后河沟大桥工程中钢板组合梁的施工设计及工艺

　　摘    要：　钢板组合梁是一种新型的桥梁结构形式，通常由混凝土桥面板和钢梁组成。对此，以合阳至铜川高速公路后河沟大桥工程为例，阐述钢组合梁整体拼装、吊装、送梁、安装的系统化、机械化、精细化、标准化施工工艺和方法。实践证明，采用钢板组合梁极大地加快了梁桥施工进度，降低了综合造价。

　　关键词 :     钢板组合梁;整体拼装;吊装;送梁;安装;施工工艺;

　　Abstract：　Steel plate composite beam is a new type of bridge structure,which is usually composed of concrete deck and steel beam.Taking Houhegou bridge project of Heyang-Tongchuan expressway as an example,this paper introduces the systematic,mechanized,refined and standardized construction techniques and methods for integral assembly,hoisting,beam delivery and installation of steel composite beams.Practice has proved that the construction of steel plate composite beam greatly speeds up the construction of beam bridge and reduces the comprehensive cost.

　　Keyword：　steel plate composite beam; integral assembly; hoisting; beam delivery; installation; construction technology;

　　近年来，钢板组合梁由于施工方便、环保等特点，在桥梁领域有着广阔的应用前景[1]。本文以合阳至铜川高速公路后河沟大桥为例，重点介绍钢板组合梁运输、安装的关键技术，即：钢梁运输→吊装就位→桥梁连接安装。钢板组合梁施工不仅效率高，对环境破坏小，而且在工厂化、装配化、快速施工等方面优势显着[2]。

　　1 、工程概况

　　本标段为国家高速公路网G3511线(菏泽至宝鸡)陕西境合阳至铜川高速公路土建工程TJ-9标段，位于铜川市宜君县和印台区。起讫桩号：K128+230～K139+055，全长10.825 km。主要工程量：9座桥梁(全宽)4 485 m，2座隧道(单孔)4 620 m。

　　后河沟大桥位于铜川市宜君县甘草塬水库附近，G3511线合铜高速公路上，跨越后河沟，周边交通便利。该桥分两段，起始、终止桩号为K131+150.900、K131+819.100，桥长668.2 m、宽26 m，桥跨布置为(2×(3×30)+2×(3×50)+2×(3×30))m，第五、六引桥为预应力钢筋混凝土箱梁，第三、四主桥上部结构为工字钢混凝土组合梁，下部结构含圆柱墩、柱式台及空心薄壁墩。该桥平面分别位于直线(起始、终止桩号：K130+329.678、K131+605.841)、缓和曲线(起始、终止桩号：K131+605.841、K131+885.841)上。该桥最大墩高82.5 m，桥长、桥高不受洪水控制。上部结构在工厂预制和吊装。

　　钢梁设计：主梁采用四梁工字钢板梁，单层宽12.9 m，钢主梁高2.5 m，边梁与中梁间距3.2 m，中梁间距3.4 m，边梁与中梁采用焊接工字钢连接，主梁每隔6～7 m设一道梁，钢梁与桥面之间采用组合栓钉式剪力连接件连接。钢梁底板宽800 mm，厚32～50 mm；顶板宽600 mm，厚20～40 mm；腹板厚16～24 mm。主梁标准截面见图1，支点梁截面见图2。

　　2 、施工设计

　　2.1、 钢梁加工资源配置

　　标段内设置钢梁拼装场1个，钢梁加工胎架2个。资源配置见表1。

　　表1 资源配置

　　2.2 、钢梁加工安装布置

　　钢梁于2020年4月25日进场，6月5日前完成后河沟大桥右桥台至桥墩的引桥架设，7月1日起钢梁架设，9月10日完成右幅架设，10月10日前左幅钢梁及小箱梁架设完毕。

　　图1 主梁标准横断面

　　图2 支点横梁断面

　　3、 施工工艺

　　3.1、 施工方案

　　桥梁在工厂制造完成后，由汽车运至桥址。在桥址二次拼装现场设置支架，用两台100 t汽车吊进行钢梁的装卸和拼装，拼装完成后用汽车吊将钢梁吊至运梁车上运至桥位。根据桥梁的跨度和重量参数，吊装左右钢梁。第一、第二跨由炮车送料，第三跨在已架设的梁段上设置平板车。采用电动平板车送梁，架桥机安装。

　　轨道距桥台5 m左右，总长435 m (引桥180 m、钢梁6跨300 m)，轨道中心距3.4 m，在50 m×50 cm C30混凝土基础上设置条形基础、背台和路基段(长15 m)。钢轨(43 kg/m)直接铺设在引桥上并加固。采用I30I梁作为钢梁上的轨道基础，间距50 cm。钢梁轨道两侧设“人行栈桥”。一节三跨吊装方案[3]如下：(1)第一跨吊装方案：钢组合梁在二次拼装现场整体拼装→钢梁采用汽车吊吊装至运梁架→运梁架送梁→钢梁采用架桥机吊装。(2)第二跨吊装方案：架桥机穿孔(穿孔时架桥机配重)→汽车吊将钢梁吊到运梁机上→运梁机送梁→架桥机吊钢梁安装就位→钢梁焊接完毕。(3)第三跨吊装方案：架桥机穿孔→第一跨铺设轨道，安装电动平车→汽车吊将钢梁吊至运梁车→运梁车卸梁运输至电动平车→电动平车送梁→架桥机吊装钢梁就位→钢梁焊接。

　　3.2 、施工工艺流程

　　本工程钢板组合梁运输安装采用“单元件制造→节段预装→分解→厂内表面涂装→钢梁运输→吊装就位→桥梁连接→终涂(含补涂)”的制造工艺[4](见图3)。

　　3.3 、安装设备技术参数

　　GYLQ50 m/220 t架桥机性能参数见表2。

　　3.4 、架桥机结构

　　(1)设备主要结构。

　　架桥机主结构之间通过销轴和法兰连接，最大构件尺寸长13 m×宽1.5 m×高3 m，重12 t，架桥机主要结构见图4。主要由前支架、桥机主梁、起重小车、中托、后支腿、辅助支撑等构成[5]。

　　(2)主梁。

　　为三角桁架式结构，采用型钢焊接而成。有结构轻、刚性好、稳定性强、抗风能力大、安装方便、外形美观等优点。

　　(3)桥机前支腿系统。

　　由前支腿及前上、下横梁组成。前支腿为钢管柱结构(中心距11.5 m，内净宽9.5 m)。前、下横梁采用两根h345×250钢材焊接而成，局部用10 mm钢板焊接加固。

　　图3 工艺流程

　　表2 GYLQ50 m/220 t架桥机技术参数

　　图4 架桥机主要结构组成

　　(4) 桥机中支腿系统。

　　由反拖纵向移动轮箱组、横向移动轮箱组、横向移动轨道梁和中间支撑系统纵向移动轮箱组组成，可满足桥机纵向移动过孔和整体横向移动的需要。

　　(5)桥机后支腿系统。

　　由后伸缩油缸、液压顶升装置、纵向轮箱组、后下连梁组成，可满足架桥机纵向移动、过孔、调高的技术要求。

　　(6)起重天车。

　　由纵轮箱、横轮箱、葫芦和滑轮组组成，能吊装、运输和架设预制梁。轮箱上的电机动力借助摆线针轮减速器及齿轮组向车轮传导，既符合横梁轮箱沿天车梁横向运动的要求，也符合纵梁轮箱在主梁上纵向运动的要求。

　　(7)液压系统。

　　中、后支腿都安装了由油缸、油管、油泵构成的液压系统。通过液压系统可调节架桥体的水平，完成架桥机的辅助工作。

　　(8)电气系统。

　　整机功率约75 kW，主电路和控制电路交流电源频率为50 Hz、电压通常为380 V。该项目架桥机各单体机构通过交叉开关和配电柜进行集控。

　　(9)架桥机连接方式。

　　①架桥机前支腿立柱通过翼缘板和高强螺栓与上主梁、下横梁连接。②前支腿与架桥机主梁之间焊接倾斜稳定杆，形成三角稳定结构，保证架桥机前后方向的稳定性。③架桥机前下梁固定方法：架桥机就位后，用钢丝绳将前下梁与主墩盖梁绑扎连接，用5T手拉葫芦固定。在架梁过程中，中间支腿的后支腿和前支腿受力在一起，纵向不存在倾覆危险。

　　3.5、工字钢预装、吊装施工方案

　　3.5.1、二次装配现场布置及夹具

　　在K131+860～K131+975段路基位置设置第二个拼装场。拼装场长135 m，宽40 m，场地要求平整夯实以便钢梁拼装和存放。现场设置一台起重50 t的汽车吊，用于钢梁的装卸、运输和组装。

　　在预装配现场进行工字钢的预装配工作。装配夹具设置在工字钢下方，通过调整夹具上方板的高度来调整工字钢高度。胎架预拱度应严格按工厂制造和总拱度进行控制。工字钢在预装配时，在钢梁端部布置测控点，严格按照桥梁平面线形控制钢梁曲线。

　　3.5.2、工字钢现场组装

　　(1)梁段划分。考虑钢结构易于制造、运输等因素，50 m边跨及中跨均分5个梁段。根据设计图纸要求，钢板组合梁节段节点形式为顶板、腹板、底板相互错开，其中钢板组合梁纵向错开250 mm。在上述断面示意图中，相邻断面制作时应左右变换；在纵断面示意图中，断面位置在腹板处，腹板处顶板和底板的偏差分别为-250 mm和+250 mm，以满足设计对中要求，保证工程质量。

　　(2)梁截面制造要求。①材料编号：来料须根据材料布置图进行验证。标记前应检查钢材的牌号、规格和质量，当发现不平整的钢材、铁锈、油漆等污物影响打标质量时，应在打标前进行校正和清理。为减少环焊缝和横焊缝，顶、底、腹板的对接焊缝应按规范要求错开。②切割：气割切口不得有裂纹，缺边不得超过1.0 mm。缺边坡口大于3.0 mm时，用直径小于3.2 mm的焊条补焊打磨。所有板材零件的分离采用自动(数控切割)和半自动切割，零件间隙不大于2 mm。2 mm以内的间隙可用砂轮机打磨光滑，大于2 mm的间隙按缺陷修补法修补；有气割槽的钢板，槽面用砂轮机打磨至露出金属光泽。气割允许偏差见表3。

　　表3 气割的误差允许值

　　(3)矫正和边缘加工。钢板冷矫时应缓慢加力，矫正后钢板表面无明显凹面和损伤，划痕深度不大于0.5 mm。钢材矫正后的允许偏差见表4。

　　表4 钢材矫正后的允许偏差

　　(4)板件坡口制备。所有焊接坡口加工尺寸的允许偏差应符合《手工电弧焊接头基本形式和尺寸》(GB985)和《焊剂层下自动和半自动焊接接头基本形式和尺寸》(GB986)的有关规定。

　　(5)纵向对接焊缝为单面坡口焊，轮胎和桥梁上的纵向顶、底焊缝为单面焊双面成形，底焊缝为CO2气体保护焊，其余焊缝为埋弧自动焊。所有焊接符合设计要求，并按要求进行无损检测。在零件上画定位线、定位基准线和关键中心线并冲样。将底板的尺寸放在轮胎上，依次安装隔板、腹板和顶板。

　　3.5.3、吊耳

　　(1)吊耳的选择。

　　吊耳形式应符合设计要求。对重量大于40 t的梁段，吊耳的选用应符合中华人民共和国行业标准《设备吊耳》(Hg/t-21574-2008)。本工程选用公称起重40 t的吊耳，材料为40 mm厚Q345qD板。钢板组合梁最大截面量约95 t。四点吊装，单吊耳承载力约23.75 t(垂直吊装)，安全系数1.68，满足要求。

　　图5 吊耳布置

　　(2)吊耳位置设置。

　　钢梁端部有端梁时在其上设置吊耳，无端梁时设置在小梁上。钢梁每节设四个吊耳(见图5)。桥址处钢组合梁拆除时应吊离胎架100 mm观察。待构件稳定及焊缝牢固后再吊放到梁架上。

　　3.5.4、钢构件吊装

　　(1)吊装前准备。

　　做好施工人员的安全教育、培训和技术交底，建立安全管理制度；做好施工材料、机具进场和现场水电供应；完成进货梁体的检查和清点，确保无缺件；完成垫石测量和支架检查，将调平钢板和支架安装到钢梁底部。

　　(2)吊装方法的确定。

　　根据现场调查和工字钢的几何数据、重量、高度，并结合吊装技术参数，进行深入细致的探讨，确保吊装安全，并节约工程造价，提高工作效率。施工现场采用2台80 t汽车吊和1台220 t架桥机。用架桥机架设第一及第二跨时，钢梁由龙门吊用炮车送入架桥机。第三跨架设时，铺设电动平车轨道，运梁炮车将钢梁运至桥头，汽车起重机将钢梁吊装至电动平车，再运输至架桥机尾部进行喂梁。总体布局见图6。

　　(3)架桥机钢梁安装要点[6]。

　　根据路基横坡的大小和运梁方向，在运梁车支架上设置垫片来调整梁的角度，以保证运梁时主梁在平板车上的垂直度，从而达到平衡，避免倾斜造成安全隐患。当轨道设置在主纵梁上时，由于剪钉高度为250 mm，300 mmI30b型梁的纵向铺设水平铺设在主纵梁顶面上，间距为500 mm，把栏杆放在上面。由于钢梁横坡为2%，铺设30b型钢时，在一端加30 mm垫片，保证铺设的轨道与地面垂直，平车运梁时不产生侧向力，消除安全隐患。

　　3.5.5、钢梁安装

　　(1)两根纵梁组成一个整体，轨道电动平车将钢梁运至吊车天车底部，钢梁由架桥机架设至设计位置。依次搭设第一、第二、第三孔。(2)架桥机先架设一侧钢梁，再架设另一侧。(3)连接两组钢梁之间的梁。(4)以此类推架设剩余钢梁，将所有钢梁设置在同一孔内后进行线型调整，在中梁外侧铺设1.25 m宽的人行栈道作为操作平台。桥梁要及时焊接，形成连续结构，最后通过钻孔安装桥面。每孔钢梁桥面安装完毕后，从两端支撑点对称推至跨中，完成全桥预制板的安装。

　　图6 运梁

　　4 、技术保证措施

　　4.1、操作要点

　　吊装工字钢速度要均匀，构件应稳定。横梁下降须缓慢、轻放，禁止突然或快速制动。施工注意事项：测设工字钢孔分界线、支座中心线、梁边线，找平盖梁表面不平部分，准备吊装；盖梁达到设计强度90%后方可吊装；工字钢放下后，目测工字钢底部是否齐平，用钢筋弯钩检查各支撑是否受力；板底标高可采用钢板垫调整；吊装时应同时对起重钢丝绳施加应力；落下时工字钢不得与已支撑的梁相撞，底部水平偏差不得大于10°。主梁距盖梁支座垫石顶面不足30 cm时，根据测量放样标记调整位置，确定无误差后再落梁。

　　4.2、工字钢运输措施

　　行车前检查运梁汽车炮的制动系统和轮胎，确保运梁设备状况完好；起吊前做好焊钉保护，避免焊钉受到触碰脱落，加强钢梁的防护和支撑，固定牢固以防主梁变形和倾覆。运输时车速控制在5 km/h以内，平稳行驶，无小转弯或死弯。运梁汽车炮行驶时安排专人通过对讲机进行指挥，并在运输道路前安排警戒人员，无关人员不得在运输路线停留，保证运输过程中人员和设备安全。

　　5、 结语

　　结合国家高速公路网G3511线(菏泽至宝鸡)陕西境合阳至铜川高速公路后河沟大桥工程，介绍了该桥的加工资源配置、施工工艺、施工方案、安装设备技术参数、架桥机结构及技术保证措施。结果表明，钢板组合梁桥的结构简约、加工方便、安装便利。在陆地交通条件下，宜采用架桥机架设钢板组合梁，以便快速施工。

　　参考文献

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