王永慧
中铁二十四局集团浙江工程有限公司 杭州 310009
摘 要：随着经济的发展和城市道路不断完善，钢箱梁在城市桥梁中应用越来越广泛。制作、安装施工技术要求也越来越高。本文结合工程实践，就永康市南溪大桥工程主桥为（108+80）m独塔双索面钢箱梁斜拉桥主桥钢箱梁为例，探讨不等跨钢箱梁原位安装方法。为保证钢箱梁受力性能、线条美观、且能快速施工，进行了方案比 选；为保证桥梁施工质量和工期，对其工艺进行了详细的研究。本文从梁段制造，安装的线形控制、扭曲变形、旁弯、预拱线形及焊接等施工工艺[1]做详细介绍。结果表明：主桥钢箱梁从制作、现场安装、精度控制、焊接等工艺均能满足规范要求。以供同类型斜拉桥钢箱梁施工借鉴参考。
关键词：钢箱梁 制作 安装 焊接 工艺控制
In-situ installation technology of steel box girder of unequal span single-tower cable-stayed bridge with double cable plane
Wang Yonghui
(Zhejiang Engineering Co., Ltd., China Railway 24th Bureau Group, Hangzhou 310009)
Abstract: With the development of economy and the continuous improvement of urban roads, steel box girder has been used more and more widely in urban Bridges. Production, installation and construction technology requirements are getting higher and higher. Combined with the engineering practice, this paper discusses the in-situ installation method of steel box girder with unequal span, taking the (108+80) m single tower double cable plane cable-stayed bridge of Yongkang Nanxi Bridge for example. In order to ensure the mechanical performance of steel box girder, beautiful lines and rapid construction, the scheme was compared and selected. In order to ensure the quality and time limit of bridge construction, the technology is studied in detail. This article from the beam section manufacturing, installation of linear control, distortion, side bending, pre-arch alignment and welding construction technology to do a detailed introduction. The results show that the fabrication, site installation, precision control and welding of steel box girder of main bridge can meet the requirements of the code. It can be used for reference in the construction of steel box girder of the same type of cable-stayed bridge.
Key words: steel box girder manufacturing installation welding process control
1 工程概况
永康南溪大桥为（108+80）m独塔双索面钢箱梁斜拉桥，全长267m。斜拉桥采用半漂浮结构体系。桥面西侧纵坡3.3%，东侧纵坡-1.4%，处于半径R=3200m的竖曲线上。
主梁采用正交异性板流线型扁平钢箱梁，梁高3.0m，全宽40m；顶板厚16mm，两侧2.5m范围加厚到20mm，顶板U形加劲肋厚8mm；底板在索塔处厚度20mm，边墩及索塔过渡区16mm，其他区域12mm，底板U形加劲肋厚6mm。斜拉索处横隔板采用不等厚对接20+12mm，其余横隔板采用不等厚对接14+10mm。桥塔竖向支座处横隔板采用对接式横隔板，板厚30mm；边墩竖向支座处横隔板采 用对接式横隔板，厚度为20mm。
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图1 箱梁横断面图
2施工重难点分析
钢箱梁梁段之间连接均采用熔透对接焊连接方式，在钢梁制造、安装架设、桥位作业等过程中有以下重点和关键点 。
（1）钢箱梁因竖曲线行成了三维空间构造，钢梁梁段制造线型直接影响到成桥线型。因此，梁段制造线型的控制是工艺的重点和关键点[2]。
（2）桥梁制造时旁弯、预拱线形及扭曲变形是本桥安装工艺的难点。
（3）钢板厚度较大，熔透焊缝多，为了保证焊缝质量，需用多种焊接制造方法、工艺。合理划分箱梁节段，全桥现场焊接变形、支座处钢板熔透焊缝的焊接控制也是本桥的重难点。
3施工方案
为使全桥顺利合拢，结合钢结构箱梁的受力特性、运输能力、吊装现场实际情况，采用“厂内制作吊装节段，现场分段安装焊接”的方案。把钢箱梁划分为108段，最重节段重约62t，主桥钢箱梁采用JQG130t-55m架桥机进行架设。架设顺序为：在永久墩及临时墩施工完成后，纵向按照从中间墩位置向边墩位置，横向按照从西侧向东侧的顺序进行钢箱梁各节段的吊装、拼接[3]。
4钢箱梁施工方法
4.1钢箱梁梁段制作工艺
4.1.1板单元制造方案
（1）铺装底板
按顺序中间→两侧的顺序将底板单元单元置于胎架上，使其横、纵基线在无日照影响的条件下与胎架上的基线精确对正，将其固定。
（2）组装中腹板
将根据纵基线画中腹板线，组装中腹板，仅定位焊接。
（3）组焊横隔板及外腹板单元
以底板的横、纵基线为基准，依次组装横隔板、横肋及边腹板。组装定位时，以基准线确定横的位置，并用经纬仪检查各边块横隔板的端部角度和直线度，合格后进行定位焊，全部组装完毕后焊接。
（4）组焊顶板单元
（5）涂装
梁段解体下胎后，进行钢箱梁整体外观的打磨和修补。外观报验后，进行钢箱梁的涂装，喷涂梁段的标识。
（6）运输、安装
涂装后的杆件运输至桥址，按线形在桥址将梁段焊接为吊装节段并倒桩就位后焊接挑臂梁块体，最后进行最后一道面漆涂装。
4.1.2钢箱梁节段拼装
板单元制造完成后在拼装场进行多梁段连续匹配组焊和预拼装，即梁段组焊和预拼装在胎架上一次完成[4]。
梁段拼装时挑臂梁块体不参与拼装，成桥后安装。组装采用“正装法”，以胎架为外胎，以横隔板胎，各板单元按纵、横基线就位，辅以加固设施以确保精度和安全。为避免梁段对接焊缝错开，将腹板、纵隔板、纵肋等端部焊缝留200mm长暂不焊接，待桥上安装后与环缝一起施焊。梁段组装按照底板→横隔板→腹板→顶板的顺序，实现立体阶梯形推进方式逐段组装与焊接[5]。
4.1.3总拼装胎架
总拼装胎架设计应符合《技术规范》要求，胎架必须有底板单元定位 的纵、横基准线、基准点和桥梁中心线，设置胎架外独立的基准线、基准点，供随时对胎架进行检测。
⑴除保证胎架精度外，在组装过程中应对中腹板、横隔板的组装定位精度予以特别控制，以确保中腹板、横隔板准确连接。
⑵每一梁段的底板单元上胎定位及制造中的测量工作均应避开日照的影响。
⑶尽量采用陶质衬垫单面焊双面成型焊接工艺。
⑷采用合理的焊接顺序和必要的措施（如反变形、约束等）控制焊接变形。
4.1.4钢梁制造线形的控制
钢梁成桥线形存在竖曲线线形,制造时要考虑预拱度和焊接收缩变形量等,为解决这一工艺重点和难点，钢箱梁各节段线形在工艺上主要 是通过在加工厂区内设置一条长190m，宽44m的总拼胎架进行控制。我们专门设置拼装胎架，在对应各梁节段箱梁隔板位置，设置有支撑横梁和支撑纵梁，在横、纵梁上有与设计图纸线形相似的线形牙板，通过牙板线形来控制梁段制造时的线形。（同时应在胎架牙板上考虑纵向和横向预拱度）每跨预拼前，都要按照相应跨的纵向和横向拱度值调整牙板高度，保证总拼及预拼线形的精度[6]。
4.1.5钢箱梁制造扭曲变形、旁弯及预拱线形的控制
钢箱梁在胎架完成拼接，胎架设计具有可调节功能，通过胎架周围设置的高精度控制网对梁段控制点进行时时监控，并通过胎架来调整梁 段形态，主要控制项点有：梁段的扭曲、旁弯、长度、拱度、桥位接口的连接精度[7]。最终梁段拼接完成后再对梁段进行几何参数采集，将数据纳入本桥施工控制系统。
4.2钢箱梁现场安装
4.2.1支架体系施工
全桥临时支墩采用C20混凝土，主桥支墩呈方锥状（共设置11条临时支墩），下设宽度2.4m的承台，支墩净长度40m(沿河流方向布置),顶面宽度0.8m，河底入岩深度不小于0.5m，混凝土基础以上设有沿纵向布置的满铺贝雷架，贝雷竖向高度1.5m,横向间距0.9m,相邻之 间用斜撑连接，根据节段划分，在每节段相应的位置设置工字钢和牙板，以便调整成桥线形[8]。
4.2.2 钢箱梁安装
⑴临时支架上部控制
根据对钢箱梁节段划分图，需按照各钢箱梁节段尺寸，对临时支架定位、标高，及每一节段箱梁定位轴线及标高，编制出详细的测量任务书[9]。
临时贝雷支架安装完成后，根据节段划分图，用全站仪将每片钢箱梁节段中心线投影点，投放在横向分配梁牙板上。在横梁纵向方向根据中心线把钢箱梁横向节段尺寸投影线在横梁上用记号笔标示出来，再整体测量、检查投射点与理论值测设之间的误差是否符合设计要求[10]。
现场各节段箱梁线形主要是通过贝雷支架上横向分配梁上牙板高程来控制梁段拼装线形。将各节段纵、横向基线、桥梁中心线放样到横向分配梁牙板上，根据计算数据使用钢卷尺、全站仪将各节段纵基线，放样到贝雷支架横向分配梁槽钢上。为了保证各节段箱梁在拼装过程中线形准确，施工前应在桥止布设的水准加密网，以便控制节段拼装过程中各个测量点的高程，确保钢箱梁的成桥线形。每次现场架设箱梁前，都要根据线路纵坡、横坡及预拱度，调整牙板高度，确保成桥线型的精度[11]。
⑵钢箱梁测量控制
贝雷支架及分配梁安装好之后，钢箱梁安装之前，需要把要吊装的每一段箱梁纵轴线尺寸、两边边线线形，测设到支架上横向分配梁上，并做好标记[12]。
各节段钢箱梁拼装完毕后，应对拼装好的钢箱梁进行24小时整体沉降观测，沉降量符合规范要求后方可进行本节段焊接。
钢箱梁在焊接前、焊接过程中，应不间断地进行沉降观测，若发现异常应及时进行处理，使其符合规范要求。
全桥钢箱梁整体焊接完毕，经第三方检测单位对全部焊缝检查合格，斜拉索初张拉完毕后，钢箱梁整体脱离支架。然后进行临时支架的拆除作业。等斜拉索终张拉结束后，处于正常状态24h后，对钢箱梁的各个沉降观测点进行观测，并做好记录。与理论数值进行对比，检查是否符合设计要求[7]。
4.3 钢箱梁的焊接工艺措施
钢箱梁结构较复杂，钢板厚度较大，熔透焊缝多，产生的变形和应力大，制造、安装过程中控制难度较大，特别处于钢箱梁支座处熔透焊 接是全桥最重要的焊缝，对此制定了相应的工艺方案[13]。
⑴焊接工艺的选择
在焊接工艺评定试验中，针对钢箱梁及钢拱肋熔透焊缝，特别是钢箱梁吊耳板处熔透焊缝，作为本项目重点，确定合理的施工工艺，保证焊缝质量。
焊接方法大量采用目前国内普遍使用的CO2气体保护半自动焊，对接焊缝的焊接大量采用背衬陶质衬垫的单面焊双面成形工艺，减少仰位焊接。
⑵焊接材料的选用
钢箱梁主要材质为Q345qD板，对于此类钢板的焊接工艺非常成熟，为保证焊接接头-40℃低温冲击韧性，选择与钢板相匹配的低氢型高韧性焊材。
如：焊条、焊剂和CO2气保护焊实心焊丝熔敷金属扩散氢含量，要求≤5ml/100g；药芯焊丝熔敷金属扩散氢含量要求≤8ml/100g。
⑶陶质衬垫的保管
钢箱梁整体拼装和梁段间全断面对接时大量采用陶质衬垫单面焊双面成形工艺。在陶质衬垫的储存上加强管理，在干燥的库房中存放，从陶质衬垫的生产质量和使用管理上入手，防止吸潮，减少焊缝金属中氢的含量，防止气泡和裂纹的产生，提高焊缝质量。
⑷焊接变形的控制
钢箱梁及钢拱肋熔透焊缝较多，对于焊接变形严格控制，保证钢锚梁 的几何尺寸。在焊接前预留反变形，控制焊接热输入，选取小线能量的规范参数，多层多道焊接，在焊接过程中，配合穿插进行火焰修整。
⑸支座处钢板熔透焊缝的焊接
针对支座处各焊缝，熔透焊缝焊接量大，空间位置狭窄，对焊工施焊要求较高，我们将采用CO2气体保护半自动焊，焊接过程中采用小线能量规范，多层多道，钢板两侧交替施焊，严格控制焊接变形。同时通过焊工考试，选取身材瘦小的优秀焊工进行焊接，确保焊接质量。
⑹现场焊接难点及解决方案
施工现场潮湿多风，在这种环境中如何确保现场钢箱梁节段对接焊缝的焊接质量尤为关键。据此情况我们配备小型移动式防风防雨棚及加 热除湿设备。
6结束语
本文以永康南溪大桥项目为例，通过对不等跨斜拉桥钢箱梁的制作、安装、焊接方案研究，特别是结合施工现场环境，选取合理的施工工艺，有效降低施工成本，提高了钢箱梁的安装速度和精度。同时，取得了良好的经济效益和社会效益。通过该工程的实施，以后可为同类型桥梁施工积累了宝贵的经验。
参考文献
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[13] 米凯华，欧阳运华，大型钢箱梁焊接工艺及变形控制，施工技术，2010.
作者简介：王永慧(1983-),男,工程师。主要从事桥梁工程施工与管理。