跨文化遗产河流超大钢箱梁桥施工技术

文 敏

（广东华隧建设集团股份有限公司 广州 510308）

0 引言

钢箱梁桥梁作为装配式结构，具有外观美观、工厂化制作精度高、现场安装快捷、回收利用价值高等特点，在城市桥梁中广泛应用。跨文化遗产河流超大钢箱梁桥施工时，因河道保护范围内不允许施工，现场不具备设置临时便桥或临时工作墩的条件，如何在河道上架设大跨度、大吨位的钢箱梁，是要解决的难题。本文通过对钢箱梁深化设计、制作质量、运输安全、现场安装工艺等方面进行技术攻关与研究，形成了跨文化遗产河流超大钢箱梁桥施工关键技术，满足文化遗产河流的的保护要求，确保了工程质量与施工安全，提高了施工效率。

1 工程概况

杭州萧绍运河为国家文化遗产，萧绍运河桥为地面桥梁，桥梁长为62.53 m，采用简支钢箱梁粱结构，单跨58 m，桥面总宽47.5 m，分为东西两半幅桥，右偏角为112°，东半幅梁宽25.25 m，梁高为2.42～2.80 m；西半幅梁宽22.25 m，梁高为2.46～2.80 m。东半幅：25.25 m=2.5 m（人行道）+2.5 m（非机动车道）+19.75 m（机动车道）+0.5m（钢护栏）；西半幅：22.25 m=0.5 m（钢护栏）+16.75 m（机动车道）+2.5 m（非机动车道）+2.5 m（人行道）。

下部结构桥台为重力式桥台，基础采用直径120 cm 钻孔灌注桩。桥台基坑围护结构退让遗产区控制线，0 号桥台承台边缘距市级遗产保护区最小净距0.72 m，1 号桥台承台边缘距国家级遗产保护区最小净距0.58 m。工程概况如图1所示。

图1 萧绍运河桥工程概况Fig.1 Overview of Xiaoshao Canal Bridge Project

2 钢箱梁安装方案比选

本项目河道及其保护区范围内不允许打设钢管桩、灌注桩，也不可设置临时便桥或临时工作墩，导致常规安装方式分段吊装法［1-3］不适用。对可用的顶推法［4-6］、履带吊整跨吊装法、架桥机［7］整跨架设法进行对比分析，如表1所示。

表1 钢箱梁安装方案对比分析Tab.1 Comparison and Analysis of Installation Schemes for Steel Box Girders

通过对比分析，选用双桁架梁液压步履式双向架桥机分块整跨架设钢箱梁方案，不需要设置临时支墩，安装方便快捷，作业安全性高，总体费用相对低。

3 钢箱梁深化设计

根据钢箱梁的结构形式、安装设备负载能力、道路运输情况以及现场实际情况对钢箱梁进行分块划分，纵向均划分为3段，横向东西半幅均划分为5个梁仓外加2个挑臂。根据钢箱梁运输单元划分情况，把每跨钢箱梁分为挑臂单元与箱梁单元形式，如图2 所示。每个运输单元由多个单元件组成，主要单元件形式分面板单元件、底板单元件、腹板单元件、横隔板单元件和支座横隔板单元件。

图2 单元结构Fig.2 Unit Structural

东幅（左幅）纵向共分为3 段，分别为A 段19 m、B 段24 m、C 段15 m，横向划分5 块主梁和2 块挑臂进行制作加工运输。如图3所示。

图3 东幅（左幅）箱梁分段分块Fig.3 East（Left）Box Beam Segmentation and Block （mm）

西幅（右幅）纵向共分为3 段，分别为A 段19 m、B 段24 m、C 段15 m，横向划分5 块主梁和2 块挑臂进行制作加工运输。

4 钢箱梁加工与运输

4.1 放样下料

钢材在预处理流水线上完成预处理工序。根据不同的板厚采用七辊校平机进行校平，保证钢板平面度，消除钢板轧制内应力。现场采用计算机放样智能化技术，对钢箱梁结构各构件进行准确放样，绘制各构件零件详图，作为绘制下料套料图及数控编程的依据。放样时按工艺要求预留制作和安装时的焊接收缩补偿量和加工余量［8］。

下料严格按工艺套料图进行，保证钢材轧制方向与构件受力方向一致。钢板及大型零件的起吊转运采用磁力吊具，保证钢板及下料后零件的平整度。钢板采用数控等离子切割，大型矩形板在专用下料切割平台上采用自动切割机一次性下料成形，并同时将焊接坡口开出［9］。

4.2 钢箱梁加工焊接

4.2.1 钢箱梁加工焊接总体安排

钢箱梁焊接分厂内焊接和工地焊接两部分。从总体上看，厂内焊接质量优于现场焊接质量，因此尽可能减少现场的焊接工作量是焊接质量保证的重要措施［10］。钢箱梁分段后，大部分焊接工作量在厂内完成，仅剩梁段和挑臂的对接纵缝和环缝需在现场完成。为提高焊接质量，施工均采用自动、半自动或焊接机器人焊接工艺，自动、半自动设备为埋弧自动焊机、埋弧半自动焊机、CO2气体保护半自动焊机等。

4.2.2 钢箱梁加工焊接

⑴箱梁面、底板单元件焊接在专用亚船形转胎上进行，横隔板单元件在平胎架上进行焊接，焊接时采用两台焊机对称施焊，减小变形。

⑵悬臂梁面板单元在平台上焊接，悬臂梁面板单元及齿形板单元焊接完毕，采用倒装法在专用胎架上进行总装，焊接顺序：悬臂梁腹板、加劲与面板单元焊接➝悬臂梁腹板与侧封板焊接➝侧封板与面板内侧焊缝➝侧封板与底封板外侧焊缝➝装焊其它附零件属件。

⑶ 梁段分段总装在总成胎架上采用正装法进行，装焊顺序为：底板单元件装焊➝装配中间横隔板单元➝装配腹板及加劲板→对称焊接横隔板与腹板的立角焊缝➝对称焊接横隔板与底板的平角焊缝➝对称焊接底板与腹板的平角焊缝➝装焊面板单元件焊缝➝装焊其他组合部件。

4.3 钢箱梁运输

根据节段箱梁特点采用重型牵引车+平板车进行公路运输。钢箱梁横向分块，沿纵向切开后，除有一个箱体两侧均有直腹板重心比较对称外，其余箱体均只有单侧腹板。运输过程中，对只有单侧腹板的钢箱梁均采用型钢支撑进行加固，型钢支撑采用16 号普通槽钢交叉式布置。钢箱梁节段吊放到运输车上后，采用手拉葫芦将钢箱梁节段固定在运梁车上，防止其倾倒、滑移造成事故。

4.4 现场二次拼装

主梁段采用现场二次拼装，单片整体安装的工艺。二次拼装胎架采用C30 混凝土刚性基础，基础浇筑时设置钢板预埋件，用于支撑钢管及调节短柱的焊接连接，设置临时支墩基础前需对土路基进行换填压实处理，地基处理完成后的承载力和地基沉降量需满足要求。

5 钢箱梁安装

5.1 总体安装顺序

采用JQGs320 双桁架梁液压步履式双向架桥机分块整跨架设钢箱梁。JQGs320架桥机主体结构为多段桁架联接梁，具有易于拆装、便于施工现场转移、边梁横移一次到位、抗风能力大等优点，整机重量398 t，整机总装功率203.8 kW，该型架桥机最大适用纵坡±4%，最大适应横坡±2%，最大适应交角45°，跨径65 m时额定起重量为320 t。本工程钢箱梁跨径为58 m，梁高2.6 m，最大重量为200 t，JQGs320架桥机满足要求。

钢箱梁主要采用架桥机尾部喂梁的方法进行架设，先进行左幅（东幅）架设，后进行右幅（西幅）架设，具体如图4所示，钢箱梁安装时顺序为：①➝②➝③➝④➝⑤➝⑥➝⑦➝⑧➝⑨➝⑩。

图4 钢箱梁架设顺序Fig.4 Sequence of Steel Box Girder Erection

5.2 架桥机安装与过孔

架桥机在河流北侧空地进行拼装，采用2 台额定起重量为220 t 的汽车吊配合拼装架桥机。首先，分别放置好中支腿、前支腿，并将其支撑或临时固定；接着采用2 台额定起重量为220 t 汽车吊双机抬吊的方式整体吊装两侧主梁，将主梁放置在主支腿的反辊轮组上，安装挂轮，固定压板；将主梁上部三道上横梁对位安装并紧固螺栓；吊装纵行桁车与起重小车；分别安装桁车及支腿的供电系统，紧固电缆滑线，并安装操作系统；最后安装起升机构钢丝绳。

架桥机过孔［11］按下列步骤进行：

⑴架桥机拼装完毕后，收起尾支腿与临时支腿，将主梁向前移。

⑵架桥机收起中支腿，将中支腿向前移。

⑶架桥机收起尾支腿，将主梁向前移，使临时支腿处于南侧桥台。

⑷架桥机收起前支腿，将前支腿移至南侧桥台。

⑸架桥机收起中支腿，将中支腿移至北侧桥台处。

⑹架桥机收起尾支腿与临时支腿，将主梁前移。

⑺架桥机过孔完成后，将主梁与前，中支腿固定可靠。

5.3 钢箱梁安装

第一步：架桥机横移至存梁区，此时架桥机前天车与钢箱梁前吊点连接，钢箱梁后吊点采用1 台QAY 400 t汽车吊起吊。对钢箱梁进行整体起升后，运梁车倒入钢箱梁后端，运梁车与架桥机前天车同步进行纵移。具体操作如图5所示。

图5 运梁车喂梁平面及立面Fig.5 Plane and Elevation of Feeding Beam for Beam Transporting Vehicle（mm）

第二步：待钢箱梁后吊点纵移至架桥机后天车底部处，架桥机后天车与钢箱梁后吊点进行连接。

第三步：架桥机前后天车同步纵移，运送钢箱梁纵移过河。

第四步：架桥机前后天车同步进行横移，钢箱梁横移至落梁位置，进行落梁就位。具体操作如图6所示。

图6 架桥机移梁与落梁示意图Fig.6 Schematic Diagram of Bridge Erecting Machine Moving and Falling Beams

第五步：架桥机进行整体横移，横移至下一块钢箱梁进入架桥机尾部位置。

第六步：架桥机主梁整体向后纵移，纵移至架桥机前天车与钢箱梁前吊点处于同一铅垂线处。进行上述步骤1～4 进行下一片梁板安装，直至完成左幅钢箱梁架设。

第七步：架桥机整体横移至右幅，采用上述步骤进行右幅钢箱梁架设。

第八步：焊接相邻钢箱梁块顶、底板的纵缝，使得单幅钢箱梁形成一个整体。

首件钢箱梁现场架设如图7所示。

图7 首件钢箱梁架设完成Fig.7 First Piece of Steel Box Girder Erection Completed

6 结语

针对跨文化遗产河流超大钢箱梁桥施工时存在的不能在河道及其保护范围打桩或安装临时支墩的难题，通过将一般用于高架桥梁施工的架桥机引入地面桥施工，实现了免临时支架安装超大钢箱梁，同时辅以钢结构深化设计技术与智能化制造技术，保证了工程质量与施工安全，提高了施工效率，保护了跨文化遗产运河。