复杂环境下钢箱梁上跨高速公路模块化安装施工技术

1、复杂环境下钢箱梁上跨高速公路模块化安装施工技术1、前言随着国家对装配式建筑的大力支持以及相关政策的实施,我国房屋建筑、道路桥梁的钢结构比例将会大大提升,钢结构建筑、桥梁作 为天生的装配式结构,具有非常大的开展潜能,我国现阶段钢结构桥 梁占桥梁总数的1%左右,而且随着我国跨海、跨江以及城市快速路、 高速公路的建设,钢结构桥梁将会快速开展,钢桥比例将会快速增大.为了加快交通效率,现阶段城市市政道路、高速公路向着立交化 开展,钢箱梁及钢桥施工中,存在大量上跨既有市政道路及高速公路 等情况,且钢箱梁线型复杂、重量、体积大,既有道路车辆流量大, 平安要求高,如何保证平安、高效、符合标准要求地安装,保证跨

2、线 施工平安,对现有道路影响降到最低,对工程施工组织、施工方法都 有较高要求,需要进一步深化研究.中铁六局集团建筑安装工程钢结构分公司在多项公路 钢箱梁上跨既有道路工程施工中,积累了丰富的施工经验与工艺方 法,针对钢箱梁上跨高速公路、城市快速路、既有道路车流量大、行 车行人及导改平安压力大等复杂情况,并结合太原二环高速公路工程 凌井店至龙白段路基ZBLJ1合同段钢箱梁施工开展了工艺方法、施工 方案等研究,合理优化支架布置、桥梁分段、吊装方案,保证了钢箱 梁上跨高速公路平安质量稳定运行, 工期进度按期完成,保证了行车 平安,对道路的影响降到了最低.并形成了工法,取得了一定的技术效益与经济效益.2

3、、工法原理2.1 工艺原理结合上跨既有高速公路钢箱梁施工现场桥墩布置与地形地貌,进行前期合理分段,根据钢箱梁结构形式及尺寸把钢箱梁或钢横梁进行 模块划分,划分为相同加工制作模数及现场安装模数,以划分的钢箱梁模块进行厂内组装及现场安装,采用纵横向同时分段,横向以箱体 为根本单元,纵向分段在避开墩顶及跨中前提下、 加大吊装段梁长为 原那么,尽力减少吊装梁段结合面,避开高速路面,大跨度钢梁在高速 中央隔离带设置分段.2.2 关键技术对临时支架及临时支架根底针对不同跨径、重量进行计算与优化；对占用高速位置临时根底采用预制方式并进行二次浇筑以形成整 体.对较长钢箱梁吊装进行研究,对宽 3-4米、长20余

4、米梁段吊装 稳定性进行研究,采用梁段加固、预先加大设计预拱度方式来保证梁 段不下挠,保证对吊装方法、吊耳形式、位置进行计算.高速公路在 钢箱梁吊装时段进行导改,当日施工结束后恢复道路交通,对高速公 路及快速路等的影响降到最低.钢箱梁的制造采用板单元制造、多节梁段连续匹配组装、焊接和 预拼装同时完成的工艺3、工法特点2.1 可操作性：针对钢箱梁上跨既有高速公路钢箱梁施工,进行 了临时支架优化、临时根底支架优化,并对钢箱梁分段进行科学合理 设置,对既有高速公路影响降到了最低.对此类工程施工具有指导性.2.2 平安性：针对施工场地狭小、高速公路车流量大、钢箱梁跨 径、重量大等复杂环境下上跨既有高速公

5、路钢箱梁施工,进行了施工 工艺与方法研究,对关键施工要点进行了重点说明.2.3 经济性：采用本施工工法进行钢箱梁上跨既有高速公路安装,减少了临时支架用量与根底混凝土用量, 保证了钢箱梁安装稳定 性,降低了支架施工时间,加快了施工进度,并显著降低了工程施工 本钱.4、适用范围本工法适用于中等跨度、大重量钢箱梁、钢横梁等上跨既有繁忙 高速公路及城市快速路安装等施工.5、施工工艺流程及各工序操作要点5.1 施工工艺流程复杂环境下钢箱梁上跨既有高速公路安装施工流程如下：5.2 操作要点5.2.1 施工现场勘测在接到施工图纸后,对钢箱梁上跨既有高速公路及城市快速路进 行现场调查与勘测,对施工现场场地地形

6、地貌,地质状况,周边道路 交通,桥址与现有建构筑物关系等进行测绘,根据调查结果进行钢箱梁上跨初步施工方案与钢箱梁分段进行划分.5.2.2 钢箱梁深化、分段制造以太原东二环凌井店至龙白段凌井店枢纽主线 2号桥钢箱梁上 跨G5高速工程为例,来说明钢箱梁分段原那么：主线桥采取纵、横向 同时分段的原那么,横向分段时,主箱体作为根本的分段单元,主箱体 之间的顶板及横向联结梁均制作成单元件,左、右侧悬臂与最外侧主箱梁因宽度达7.5米,道路运输不便,所以在厂内制作时分开,主箱 体最大分段宽度5.4m以内；纵向分段时,考虑运输条件,长度限制 在18.5m以内.因此钢箱梁最大平面尺寸： 5.4mX18.5m.主

7、线钢 箱梁横向、纵向分段截面图如下列图：地面现场拼装胎架上进行组装,将横向分块组装成整体,长度根据纵 向2出厂段组拼.组装时测量放样出每段的外边线及接口的端头线, 严格根据测量放样边线进行拼装,保证拼装精度.1.1.1.2 根据现场实际情况、出厂构件在现场总组装的实际条件, 方案在工地现场制作2个长24米、宽24米的总拼装平台,作为钢箱 梁的专用拼装钢平台.1个设置在施工现场高速路北侧,平台先在小 里程侧进行梁段拼装,待左右幅及B匝道钢箱梁跨过高速公路后,拆 除平台安装至太阳高速以南大里程侧拼装剩余梁段.平面布置及 立面如下图以左幅为例1.1.1.3 平台硬化地面尺寸为50米*30米,做法为：

8、平整场地, 地面开挖,开挖深度0.5米,对原土进行夯实,然后三七灰土分层回填碾压,最后用压路机碾压,压实系数到达0.97.上部用C20混凝土进行硬化,硬化层厚200mm1.1.1.4 组装平台利用I30工字钢及I20工字钢搭设,30工字钢布置距离以箱梁腹板基线一致,上部 20工字钢以箱梁横隔板距离一致.平台与地面用预埋钢板连成整体,整体焊接后,保持一定刚度FT3PEmiPibiIN-r./-u-ir-W1FIJ%i?ib?"LPi-T bX4工- - -ra!k4t二JJhjir'.fbJI/7KIijr1LPu.jJtu->< .fJr1 'LI:Rh&

9、gt;J11t；1 r<1 【E:r1回1-P、:卜31I7r：J.-rrnr展大好产6组拼平台示意图钢箱梁组拼5.2.4 临时支架优化计算5.2.4.1 临时支架与钢箱梁分段线对应,采用钢管墩支架系统.钢管柱采用.630m由9mm钢管；钢管间设剪刀撑横向联系,横向联 系水平撑采用.325m忻5mmi冈管,斜撑采用L75*8mm角钢.钢管柱 上设工45A双拼工字钢横向分配梁.支架系统钢材均采用Q235基础采用C30混凝土,根底内布置承压钢筋,高速中央及两侧根底尺寸 为4米*5米*1.4米高,高速路两侧临时支架根底尺寸为 6*4.2*0.8 米临时支架根底长度方向与里程方向一致,以保证根底

10、稳定性.5.2.4.2 为了增强支架稳定性,并保证不破坏高速公路设施,除 了高速路中央一组临时支架及左右幅高速路 2侧临时支架外,其余基 础混凝土根底埋在土里,根底上外表标高与现地面标高一致, 根底做 法为：测量根底标高后,进行机械开挖,开挖尺寸比根底尺寸略小 1-2CM然后人工进行修铲；高度根据标高确定,按设计图纸布设钢 筋网片与预埋钢板,C20硅浇筑,养护到达75烦计强度后再根据钢 管柱.混凝土根底根据设计图布置钢筋,浇捣时确定其编号、标高和 钢箱位置.中间临时支架根底设置在高速公路路基上, 采用钢模板搭 设,现场浇筑或者进行场外预制后吊装至根底位置.高速公路与临时支架位置临时支架示意图临

11、时支架根底5.2.5 临时支架制作组立5.2.5.1 单片组对,钢管柱组对时应制作工装胎具,保证钢管柱 高度、钢管柱与法兰垂直度,及相邻两钢管之间平面度.组装时每组 钢管柱分为2片进行组装焊接,待整体就位时把2片钢管柱进行横向 连接.组装时采用线锤吊线方法对法兰上下位置、 左右位置进行找正,我正后进行点焊并校正,校正后进行焊接.5.2.5.2 焊接应对称施焊、采用较小电流,预防钢管柱变形.法兰与加劲板、法兰与钢管采用角焊缝,hf=8mm5.2.5.3 支柱组装焊接完成后质量要求工程质量要求高度公差6M± 1mm3M± 1mm1M0.5M± 1mm上下法兰盘螺栓孔位

12、置向心度± 1mm法兰盘与钢管壁垂直度± 1mm焊缝不得有气孔、裂纹、夹渣等缺陷5.2.5.4 构件除锈和涂装工作应在构件尺寸、外观质量检验合格后进行.采用喷涂或刷涂,涂装防锈底漆一道,厚度n40 pm5.2.5.5 支架就位,待单片组装焊接完成后,利用 25吨吊机进行钢管柱就位,采用吊锤、水准仪等进行垂直度、标高的测量,保证钢管柱垂直度与标高.垂直度偏差小于等于 5mm标高偏差小于等于 2mm边跨临时支架组立5.2.6 钢箱梁吊装焊接5.2.6.1 根据梁段制作分段及分批次进场方案顺序,左右幅为6个吊装段,B匝道为10个吊装段,全局部3轮进行吊装,吊装次序 为从小里程至大

13、里程.为了减少对高速公路行车影响,保证平安及加 快施工进度,高速公路绿化带中央布置一组临时支架,其中左右幅为在组装平台整体组装为横向5段；纵向2个运输段组拼后并进行吊装. 根据现场桥梁下部结构完工状态,方案先进行左幅、接着右幅、最后 B匝道的顺序依次进行.5.2.6.2 跨高速路吊装待高速路半幅交通导改封闭后进行,吊装 占用高速公路半幅道路,按横向顺序进行,待吊装完半幅后,车辆导 改至已吊装完车道,吊机转移至另半幅车道进行剩余箱梁吊装.5.2.6.3 高速路面上施工时,采用一条车道封闭,另一条单向行 车变双向行车的方式进行交通疏导.5.2.6.4 全桥贯穿高速公路后,恢复通车.在距施工区1.5

14、km处开始设置警告标示,限速标示,并在桥面两侧搭设防护网、防火布.5.2.6.5 钢箱梁拼装定位好后,清理接缝,进行正式焊接,顶板 焊接要搭设防雨防风棚,防雨棚用架子管搭设,用防火、防雨苫布封 闭.施工时,棚内安装行灯照明,应在环境到达规定的情况下才能进 行施工.焊接顺序,焊接时纵向根据先跨中后跨边,横向焊接顺序 为：腹板一焊箱体顶板底板一悬挑梁一检查焊缝的外观质量一无损探 伤.钢箱梁顶板和底板的焊接应根据先焊接受压区后焊接受拉区顺序 焊接,如跨中位置,应先焊接顶板后焊接底板,在弯矩根本一致时,可采用顶板和底板同步等速焊接O 6、施工机具与材料6.1 主要用材料：主材钢板Q345qD、油漆；焊

15、丝、焊齐心CO2 气体、氧气丙烷、喷砂钢丸等.6.2 机具设备本工法采用的机具设备见表 6.1.表6.1机具设备序 号设备、仪器名称制造厂规格、型号数量状况备注1门式切割机4台良好2埋弧焊机5台良好3数控等离子切割 机1台良好4端铳机1台良好5液压男板机1台良好6液压折弯机1台良好7数控平囿钻床2台良好8车床1台良好9钻床1台良好10CO2焊机10台良好11交流电焊机2台良好12碳刨机1台良好13除锈抛丸设备1套良好14汽车吊徐工QAY260t2台良好15汽车吊徐工25t2台良好16汽车吊徐工120t1台良好17运梁车100t2台良好18CO2焊机15台良好19埋弧焊机5台良好20直流电焊机Z

16、X5-5003台良好21千斤顶100t20台良好22千斤顶50t10台良好23喷涂机1台良好24焊条烘干箱HY704-11台良好25栓钉焊机2台良好26磁力钻4台良好27角磨机10台良好7、质量举措7.1 工程质量限制验收标准该施工技术的施工验收质量依据有?铁路钢桥制造标准?(Q/CR9211-2021)、?钢结构施工质量验收标准?(GB50205-2001)、?桥梁用 结构钢?(TB/T714-2021 )、?铁路桥梁钢结构设计标准?(TB10002.2-2005)、?公路桥涵施工技术标准?JTG/T F50-2021.7.2 .质量保证举措(1)焊接质量限制：在焊接过程中保证适宜的环境气候

17、,保证环 境气候对焊接质量无影响；焊接作业人员须持证上岗,焊前要熟悉有 关图纸和工艺文件,严格遵守焊接工艺进行作业,焊接过程中治理人 员全过程旁站；质检人员应定期及不定期检查焊接工艺指导书的贯彻 执行情况.并对焊缝外观、内部质量进行检测、发现问题及时反映、 解决；无损检测,锤击试验进行全面检查,假设发现问题及时整改.(2)钢箱梁因焊接产生纵向和横向变形,要对焊接变形进行测 量,掌握变形数据及变形规律,以提升限制精度的准确性,一般情况 下,环缝焊接产生的纵向收缩为 35mm,横向变形为1.5mm.在钢 箱梁下料时,应考虑纵向变形和横向变形,长度和宽度方向增加 35mm及1.5mm.中央轴线和起拱

18、高度应每天都做好施工记录,确保符合设计要求和标准.全站仪和水准仪应随时进行跟踪检测,并做 好检测记录.(3)为了保证桥梁总长和成桥线型,要编制具体的线型限制要 求和各阶段各分段的线型限制数据.在施工中,采用信息化施工技术, 在箱梁施工全过程进行线型监控, 监控内容包括整体中央偏位、纵坡 高程、横坡高差、预拱弧线偏位、节段长度以及总长等,监控方法是 通过精密全站仪、水平仪进行精密测量,在每个节段完成后及时根据 标准进行验收,并检查是否符合线型要求,如发现问题,应及时调整 高差、焊接顺序及间隙.8、平安举措8.1 对各种施工机械编制操作规程和操作人员岗位责任制,专机 专人使用保管,特殊工作必须持证

19、上岗.8.2 平安用电,所有电缆、用电设备的撤除、车间照明灯均由专 业电工担任,要使用的电开工具,必须安装漏电保护器,值班电工要 经常检查、围护用电线路及机具.8.3 切实搞好防火工作.氧气、乙快、二氧化碳气要放在规定的 平安处,并按规定正确使用,车间、工具房、操作平台等处设置足够 的灭火器材.8.4 施工现场设平安工长进行现场平安举措的落实与治理,对现 场施工人员、现场机械设备及现场用电进行统一治理. 要求参加施工 的特工作业人员必须是经过培 训,持证上岗.施工前对所有施工人 员进行平安技术交底.进入施工现场的人员必须戴平安帽、穿防滑鞋,电工、电气焊工应穿绝缘鞋,高空作业必须系好平安带8.5

20、 作业前应对使用的钢丝绳、工具、机具、设备进行检查,安 全装置齐全有效,吊车应配置保险装置.8.6 起吊钢构件时,提升或下降要平稳,预防紧急制动或冲击, 严禁歪拉斜吊.专人指挥,信号清楚、响亮、明确,严禁违章操作. 构件安装后必须检查其质量,确实平安可靠前方可卸扣.每天工作必须到达平安部位,方可收工.8.7 钢箱梁在路上交叉焊接时,箱梁底部应搭设临时防护网,防 止焊渣、材料、人员下落.钢箱梁及支架两侧临路边要设置临时护栏, 护栏高度1.2米,采用5cm钢管骨架,细部采用密目平安网围挡.9、环保举措9.1 严格根据国家环境保护法和地方性法规的规定执行.9.2 做到文明施工,施工材料、机具要存放整

21、洁、场地要清洁. 垃圾、废弃物集中堆放,并用车运至指定地点抛弃.9.3 施工基地及生活区严格执行平安值日制度和门卫登记制度, 动火审批制度.易燃、易爆作业现场,生活小区等要害部位要设置消 防器材和明显的防火警示标志.9.4 作业现场保持清洁整洁,平安防护设施完善,垃圾不得乱堆 乱放、预防尘土飞扬,做到工完料净场地清,垃圾日产日清.9.5 施工现场作业人员严禁随意倾倒垃圾、 废料,采取有效举措, 预防施工区域的废油、污水污染.10、效益分析以太原东二环凌井店至龙白段钢箱梁制作安装工程为例,本工程为太原东二环高速钢箱梁跨越 G5京昆高速太阳段,经过实践,总结 该技术的经济效益和社会效益如下：10.

22、1 经济效益采用本工法及关键安装技术进行施工,工艺方法、施工方案等研 究,合理优化支架布置、桥梁分段、吊装方案,保证了钢箱梁上跨高 速公路平安质量稳定运行,工期进度按期完成,保证了行车平安,对 道路的影响降到了最低.采用该项施工技术进行施工,安装施工工期 比顶推技术缩短1个月；劳动力减少30人；并节约了顶推设备投入. 具体经济效益比照见下表.表10.1经济效益比照表序号比照工程其他施工方法本工法节约费用1钢梁安装人工投入2800工日1800工日30力兀2施工工期4个月2个月节约工期2个月,节 约费用40方兀3顶推等其他设备50万050万4高速封闭时间100天52天减少高速封闭48天节约费用合计

23、120万元采用本施工技术跨既有高速吊装钢箱梁与以往顶推、满堂支架等工艺相比,人工费本钱减少30万元,设备投入减少50万元,因进度 加快2个月节余本钱40万元,总共产生经济效益120万元,同时保 证了产品质量及施工平安.10.2 社会效益通过此种复杂环境下上跨既有高速公路钢箱梁安装施工技术,保证了钢箱梁上跨既有繁忙高速公路施工质量平安及进度,圆满完成了 施工任务.对上跨城市快速路、高速公路的钢箱梁制作安装工艺进行 了总结,在城市市政快速路、高速公路钢箱梁等类似结构的制作安装 工程建设中具有较强的使用性和指导意义；加快了钢结构桥梁的推广 及运用,有一定的社会效益.11工程实例实例一：太原东二环高速

24、公路凌井店至龙白段钢箱梁工程 太原二环高速公路凌井店枢纽位于山西省太原市阳曲县凌井店乡凤咀新村北侧约260m,主线及B匝道上跨太阳高速G5京昆高速阳 泉至太原段.钢箱梁分为主线与B匝道2局部.主线分左右幅,孔 跨布置为35+50+35m桥梁全长128m,左幅中央桩号-0+004.5 ,右幅中 心桩号-K0+002.上部采用钢箱梁,下部桥墩为柱式墩,板台采用肋 板台,根底均为钻孔灌注桩.B匝道位于太原二环高速公路凌井店至 龙白段枢纽在寿阳县凌井店村东南 100米处,上跨太阳高速,中央里 程BK1+134上部采用40+56+40ni冈箱梁下部桥墩为柱式墩,桥台为肋 板台,墩台均采用灌注桩根底.施工工期为 2021年8月至2021年12 月.本工程通过此安装施工技术,保证了主线2号桥及B匝道钢箱梁 上跨既有G5京昆高速公路主线施工质量平安及进度,加快了施工进 度,降低了对高速公路的行车影响,节余了工程本钱,降低了环境污 染,圆满完成了施工任务.实例二：G2003太原绕城高速公路太原西北二环义望至凌井 16店段钢箱梁工程.G2003太原绕城高速公路(太原西北二环)义望至凌井店段钢箱 梁工程,太原西北二环工程凌井店枢纽F匝道在FK0+593.728处上跨B匝道；在FK0+818.237上跨平阳高速公路；在 FK0+