钢箱梁单元板安装过程中，随
14、时对前面胎架进行检测，做好检测记录，确认合格后方可进行板单元的组装。 5.5 单元板吊装操作要点 钢箱梁采用吊车将钢梁板单元吊装到现场搭设的临时支架胎膜上进行拼装作业；根据构件在加工方案中分段最大重量和拼装时最大起重高度，钢梁拼装临时支架采用钢管立柱支架进行搭设，钢箱梁板单元吊装选用 50t吊机吊装（按最大块体计算 5t），按照钢箱梁板单元架设顺序吊装，从端横梁底板板单元吊装端横梁横隔板、纵向隔板、腹板吊装顶板，后面的重复以上吊装步骤进行。 5.6 预组拼操作要点 为确保桥梁 顺利架设，钢箱梁分段在胎模上预拼装，预组装采用“正装法”，以胎架为外胎，以横隔板为内胎，各板单元按纵、横基线就位，辅以
15、 U 型钢板焊在接缝上加固以确保精度和安全。固定焊接，检查梁段尺寸、拱度，不符时进行尺寸修正和调整匹配件尺寸。 （ 1）拼装检查测量要求 对于各梁控制点的标高、长度等重要尺寸的测量，应避免日照影响，并记录环境温度。 测量用的钢带或标准尺在使用前应与被检测工件同条件存放，使二者温度一致，并定期送计量检测部门检定。 测量用水准仪，经伟仪，仪表等一切量具均需经二级计量机构检定。使用前应校准，并按要求使用。 操作人员应经专门培训，持证上岗，并实行定人定仪器操作。 钢尺测距所用的拉力计的拉力应符合钢尺说明书的规定。 拼装时利用胎架区域的测量坐标系统进行现场检测。 （ 2）第一次拼装后，对首轮拼装总结，分
16、析和优化拼装过程。预拼装应注意的事项如下： 首批梁段作为试验梁段，全面检查整个制造工艺是否合理及生产措施是否得当，经监理工程师批准后再进行下一梁段的安装。 拼装要根据拼装图和工艺进行。 拼装时要考虑焊接环形焊缝收缩量对梁长的影响。 根据上次拼装后累计总长和误差，修正本次拼装梁段长度，不使误差积累。 相邻板单元的端口尺寸偏差难以避免，拼装时对相邻端口加以修整，使之在空中安装时顺利对正及焊接。 为消除安装的累积误差，保证全桥顺利合龙，合拢段长度应预留足够的配切余量。 梁段间端口的匹配精度检查： 除检查桥梁总体线形尺寸外，还必须检查梁段间连接构件的匹配情况。由于本桥采用板单元整体组焊和预拼装并行完成
17、的，其相邻接口的变形趋势是相同的。因此，板单元间端口连接应重点检查表高、坐标、相邻腹板对位 偏差、腹板转角偏差、板边错边量、横梁栓孔重合率等。 坡口间隙检查及临时连接件垫板厚度的确定： 梁板单元间接口的焊接间隙必须严格控制。过大的焊接间隙会增大焊接收缩量；而间隙过小，则容易造成焊缝熔不透。因此，规定合理的焊接间隙是保证焊接质量的一个重要因素。合理的焊接间隙是通过焊接工艺评定确定的，板单元连接的其它要素都必须以此展开。为此，采用间隙定位工艺板，确保间隙尺寸。 5.7 分段拼装焊接操作要点 按照钢箱梁板单元架设顺序进行现场预拼装后，检查单元板分段分节整体拼装误差在合格范围内，就可以焊接。板单元的组
18、焊顺序为底板横隔板、腹板中间顶板边顶板的顺序，实现立体阶梯形推进方式逐段组装与焊接。组装时，以胎架为外胎，以腹板、横隔板为内胎，重点控制桥梁的线形、钢箱梁几何形状和尺寸精度、相邻接口的精确匹配等。 5.7.1 现场焊接顺序 焊缝施焊前，按制造长度（预留焊接间隙和焊接收缩量）配切匹配端。精确调整和测量线形、长度、端口尺寸、直线度等，检验合格后组焊工地临时匹配件，经监理工程师签认后，进行焊接，拼装顺序 、焊接顺序与板单元吊装顺序相同。 （ 1）组焊底板单元 （ 2） 组焊 腹板单元、横隔板单元 （ 3）组焊中间顶板单元 （ 4） 组 装挑臂梁、 边顶板单元，焊接箱体 （ 5）重复以上步骤完成所有桥
19、段拼装，调整桥段，完成分段对接焊缝焊接 （ 6）拼装焊接检查 每段焊完后进行检查，重点检查：桥梁纵向线形、梁段纵向累加长度、扭曲、节段间端口匹配情况等。 5.7.2 焊接板缝要求及质量措施 （ 1）焊接钢板缝基本要求 主要构件的对接和角接接缝的力学性能 (包括拉伸、弯曲 )试验值，应不低于设计规定值，冲击试验值应不低于图纸规定值； 注明等级焊缝的各项检测指标必须达到该级焊缝的要求； 双面全熔透的对接焊缝，其根部重叠部份应大于 2.0mm； （ 2）焊接缝质量保证措施 依据焊接工艺评定试验结果制定焊接工艺，焊接工艺评定试验应在钢结构制作开工前进行。 根据图纸要求及工厂条件进行焊接工艺评定试验。试
20、验使用的母材应和产品相符合，且其化学成份 C、 S、 P含量应选用偏上限者。试验所施焊的焊缝在强度、韧性等方面应和母材相匹配并满足图纸要求。 根据图纸确定需要评定的项目，拟用的焊接设备及焊接方法，焊接坡口形式及焊接顺序，以及焊接参数，编写焊接工艺评定计划书，并提交监理工程师评审批准。 根据批准的焊接工艺评定任务书，逐项进行焊接工艺评定试验，并根据试验结果写出相应的试验报告。 a.焊接工艺评定试验应确定的内容 (a) 根据不同牌号钢材、不同焊接接头形式，相应选用焊接材料牌号及规格； (b) 确定焊接方法、焊接位置及焊接顺序； (c) 确定合理焊接工艺参数； (d) 确定合理的坡口形式及尺寸； (
21、e) 确定不同钢种、不同焊接接头形式相应定位焊的焊段长度、焊段间距及焊肢高度。 b. 焊接工艺评定试验报告一般应包括以下内容 (a) 母材及焊接材料的牌号及规格； (b) 焊接单元名称、部位及相应的焊接方法、接头型式、等级、参数、焊接顺序； (c) 机械性能试验和宏观断面酸蚀试验结果；理化试验及力学试验、破坏性试验项目、目的、方法 ，试验格式及测试结果和试验报告文件； (d) 焊缝检验结果，质量检测及质量保证体系和说明文件； (e) 钢材和焊材生产厂提供的质量检验证书及承包商复验文件； (f) 实施性焊接工艺细则及说明文件； (g) 制作结论报告文件。 焊接工艺评定试验应有阶段性报告及最终报告
22、。报告应经规定程序审查、批准方可生效。如生产过程中某焊接工艺生产不稳定，不能满足质量要求时，应立即中止使用。 试验报告按规定程序批准后，根据焊接工艺评定试验报告编写各种接缝的焊接工艺指导书。焊接工艺指导书经监理工程师批准后由焊接技术人员根 据焊接工艺指导书的内容组织焊接施工。 5.8 拆除支架操作要点 （ 1）施工顺序： 从 E37 向 E41 轴方向拆除，分四段拆除完成： E37-E38 E38-E39 E39-E40 E40-E41。 （ 2）每段拆除体顺序为： 拆除卸载桩 焊接垫铁与钢箱梁地板 拆除彩板防护 拆除 H300 次梁 拆除 H450 主梁 拆除钢管柱 拆除混凝土支墩 清理支架
23、及垃圾。 （ 3）依照第一段 E37-E38 轴临时支架拆除为例详细介绍拆除步骤： 卸载支架时，指挥员观测卸载过程，在 E37-E38 轴间沿横桥向设置三道千斤顶，每道设置三个千斤顶，千斤顶设置在临时支撑主梁上并尽量设置在钢管柱顶部，首先将钢箱梁用千斤顶顶起，顶起的高度至临时支撑与钢箱梁分离为止，其次用割枪拆除卸载桩，卸载桩拆除完成后卸载千斤顶，卸载千斤顶时， 10 个千斤顶同时、同步、同量缓慢卸载，卸载钢箱梁的重量 60%时，进行观察卸载区域除千斤顶外没有其他障碍后，进行第二次松动千斤顶至钢箱梁的重量 100%。再次观察沉降，如果钢箱梁底板与支座紧密结合。才开始拆除临时支撑系统。如果 E37
24、 轴处 钢箱梁底板与支座未紧密结合，则立刻停止卸载并及时用千斤顶顶起，并测量钢箱梁底板与支座间高度，加工相应厚度钢垫块，放置好钢垫块后再进行卸载。再次松动千斤顶至钢箱梁的重量 100%。重新观察沉降确认钢箱梁底板与支座紧密结合。 6 结论 前面所举的城市大型钢箱梁处于平曲线和竖曲线位置，此特殊钢箱梁桥难以按照一般的钢箱梁整体分段大块制作现场吊装组拼方法施工，采取以上的现场拼装焊接方法，克服了跨越交通繁忙街道场地狭小影响吊装、桥梁同时处于平曲线和竖曲线上拼装难度大、钢箱多室结构拼装困难、现场焊接量大、组拼焊接容易造成 梁板变形过大的困难。 参考文献 1杨永强，刘春风，魏云祥主编，小拼装场地下大型钢箱梁拼装与架设技术，钢结构出 版 , 2013年 第 28期 . 2张先亮主编，钢箱梁现场拼接安装施工技术与控制，城市建设出版， 2012 年第 36期 . 3李玉安，曾智明，刘建飞主编，城市高架桥钢箱梁制作安装施工技术， 广东建材 出版 , 2005年第 10 期 . 作者简介： 冯 茂生，项目技术负责人，中建交通建设集团有限公司，联系地址：广西南宁市长堽燕子岭路 8 号官桥综合楼 9 楼南宁城市东西向快速路 4 标项目部， 530023，电话： 18235066613，邮箱：
