连续钢箱梁顶推施工关键工艺研究

龙云祥，肖健，钟明华

1.江西理工大学，江西 赣州 341000；2.赣州城市投资控股集团有限责任公司，江西 赣州 341000

1 工程概况

赣州市南河大桥主桥为等高连续钢箱梁，跨径组合为50m+70m+70m+50m，单幅桥宽18m，梁高 2.8m，梁高与主跨跨径高跨比1/25。设计荷载为城市-A 级。主桥等高连续钢箱梁采用顶推施工，桥体顶推总重为2946t。

钢箱梁形式为等高宽幅鱼腹式单箱三室箱梁，箱梁总宽18m，中腹板间距5.7m。中跨行车道处顶板厚度 24mm；边跨行车道处顶板厚度 20mm；人行道处顶板厚度均为16mm；中跨底板厚度24mm，边跨底板厚度 20mm；腹板采用直腹板，中跨中腹板厚度24mm，边跨中腹板厚度20mm，中跨边腹板厚度22mm，边跨边腹板厚度18mm；顶板采用 U 型肋加劲，腹板及底板采用 I 和 T 型加劲肋。钢箱梁横向设置实腹式横隔板。除墩顶处，纵向每隔2.5m 设置一道实腹式横隔板。所有腹板和横梁保持铅垂，纵桥向伸缩缝处断面保持铅垂。

针对本桥钢箱梁的结构特点，以及桥梁全部位于竖曲线、拼装场地受限等因素，钢箱梁节段制作及拼装节段的制作线形控制难度大，钢箱梁在顶推施工过程中受力变形较为复杂，这对桥梁成桥内力和线形控制带来较大影响，本文主要对钢箱梁节段制作加工工艺、钢箱梁顶推施工工艺的主要关键环节进行研究探讨。

2 钢箱梁加工关键工艺

2.1 放样及下料

放样下料前先对钢板矫平，抛丸除锈（Sa2.5），表面清理，喷涂车间底漆，检验外观厚度。钢箱梁段主要焊缝均为全熔透一级焊缝，板块的放样时要充分考虑各焊缝的焊接收缩量，板件放样全部采用计算机按 1：1 比例放样，放样尺寸包含焊接收缩量和切割余量桥梁竖向曲线及预拱度的影响。零件按照放样尺寸进行下料切割，剪切边采用砂轮打磨掉切割面，毛刺，主要受力部位构件严禁采用剪切下料，坡口加工采用半自动切割预制出［1］。

2.2 零件矫正及部件组装

完成板件矫正和检验后，用钢结构加工厂设置的专用组装平台和专用装配胎具对箱梁各部件进行组装，组装时先采用与焊接同等的焊丝或焊条对钢箱梁各零部件进行点焊定位，定位焊缝长度40～60mm，间距 400～600mm，定位焊缝高度为设计焊缝高度的一半。

2.3 底板、隔板、腹板的装配

在下好料的底板上，划线，将底板纵向加劲板的位置划出，划线时需要考虑焊接收缩量及加工余量的影响。在已下好料的隔板上，划线，将隔板水平加劲肋及竖向加劲肋的位置划出，划线时需要考虑焊接收缩量及加工余量的影响。为保证组装板单元的纵筋间距一致性，纵筋装配时在专用胎架上进行组装。装配平台应设置基准边，作为腹板放置定位基准线，同时纵筋板在腹板上的划线及定位也以基准边为基准［2］。

2.4 底板、隔板上加劲肋及腹板焊接

钢箱梁底板焊接主要是进行其上纵向加强筋扁钢的焊接。一般扁钢先焊侧可在装配时设置一个预变形角，以抵消角焊缝引起的变形。为抵消焊接扁钢引起的角变形，将底板整块固定在专用弧 形转胎上进行焊接，其纵筋的焊接在筋板两侧同时进行，求焊接电流速度相同。焊接采用从筋板中心向两侧分段跳焊。横隔板在装配完成后进行其开孔补强板及筋板的焊接。内圆补强板采用对称位置布置焊工，并采用分段跳焊的方法进行焊接，减少补强板焊接时由于集中受热而产生较大的焊接残余应 力，及其引起横隔板的翘曲变形。

钢箱箱梁腹板焊接主要是进行腹板上纵向加强筋扁钢的焊接。当腹板上扁钢布置为单侧布置时，为抵消焊接扁钢引起腹板的角变形，将腹板整块固定在专用弧形转胎上进行焊接，焊接采用从筋板中心向两侧分段跳焊。

2.5 钢箱梁组装

钢箱梁的组装采用含有胎架的外胎和含有腹板与横隔板的内胎组合而成的专用组装胎架上进行。单件叠合梁主梁组装时应严格控制箱口尺寸，腹板中心线位置以保证箱梁段间接口的准确和焊缝质量及板件的受力。胎架的标高值包括钢箱梁的竖向曲线、成桥预拱度和车间制作工艺预起拱的叠加数值［3］。

先将装好加劲板的底板铺在地胎架上，然后画出隔板位置，吊装隔板，定位焊固定。以隔板为内胎样，将腹板吊装，分别与底板和隔板定位点焊。钢箱梁组装应控制箱梁焊接应力最小化，减少组装成整体后的整体焊接引起的整体结构的焊接应力，以及拼装后的焊缝最少化。

图1 钢箱梁整体装配图

钢箱节长度控制：通过下料节段预留焊接收缩量，对焊后长度变化提供余量。同时在组装前对每段的长度进行测量记录，在完成单节焊接后进行测试，并对照两记录的差值。在每个连续节内设置一个长度调整段，避免全桥长度收缩量的累计超差。

钢箱梁的线型控制：在钢箱梁拼装胎架设置时，将梁的整体预起拱值按照计算设定，使钢箱梁的组装定位节段实现预制拱度，并通过组装后的定位耳板将拱度锁定。同时控制桥在水平面内曲线的变化。

3 钢箱梁顶推关键工艺

3.1 顶推流程

主桥钢箱梁采用现场加工制作，节段划分长度为14.15～20.25m；利用下部混凝土条基平台将节段转运至滑移拼装梁台滑靴上，然后进行拼接口焊接。主桥钢箱梁顶推施工流程为：台后拼装平台瓶装钢箱梁节段，钢箱梁节段间焊接，滑移平台轨道上顶推梁体，顶推就位后落梁。顶推部分箱梁全部位于竖曲线范围内，为保证钢箱梁的整体顶推，钢箱梁采用利用滑靴高度进行逐步调整桥体的竖曲线值，保证桥体能够沿着圆曲线顶推并最终与成桥线性一致。

3.2 顶推施工设备组成

顶推施工设备主要由导梁、滑轨、顶推千斤顶系统组成。

前导梁采用变高截面斜腹板工字钢梁，长度为 35 m。导梁自重为 87.5 t，采用栓焊连接。滑移轨道采用高精度分段现场拼接，轨道在整个滑移过程中承受钢箱梁自重，并对钢箱梁轴线位置进行引导，限制梁体横向发生偏位，因此需保证轨道安装的精度。

顶推千斤顶系统由4 台1500kN 液压顶推千斤顶进，并准备2 台千斤顶作为备用。顶推千斤顶前端与设置在钢箱梁腹板与横隔板交汇节点处的梁底滑靴铰接，后端与轨道式锁紧器（爬行器）铰接，爬行器锁紧轨道作为顶推反力装置。采用行程及位移传感监测和计算机确保液压千斤顶同步顶推，做到千斤顶全自动同步动作和负载均衡，并能实现顶推过程中的偏位矫正、应力控制，以及紧急状态下的操作闭锁和故障报警并进行过程显示。

3.3 顶推过程纠偏措施

为防止箱梁在顶推过程中的横向偏位和梁体倾斜等问题，以及在顶推过程中难免会出现千斤顶不同步情况，在顶推之前对设备进行全面检查及试顶，同时校正数控中心电脑程序，使设备处于稳定状态，在顶推过程中安排前后两台仪器进行跟踪监测。发现偏移轴线 20mm 时，用纠偏装置进行微调将钢箱梁线形校正至理论目标线形。

3.4 顶推施工步骤

钢箱梁在台后拼装平台拼装完成后，采用连续顶推千斤顶顶推出拼装平台。顶推轨迹立面按含有桥梁纵向竖曲线和预拱度的圆曲线控制。顶推开始时先将前后主顶活塞归位至行程开始位置，然后按理论计算顶推力的10%、50%、100%分级加载顶推力，并结合现场监测检查梁体及顶推平台的应力和变形变化情况。顶推过程纵向以直线方式前行，立面轨迹沿着含有预拱度的钢箱梁竖曲线形进行，通过滑移轨道及设在间隔设置在滑移轨道的横向限位装置控制梁体偏位和倾斜，钢箱梁标高通过滑移平台和轨道的竖曲线标高进行控制，并对纵向位移和横线偏位通过现场监测进行追踪控制。对顶推就位后钢箱梁进行线形复测并在复测基础上进行微调至理论位置，拆除导梁及滑靴体系，改用钢支撑控制高程。钢箱梁就位后分步落梁，取保梁体逐步平稳到位，相邻两墩支点高差控制在 5mm 以内，同一墩上两台千斤顶高差控制在 1mm 以内，各分步的落梁高度控制在5 mm 以内。

3.5 顶推过程监测

顶推过程中随时对顶推钢箱梁的状态进行监测。监测内容主要有：（1）轴线偏位监测：包括前段钢导梁中线测量和钢箱梁尾端中线测量；（2）钢箱梁变形监测：钢导梁前端高程测量，与前进方向临时墩标高进行比对；（3）钢箱梁应力监测。

4 结语

顶推施工法因其施工工期短，以及对桥下交通和通航影响小等优势，成为越来越多城市高架的连续钢箱梁桥采用的施工方法。连续钢箱梁桥施工时须设置制作预拱度而呈变曲率分段折线拼接，因此顶推过程中随梁体前移在各临时支墩处的梁底制作标高不断抬升或下降，钢箱梁节段的制作工艺、顶推施工工艺关乎桥梁最终的成桥线形和成桥内力［4］。本文对依托工程顶推法施工关键工艺的进行总结，本文提出的钢箱梁节段制造工艺、顶推工艺及其纠偏措施、监测方法可为同类连续钢箱梁桥的顶推施工时的施工质量控制提供借鉴，具有一定的参考意义。