浅议架桥机架设钢箱梁施工技术及注意事项

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  前言:
   钢结构箱梁因其自重小、可再生利用等特点,在国外公路桥梁中得到了广泛的应用,但其一次性投入较大,所以在我国前些年公路桥梁中应用较少。而随着我国国力的增强和党的十七大提出的可持续性发展的思路,相信钢结构箱梁会很快得到国内有关部门的关注。钢梁架设有很多方法,我公司近年来已施工了不少公路钢箱梁,但架设方法多采用满堂支架吊装和整体顶推施工,但该两种方法都有其局限性,由我集团公司施工的西安三环吕小寨高架桥设计在既有的二层分离式立交两侧增加的辅道,因为要跨越正在运行中的西铜高速公路和西安绕城高速公路分离式立交,交管部门要求辅道施工时,不能对既有的高速公路造成交通影响,同时,西铜高速公路中间不设隔离帶,无法进行顶推过程中的临时支墩设置。满堂支架吊装和整体顶推两种方法均无法满足现场施工要求。因此,我们采用由我单位自行改造拼装的架桥机按照节段拼装法进行钢箱梁架设施工,施工顺序由一侧逐次推进,最后完成整联连接。钢梁由两箱四室形组成,总重约法1515t。由于平均每孔重约379t及单孔长度过大(50米),架桥机无法一次单孔跨越,我们在高速公路交叉处三角区设置临时支撑墩。施工时,针对梁体重量大、跨度长、曲线半径小的特点,我们坚持多研究、多试验,严格控制各施工环节,现已成功跨越绕城、机场、西铜高速。施工时,严格执行了《市政桥梁工程质量检验评定标准》、《公路桥涵施工技术规范》、《钢结构工程施工质量验收规范》等标准,施工质量和施工安全均达到了预期目标。
  一、施工技术方案
   1、工程概况
   吕小寨高架桥同时跨越西铜高速公路和西安北绕城高速公路。根据设计文件,南辅道第二联上部结构采用钢结构箱梁跨越上述两条既有高速公路,跨径设置为(35+45+45+35)米。进场后,我部根据设计图纸,积极组织钢结构箱梁施工及与有关部门办理跨越手续。截至目前,已完成钢结构工厂加工制作,并试拼合格,工厂长效防腐基本完成,同时完善了跨越手续,现场也已通过交通部门的验收,具备进场现场安装的条件。本工程位于吕小寨立交的南进口,横跨中主道45m,两边辅道各35m,全长共160m,宽16 m,墩柱高度在5-6 m,中心两边分别为4%的引道下坡,全桥平曲线R=400m。
   此立交为西安市交通的北大门,确保车辆进出的基本流通量,维护正常的交通将是本安装工程施工的基本要求,其次4%上、下纵坡,R400m的平曲线是施工的最大难度,高风险、高强度作业、高成本费用是本工程施工不可避免的客观现实。
   2、现场施工准备
   钢梁通过地方道路进入施工现场后,卸在桥台台后处预先搭设的临时胎架上,现已对台后填土严格控制质量,临时支墩已根据钢梁分块安排实施完成。
   3、施工技术方案
   3.1准备工作
   ⑴主梁杆件在装卸、运输和堆放过程中均保持完好,防止损坏和变形。杆件存放尽可能靠近组装场地。
   ⑵杆件除分类存放外,应按安装顺序排列。构件应置于垫木上。堆放时满足下列要求: 杆件底与地面留有一定净空,一般为100—250 mm;防止浸水倾倒;杆件支点应设在自重作用下杆件不致产生永久变形处。堆放时主桁弦杆不宜超过三层;截面小的杆件不得超过5层。
   ⑶组装前应按施工图清查杆件和预制部件的数量、杆号并进行全面的质量检查。对装运过程中产生缺陷和变形的杆件应按前述有关质量标准和工艺要求的规定予以矫正处理,符合要求后方可使用。经矫正处理后仍不符合要求时应予以更换。
   ⑷组装前应清除杆件上的污秽、泥土等。组装时应严格按施工图及工艺图进行,特别要保证总装胎架的准确。
   ⑸自组装开始起,即保证桥梁的建筑拱度及节点和中心线的正确位置。在拼装过程中随时以测量仪器进行检查,如发现个别节点或杆件中心位置不正确时,应立即调整,并随时检查是否符合设计要求。
   ⑹基础复测:对基础顶面的平整度和准确性做出测定,基础施工人员与钢结构安装施工人员进行基础交验,确认无误。
   ⑺砼基础浇筑完成达到强度后,周围回填完毕。基础立柱和临时支架经验收合格,具备承重条件。
   ⑻立柱顶面放好安装对位漆线,安放好定位装置。
   ⑼大件上的吊耳、起吊环经检验符合要求。
   ⑽桥体防腐施工完成,桥体底部放好定位线。定位所需的测量仪器已安平。
   ⑾桥梁安装用的机具、脚手架、和施工用料准备齐全。
   ⑿对施工人员经过全面的施工,质量及安全技术交底。
   3.2现场拼装
   3.2.1现场胎架安装
   根据现场实际情况,安装顺序从6#墩往2#顺序安装。所以钢梁进场前,在8#—6#墩已完工的现浇梁上拼接临时胎架,进场后钢梁可按照预定的位置和顺序直接放置在胎架上组装,现场胎架按照68米制作,即可同时拼装两块。胎架制作完成后,要对胎架的平曲线和相对标高进行复核,要求与成桥后一致。等胎架上的钢梁段拼装完成后,要及时进行焊缝验收、结构尺寸检查、防腐的补喷及验收。上述全部合格后,方可起吊。
   3.2.2架桥机拼装及技术参数
   根据两箱式的钢箱梁设计,桥机的支撑必须在外沿板以内,即箱体的主结构上,控制的基本要素为:
   块件组装成型的组件不得超过长度34m、宽度6.5 m、吊装重量150吨。桥机总长不少于70m,底车行走轨道辅设在12m以内,内幅净宽不少于7.5m。确保横移天车水平误差在5cm以内。确保纵移桁车坡度在1.5%以内。确保底车在4%上、下坡的牵引动力和制动力,同时行进中本楔跟进,定位后上车挡,搭辅助稳定垛。以两外肋板内、外弧线70m连接弦线为桥机定位基准。组装平台的搭建必须充分考虑桥机曲线往返的内幅空间距离。桥机按YD150—40型布置,导梁和桁梁组装件为六四式军用梁标准型,支点处为加强型;支撑及联接件为八三式军用桥墩;行走为单车承载力60T的双轮平车,配套制动动力,控制柜集中操作,结构形式为双导梁,两侧双轨控制稳定行走,按1.5系数自配重跨孔前移,设计吊装能力150吨,本施工允许吊装130吨。
   桥机在混凝土现浇桥面测放底车行走轨道线,并准确测定现场实际横纵坡度,根据测定坡度数据,规范辅设行走轨道,支垫调平,使轨道连接牢固,线型平顺,符合设计要求。逐步向两头扩展拼装各结构件成型。拼装过程中,要认真检查杆件的质量、损伤程度,及时调整、更换,提前消除隐患。组装成型后,全面检查各销、栓的紧固性、结构设计尺寸误差值、各受力面、点的水平、垂直、平行、对准误差值、确认整体强度、稳定性。对制动、动力、行走车、起吊设备试运行,达到同步、均匀、平稳。电器、电缆、电源检验达到规范标准。桁车运行到桥机尾端的配重位置,复查底车行走轨道的连接、支垫、轨距、水平、平行情况,准备好应急刹车档、上好末端定位车档,桥机悬臂前移至前支撑位置。查到位后前支点、中支点就位情况,利用拨移后轨道校正前、中支点设计位置,误差值控制在10cm以内。支撑前端,稳固中支撑,检查水平、平行情况,按设计、规范校正误差值。空载试运行、确认。
   3.3 组装焊接工艺流程
   开坡口放样→待焊接钢板开坡口→待焊接处表面清理→待焊接钢板拼接→焊缝两侧表面除锈→焊接前预热(0度以下时)→焊接→焊缝表面清理→焊接后热处理→焊缝表面整修→超声波探伤。
   3.4焊接应力消除措施
  1、使用配有温度自动调控仪的加热设备,并且加热、测温、控温性能符合使用要求。
  2、构件焊缝每侧面加热板(带)的宽度至少为钢板厚度的3倍,且应不小于200mm。加热板(带)以外构件两侧尚宜用保温材料适当覆盖。
  3、使用锤击法消除应力,用锤击法消除中间焊接应力时,使用圆头手锤或小型振动工具进行,不对根部焊缝、盖缝或焊缝坡口边缘的母材进行锤击。
  4、拼装完后,采用全部点焊,定位点焊要有足够的强度要求,达到在组装杆件过程中变形,定位点焊长度一般为50~70mm,间距≤600mm,间距每300~400mm加用限位板进行加固,限位板长度不小于500mm,加固完后与母材焊接。整体焊接时先焊接竖向缝再焊接水平焊缝。每道焊缝焊接时,坚持从一头往另一头焊接,每道焊缝在端头预留15cm左右的拼缝释放焊接应力。
   3.5焊接时的温度控制
  1、据焊接接头的坡口形式和实际尺寸、板厚及构件拘束条件确定预热温度。焊接坡口角度及间隙增大时,相应提高预热温度。
  2、熔敷金属的扩散氢含量确定预热温度。扩散氢含量高时适当提高预热温度。当其它条件不变时,使用超低氢型焊条打底预热温度可降低25~50°。二氧化碳气体保护焊当氩气纯度不低于99.95%时,其熔敷金属扩散氢可视同低氢型焊条。根据焊接时热输入的大小确定预热温度。在其它条件不变时,热输入增大5kJ/cm,预热浊度可降低25~50°。电渣焊和气电立焊在环境浊度为0°以上施焊时可不进行预热。
  3、据接头传导条件选择预热温度。在其它条件不变时,T形接头应比对接接头的预热温度高25~50°。但T形接头两侧焊角焊缝同时施焊时应按对接接头确定预热温度。
  4、据施焊环境温度确定预热温度。操作地点环境温度低于常温时(高于0°),提高预热温度15~25°。
  5、焊接前预热及层间温度的保持采用电加热器、火焰加热器等加热,并采用专用的测温度控制仪测量。
  6、预热的加热区域应在焊接坡口两侧,宽度应各为焊件施焊处厚度的1.5倍以上,且不小于100mm:预热温度宜在焊件反面测量,测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处:当用火焰加热预热时正面测温应在加热停止后进行。
   3.6防腐施工艺流程
   钢梁的防腐是保证桥梁寿命的重要因素之一,在防腐体系一定的情况下,防腐处理的质量是保证该桥防腐寿命的关键。钢箱梁板单元的除锈、涂装置于厂房内进行,使涂装工作不受气候的影响,严格按设计的涂装体系要求进行施工。采用如下工艺流程:
   3.6.1内部防腐工艺流程:施工前构件表面杂物清理→焊渣、焊疤、毛刺清理→除锈→刷涂除锈防锈底漆三遍。
   3.6.2外露面防腐工艺流程:
   施工前构件表面杂物清理→焊渣、焊疤、毛刺清理→构件表面喷砂除锈→喷锌→喷铝→喷涂聚胺脂封密漆→喷涂聚胺脂面漆。
   3.7吊装就位
   吊装箱梁分A段、B段、C段、D、E段、F段共6段,每段平行两块,分块已单箱双室为界(含人行道),中间3米连接段后续安装。每段总重量不超过130T,经计算,本桥重量最大两段为E段,总重126T。架桥机按段整体吊装。架桥机尽量在夜间施工,并且高速路封闭4小时。架桥机最大吊重可达150吨,长度34米,第一幅吊装时在B、C、D、E、F段处搭设临时支墩,同样第二幅吊装时在B’、C’、D’、E、’F’段搭设临时支墩,用架桥机吊装。吊装前,先用经纬仪、水准仪等仪器测量其准确位置,并且用油笔标记在箱梁和临时支墩上做出标记,按位放置。吊装前预先确定好桥机的站位及梁段的摆放位置,确定起吊中心,首先起吊焊接成型的右箱组件,试起吊,高度控制在20cm以内,观察钢丝绳头的卡扣,连接销扣,吊板焊接,上下点动确认起吊制动、动力、左右小幅度移动,确认整体结构稳定性,走行平稳情况。然后进行缓慢移动,前移至设计位置,停止桁车,启动卷扬下落至桥台(临时支撑)20cm左右,注意钢箱梁型体较大,容易晃动,尽量不启动复式动作。横移至靠导梁一侧,落于横移滑板上,在梁段移位到大致位置后,进行精细调整。在梁底部预先画上轴线,与立柱顶面中心线相结合,用仪器检测梁段标高和位置,确保安放稳定后方可摘钩。首段钢梁就位后采用定位板和限位板进行可靠的临时连接,待第二段吊装就位后及时进行焊接。主梁两段之间对接应确保尺寸、拱度无误,定位焊须牢固,在一侧已固定好的梁底部须加前焊拖板,调整位置确保梁段轴线对正,标高准确后,经检验无误,焊接接口。组装连接,找正和检验方法,钢箱梁组装时,利用螺旋千斤顶、水平千斤顶调整垂直位置及水平位置,用盘尺和平尺测量箱型对角线偏差,用水准仪测量标高,经纬仪确定轴线应符合设计要求。各构件尽可能在地面预组装及组装,减少高空作业,应确保钢箱梁等重要构件部位的安装误差在允许范围内,各连接部位必须牢固可靠,注意成品及半成品的保护。进入下道工序,即桥机后退30m,将焊接成型的左侧箱体向前移30m暂存。然后将桥机前移到第一孔,按原程序支撑就位,挂勾、起吊、前移到设定位置,横移2—2.5m,卷扬机下落距桥台20cm左右,再横移至导梁一侧,落于横移滑板上,交付下一道工序。拆除后端30m轨道,按以上要求铺设于已架完的第一孔,依次顺序架完所有梁体。
   二、注意事项
   2.1箱体预留通风口,并要有专门的通风设备,以保持箱体的空气流通。
   2.2进入箱体作业人员还要高标准的使用绝缘防护用品,使用安全低压行灯,作业过程要有人在洞口看护。
   2.3登高施工要及安全帶,安全带必须在施工作业处的上方牢固在构件上,不得挂在有锐、棱角的部位。
   2.4起吊要有专人指挥,指挥人员应站在能够照顾全面工作的位置上,吊装机械操作人员必须熟悉起重方案,并听从起重人员的指挥,按起重人员的指令操作,整个吊装作业过程轻拿轻放,要避免碰撞冲击。有条不紊现场其他人员若发现异常情况,立即报告指挥人员,又指挥人员采取措施。
   2.5起调前严格检查吊耳,起吊物应拴溜绳防止起吊中重物摇摆或旋转,交叉作业时应尽量避免在同一垂直位置作业。
   2.6起重物不得长时间在空中停留,所有人员禁止在起重臂或吊物下停留或行走。
   2.7为保证交通安全,主梁就位后在桥上拉设安全网,防止高空作业坠物的隐患,派专人看管。
   2.8为了保护公路路面免受破坏,在钢箱梁到达前,先用200*250*2500的枕木做枕垫,然后将物件吊在枕木之上。
   2.9高空作业除了架设安全防护网为防止电焊飞溅、气割飞溅掉落伤人,焊接时用300*500遮挡板四周挡住,施焊部位及切割部位对钢箱梁底部则采用陶瓷板,将焊缝封挡住,这样保证了铁水不易掉落。
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