一种钢箱梁的施工方法与流程

本发明钢箱梁的施工方法，具体涉及一种用于桥梁施工中低矮结构的钢箱梁的施工方法。
背景技术：
：花舞双桥作为上海花博会主景观轴的一道风景桥，为双幅飘带状异型钢结构桥，中间为车行、人行段，两侧为飘带型绿化带。桥梁全长100m，共10跨(0#桥台～10#桥台)，单孔跨径10m，单幅桥梁宽约25m，单跨最重钢箱梁达90t。本工程钢结构异型，高度矮，制作安装工艺难度相当大。本工程花舞双桥钢箱梁的制作与安装受到结构自身高度以及场地限制，常规的钢箱梁焊接与安装工艺存在以下施工难题：①本工程钢箱梁结构太矮仅500mm，无法实现人工箱内焊接作业，从底板到顶板的常规焊接工艺不适用于本工程的钢箱梁制作要求。②现场钢箱梁节段拼装同样无法实现人工进入箱体内焊接，节段箱梁内纵横隔梁拼缝无法焊接形成整体钢结构梁。③由于本工程位于崇明区东平镇，原场地为农用耕地，以高含水率的淤泥质土、黏土为主，外围水系发达，地下水位高，地质条件极差。钢箱梁现场安装采用常规的落地式临时支架地基处理难度大、成本高、耗工时，不适用于本工程钢箱梁的安装施工。技术实现要素：本发明的目的在于，提供一种便于低矮的钢箱梁的施工方法，解决了低矮钢箱梁无法人工进行箱内焊接作业的问题，同时提供了一种新的钢箱梁的施工思路。为了实现上述技术效果，本发明通过以下技术方案予以实现。一种钢箱梁的施工方法，所述钢箱梁的高度为300-700mm，所述钢箱梁用于桥梁施工，包括以下步骤：s1钢箱梁的预制：所述钢箱梁包括若干节预制结构，每节所述预制结构包括若干段预制单元，每个预制单元分别包括顶板以及底板，通过预制方式，在施工前预制出若干个顶板以及若干个底板，所述顶板与所述底板一一对应；s2预制单元框架的拼装：所述预制单元中，通过顶板与顶板之间支撑单元的设置，实现预制单元中框架的拼装；s3预制单元中底板的焊接：通过隔板单元，将所述底板焊接于预制单元的框架中，以此形成顶板在下底板在上的预制单元；s4预制单元的翻转：采用吊装设备，将顶板在下底板在上的预制结构吊起翻转，以形成顶板在上底板在下的预制单元；s5预制结构的形成：按照预制结构的设计需求，将设计数量的预制单元吊至施工位置，进行预制单元之间的焊接，以此形成预制结构；s6钢箱梁的形成：预制结构之间通过封板焊接，形成所述钢箱梁。本技术方案中，利用顶板作为底板，进行整个预制单元的焊接施工，即通过反序焊接，纵横隔板兼做t型排，解决了钢箱梁太低，整个高度过矮，工人无法进入箱体内焊接的问题，实现了小矮钢箱梁的焊接施工，为高度较低的钢箱梁的施工，提供了基础。本技术方案中，利用先预制小节段、再预制大节段的制作工艺，进而分工进行组装，最终通过翻身作业，通过预制单元的反序焊接施工以及预制结构的反向翻转等施工方式，解决了低矮钢箱梁节段拼装过程中，横纵隔板难以焊接的连接问题，其工艺可操作性强，工效高，有效解决了低矮钢箱梁制作和安装中的难题。本技术方案中，相比于一次吊装预制，通过将钢箱梁分割成多个节段，施工中，对于体积庞大的钢箱梁，由于现有设备功率等有限，无法直接运转翻转，而分节段，则很好地解决了这一问题，实现了吊装等的循序施工。作为本发明的进一步改进，所述步骤s1钢箱梁的预制中，所述顶板单元包括顶板、若干个t型结构以及第一肋板，所述第一肋板以及若干个t型结构分别焊接与所述顶板的上方，且若干个所述t型结构之间，相邻的t型结构连接，形成格栅结构。本技术方案中，增加第一肋板以及格栅结构，能够提高整个顶板的强度，相比于现有技术，本方案在施工中，需要在顶板上进行诸多的施工，故通过t型结构以及格栅结构，能够提高整个顶板的强度。作为本发明的进一步改进，所述底板包括底板以及设置于底板上的若干第二肋板，若干所述第二肋板的下表面分别与所述底板的上表面之间焊接。本技术方案中，底板通过单面角焊接，为后续再组装提供基础。进一步地，相邻第二肋板之间设有塞焊孔，为后期与底板的焊接提供条件。作为本发明的进一步改进，所述步骤s1钢箱梁的预制后且步骤s2预制单元框架的拼装前还包括顶板的预处理，所述顶板的预处理为：在施工现场，将顶板置于胎架上，利用隔板，将每个预制单元中相邻的顶板进行拼装定位。本技术方案中，由于施工场地环境复杂，故需要对场地进行预处理，而胎架是预处理的方式之一，胎架能够作为支撑装置，使得顶板单元的焊接以及其他加工，能够有支撑部件，便于进行加工。作为本发明的进一步改进，还包括胎架的施工，所述胎架的施工为；若干平行的型钢之间，通过槽钢固定连接拼装而成。本技术方案中，由于施工场地各种建筑垃圾多以及淤泥等较多，而型钢的强度大，容易获取，便于组装，故采用此种方式施工胎架。作为本发明的进一步改进，所述步骤s2预制单元框架的拼装具体为：所述预制单元中，沿所述顶板的纵向，通过坡口焊以跳焊法的方式，焊接纵向隔板单元，沿所述顶板的横向，通过角焊缝方式焊接横向隔板单元。本技术方案中，顶板的纵向，不与底板接触，故需要采用满焊的方式，使得其与纵向隔板单元，紧密焊接；而对于横向，则需要考虑底板的让位安装等，故采用角焊缝。作为本发明的进一步改进，所述步骤s3预制单元中底板的焊接具体为：沿所述横向隔板，通过底板的塞焊孔，将底板焊接于所述预制单元的框架中，以此形成顶板在下底板在上的预制单元。本技术方案中，施工顺序与现有的相反，故最终形成底板在上的预制单元，满足了对于低矮钢箱梁的内部焊接。作为本发明的进一步改进，所述步骤s4预制单元的翻转具体为：将履带吊置于与待翻转的预制单元呈45夹角的位置处，利用履带吊吊起待翻转预制单元的首部至整个预制单元悬空，将待翻转预制单元的尾部置于首部悬空前位置处，将带翻转预制单元朝向吊起时的反向下吊，即可完成翻转。本技术方案中，充分利用现有的设备，以实现可靠翻转。作为本发明的进一步改进，所述步骤s4预制单元的翻转之前，还包括临时支架的施工，所述临时支架的施工具体为：在桥梁的墩身顶部，通过焊接设置有架空式型钢结构的临时支架。对于淤泥多，需要大面积处理的地基，其成本以及工程量均比较高，此时采用架空式结构，不仅能利用桥墩，而且工期短，成本低。作为本发明的进一步改进，所述步骤s5预制结构的形成具体为：按照预制结构的设计需求，将设计数量的预制单元吊至施工位置，预制单元的顶部设置拼装限位装置，采用马板对相邻预制单元之间的合拢缝进行焊缝处理。本技术方案中，利用马板合拢缝等方案，能够保证焊缝平整，方便施工。有的需要和被焊接的板材焊接，以固定支座。附图说明图1为本发明提供的顶板的剖面图；图2为本发明提供的底板的剖面图；图中：100、顶板；101、t型结构；102、第一肋板；200、底板；201、第二肋板；202、塞焊孔。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。花舞双桥作为上海花博会主景观轴的一道风景桥，为双幅飘带状异型钢结构桥，中间为车行、人行段，两侧为飘带型绿化带。桥梁全长100m，共10跨(0#桥台～10#桥台)，单孔跨径10m，单幅桥梁宽约25m，单跨最重钢箱梁达90t。本实施例根据花舞双桥中钢梁的结构特点，现场作业环境以及钢梁出厂分段情况，采用“工厂预制小节段、运至现场二次拼装成大节段、墩顶搭设纵桥向临时支架、双机抬吊“翻身”吊装就位、大节段间焊接连接成整体、最后安装异型飘带结构”的施工新工艺。一、工厂预制(1)小节段箱梁划分本工程钢箱梁长度方向分为10段，分别为12.5m(首跨)+10m+10m+10m+10m+10m+10m+10m+10m(标准跨)+7.5m(末段跨)。(2)板单元预制本工程板单元件主要有顶板单元和底板单元，主要零件、异形零件通过数控等离子切割机下料，直条采用等离子多头切割机下料。对于重要零件的边缘或焊接边缘应进行机械加工，以保证零件的尺寸和焊接坡口精度，下料时预留加工余量。表1钢结构加工所用的焊接设备1)顶板单元参照附图1所示，所述顶板单元由顶板100、t型结构101和第一肋板102组成，横向宽度为2.5m，顶板与纵横隔板采用双面角焊缝焊接，与加劲板采用单面角焊缝。制作完成后通过运输车运至施工现场进行二次预制拼装。2)底板单元参照附图2所示，所述底板单元由底板200与第二肋板201焊接组成，横向宽度为2m，底板每1m预留一排塞焊孔202，底板200与第二肋板201采用单面角焊缝。焊接完成后运送至现场进行现场二次组拼。二、现场预制2.1场地处理(1)临时便道：在双幅桥中间施工10m宽的施工便道、外侧施工8m宽的施工便道，长度160m(往路基方向各延升30m)。结构层为路基整平压实、铺筑20cm建筑碎砖压实，上面加路基箱保证100吨履带吊含构件重量(45t以下)行走。(2)拼装场地及胎架：在0#桥台北侧位置用50cm厚建筑砖渣铺设一块50m*80m存梁区。在两幅桥0#桥台北侧各硬化一块20m*15m的拼装区，原地面上面填筑20cm厚道渣，浇筑35cm厚c25混凝土，浇筑混凝土时埋置400*400*20预埋板，用于安装h700*300型钢，型钢之间以14#槽钢连接固定的现场拼装胎架。胎架尺寸为12.5m*20m、10m*20m、7.5m*20m。2.2大节段箱梁拼装(1)大节段箱梁划分顶板单元、底板单元运至现场后，顶板单元“垫底”放置于胎架上，进行顶板单元焊接拼装。由于首跨梁长12.5m，为整桥最长、最重的一跨梁，为确保吊装安全，首跨梁4节顶板单元段两两焊接成一个大节段，其余跨4节顶板单元段焊接成一个大节段，其中绿化带(异形飘带状结构)单独后安装。待顶板单元拼接完成后，进行底板封板施工形成大节段钢箱梁体，最后采用逐跨吊装拼接工艺安装大节段箱梁。大节段钢箱梁具体重量及分块见下表2：表2单幅钢箱梁分段统计表位置重量(t)长度宽度高度备注0#～1#89.46412500184845252块总重1#～2#60.62510000151425451块总重2#～3#49.5210000162005651块总重3#～4#69.77710000185005851块总重4#～5#59.58810000186506001块总重5#～6#63.87110000161205951块总重6#～7#74.26310000200005751块总重7#～8#63.50310000178005551块总重8#～9#59.60210000184605351块总重9#～10#60.3337500210005151块总重(2)预拼装在胎架上，将工厂内经过编号的单元板按序排列，待隔板单元与顶板单元定位完成后，仅完成两者间的定位焊，板单元之间采用马板、定位焊固定。定位焊：a.分段钢梁定位结束后，节点处应进行定位焊；b.纠正错位偏差的位置必须定位焊接；c.定位焊焊缝厚度和长度根据对接处的错边量决定，一般情况下定位焊焊缝长度50～100mm，间距不大于400～600mm，并应距设计焊缝端部30mm以上。定位焊厚度不得大于设计焊缝厚度的1/2，定位焊施焊位置在小坡口一侧。为了防止焊接变形，保证箱梁截面尺寸，在接口处设置三角形加劲肋。(3)现场二次组拼本工程钢箱梁现场焊接，待各顶板单元预拼定位完成后，先施焊两两顶板单元间的纵横隔板竖向焊缝，形成稳定的框架，再完成顶板单元间的坡口满焊焊接，以减小焊接变形及后续的矫正工作量。在两个大节段合拢处预留1m宽底板做最后封板。1)顶板-顶板纵向缝①焊缝形式：坡口焊(满焊)②焊前处理：焊接前用砂轮清除表面铁锈，坡口焊时，底层焊道宜采用小直径材料进行填充，底层根部焊道的尺寸应适宜，但最大厚度不应超过6mm。焊缝端部应采用引弧板保证焊缝质量。③焊接顺序：由中间向两侧施焊，宜采用跳焊法，避免工件局部加热集中。④焊接方法：主要采用co2气体保护焊，单面焊双面成型，焊缝底部采用陶瓷衬垫。根据母材材质药芯焊丝co2气体保护焊焊接采用药芯焊丝和纯度99.5％的co2气体。⑤焊接检测：焊缝全长采用100％超声波探伤(ut)检测。2)横隔板-纵隔板缝①焊缝形式：角焊缝②焊前处理：焊接前拆除工厂内粘贴的遮漆纸，必要时对纵横隔板交界处进行打磨处理。③焊接顺序：由中间向两侧施焊，先施焊与顶板和底板均垂直的纵横隔板竖向焊缝，后施焊横隔板与横隔板、顶板焊缝。④焊接方法：主要采用co2气体保护焊，根据母材材质药芯焊丝co2气体保护焊焊接采用药芯焊丝和纯度99.5％的co2气体。⑤焊接检测：因纵隔板厚度12mm，高度不超过500mm，焊接之后变形量太大无法校正。本着技术经济，工程安全的原则墩柱附近的顶板与横向、纵向隔板做熔透焊，100％超声波探伤(ut)检测，其他t排腹板与面板做坡口焊。3)底板-横隔板焊缝①焊缝形式：塞焊缝，塞焊孔规格：15*60mm，间隔100mm布置。②焊前处理：焊接前清理塞焊孔内杂物，将底板上塞焊孔精准与横隔板对接。③焊接方法：采用co2气体保护焊。④焊接要点：由中间向两侧施焊，匀速同步进行。必要时，采用压块进行按压达到变形的底板紧贴横隔板。临时支架本工程钢箱梁安装采用搭设临时支架施工，由于本工程位于崇明区农耕用地，施工期间又正值梅雨季节，地基土质为高含水率软土，临时支架采用落地式需要进行大面积地基处理，工程量大，成本高，因此，本工程临时支架采用架空式置于墩身顶部。在桥墩立柱上设置高度80cm的300*300型钢支墩，型钢支墩采用600*10mm钢管连接，间距3m，设12根，组成承重支架，支架与桥台、地面连接固定。由于大节段钢箱梁间的垂直焊缝施工受桥台台背阻挡，型钢支墩需高出钢箱梁设计顶标高约50cm，用于垂直焊缝施焊作业。原地“翻身”作业:根据本工程低低矮钢箱梁的结构特征，钢箱梁预制采用“顶板单元在下，底板单元在上”的反序焊接工艺。因底板最后焊接，所以梁构件组装完成时，底板面朝上，安装时需要先翻身，再安装入跨。以首跨梁段的拼接工艺为例，梁段原位“翻身”施工流程：预拼→定位→顶板焊接→横隔板与纵隔板焊接→焊缝检测→底板封板→翻身。底板封板结束后，在两端纵向的主纵隔板处焊接翻身吊耳。翻身工作由两台100t履带吊配合进行，节段进行空中翻身，履带吊站位在胎架斜45°方向，同时缓慢在节段s侧端(0#桥台处端侧为n，1#桥墩处为s侧)吊起，直至整个节段悬在空中，通过移动吊臂和履带吊移动，将节段n侧端搁置在放置在地面的枕木上，然后缓慢向抬起时的反方向落下，并将s侧端也放置在枕木上。待节段落稳后及时将吊具更换至节段n侧端。卸装吊具时节段需落地，此时节段大部分重量应由两台履带吊承受，下部必须落在软体物(如枕木)上，严禁节点部位与地面接触，软体物必须放在纵横结构交汇处，且卸装吊具要迅速，以减少履带吊的受力时间，保证翻身的安全。工况分析：桥面板翻身，最重构件为0～1跨，重量45t；两台100t吊机抬吊翻身，100t履带吊臂长24m，起吊半径8m，起吊能力64.9吨,合计起吊能力为64.9+64.9＝129.8吨。总起重量q＝1.1×1.2×45＝59.4t，充分考虑风况等环境因素影响，满足要求。吊装与拼装(1)0#-1#段安装入跨大节段箱梁“翻身”作业结束后，在顶板焊接平行抬吊吊耳(应焊接在主纵横隔板交接处)，然后由两台100t履带吊抬吊配合吊至临时支架之上。起吊前，应在桥台处做好两大节段的合拢中心线标记。两台履带吊配合将一个节段水平吊起，平稳抬吊至与临时支架面平行，此时吊机站定不动，缓缓下放节段到一定高度时，应配合使用手拉葫芦，根据现场坐标系用全站仪在临时支架和永久墩上测量出每个节段的定位点，每个接口至少测量出三个点，来保证节段的位置，保证位置正确后下放至支架。另一大节段吊装采用同样的施工方法，待两大节段钢梁就位后，梁顶设置拼装限位装置。待两节段在临时支架上拼拢后，采用马板对合拢缝进行固定，对大节段顶板拼接焊缝经过碳刨处理后采用埋弧自动焊完成最后焊缝处理。埋弧自动焊焊剂为sj101氟碱性烧结焊剂，碱度为1.8，颗粒度为10-60目，可交直流两用。具有良好的抗潮性，较高的低温冲击韧性。颗粒强度好，电弧燃烧稳定，脱渣容易。底板设1m宽合拢封板，节段吊装前先将合拢封板放置于钢箱梁底部合拢缝下方。大节段顶板合拢缝焊接完成后，将底板封板用手拉葫芦吊起作为临时平台，便于对顶板合拢缝和纵横隔板进行焊缝质量检测。焊缝检测合格后进行底板合拢封板焊接。底板合拢缝封板焊接结束后，采用两台100t履带吊和一台85t汽车吊将整个梁段吊起，待梁段保持平稳后，拆除临时支架，将橡胶支座放置在支座垫石上，并在桥墩两侧最外侧立柱上安放抗震护筒。拆除支架时，将纵向连接梁与型钢支墩割离，保留横向连接梁与型钢支墩一同拉离桥墩立柱，并在桥墩立柱侧身捆绑木方，以免掉落的临时支架损坏立柱。在落梁过程中要随时用水平仪检测箱梁顶板高程或是拱肋顶板高程，直到达到设计高程为止。同时在桥台背梁与梁段端头处用5cm厚木方来做粗定位，保证5cm伸缩缝。梁段位置以手拉葫芦为主要手段来进行微调。(2)1#-10#段逐跨安装1#-10#梁段的4个小节段单元在胎架上拼拢为一整块(不包括异型飘带状结构)后，经过“翻身”后直接吊至墩柱就位(无需临时支架)，并逐跨安装。安装第二跨梁时，与首跨梁安装一样，起吊前将第二跨梁与首跨梁的横向底板合拢缝封板放于箱梁下方，封板宽度2m，封板的起吊与焊接施工与首段梁纵向封板工序一致，横向合拢缝焊接为全熔透。预先在1#-2#梁段端头顶板上焊接卡板作为入跨定位及临时支撑，落架时梁段有卡板一端搭在0#-1#梁段，另一端落在2#桥墩立柱上。其它节段钢梁安装时，做好横向合拢缝处的封板预先放置，在顶板焊接搭接卡板，其他工序同第二段梁一致，在现场胎架整体拼装好后，采用履带吊依次进行安装、落架，其中每段梁段运输方式为履带吊站定，将梁段吊置在已安装好的梁段，然后脱钩移动吊机向前行进，再挂钩吊起梁段前往下一安装好梁段，依次搁置运输到位。效益经济效益本工程采用总价包干、综合单价计价的合同模式，原设计钢箱梁高为800mm，现设计优化为500mm，从人工、材料、设备各方面综合对比，节约经济成本390.39万元，具体经济效益对比详见下表：表3花舞双桥钢箱梁结构设计优化前后经济效益对比表社会效益项目工期效益上海花博会合同工期340个日历天，工期紧，任务重。花舞双桥为园区内最大跨桥梁，横跨园区中心水系，其建造进度将制约花博园区水系工程。本发明将钢箱梁高度减小，减轻了梁体重量，现场钢箱梁吊装可采用整跨安装工艺，大大提高了安装施工进度，为花博会项目进度争取了宝贵时间。本工程花舞双桥作为上海花博会项目的主轴景观桥，采用双飘带式艺术外形，建设标准、外观质量要求极高，本发明提出的低矮钢箱梁制作与安装新工艺，适用范围广。矮结构箱梁焊接、拼装施工难度大，技术含量高，可为后续类似钢结构工程提供有力指导。本工程花舞双桥钢箱梁的制作与安装受到结构自身高度以及场地限制，常规的钢箱梁焊接与安装工艺存在以下施工难题：①本工程钢箱梁结构太矮仅500mm，无法实现人工箱内焊接作业，从底板到顶板的常规焊接工艺不适用于本工程的钢箱梁制作要求。②现场钢箱梁节段拼装同样无法实现人工进入箱体内焊接，节段箱梁内纵横隔梁拼缝无法焊接形成整体钢结构梁。③由于本工程位于崇明区东平镇，原场地为农用耕地，以高含水率的淤泥质土、黏土为主，外围水系发达，地下水位高，地质条件极差。钢箱梁现场安装采用常规的落地式临时支架地基处理难度大、成本高、耗工时，不适用于本工程钢箱梁的安装施工。通过本发明的技术方案，使得本工程的施工，具备如下优势：①将钢箱梁进行合理的节段划分，顺桥向首跨(0#～1#墩)长12.5m，标准跨(1#～9#墩)长10m，末段跨(9#～10#墩)长7.5m，横桥向节段单元宽2.5m，每跨横向分为4个标准节段(车行、人行部分)+2个异型节段(飘带部分)。②钢箱梁预制采用“工厂预制小节段、工地二次拼装大节段”的制作工艺。钢箱梁在工厂预制顶板单元和底板单元，顶板单元由顶板、t型排(纵横隔板)和加劲肋板组成，底板单元由底板与加劲肋板组成。钢箱梁板单元运输至施工现场进行二次组拼，现场搭设作业胎架，采取顶板“垫底”的反序焊接工艺，施焊顶板单元合拢缝，将节段单元拼成大节段，再将底板单元件封盖于t型排之上，底板纵向与纵隔板焊接，横向预留塞焊孔与横隔板焊接成整体，形成完整的大节段钢箱梁体。③在现场胎架上，将钢箱梁节段单元焊拼成大节段，首跨每2个单元节段拼接成一个大节段，其余跨每4个单元节段拼接成一个大节段。大节段拼接完成后，采用2台100t履带吊进行原地“翻身”作业。钢箱梁吊装采用履带吊双机抬吊，墩顶设临时钢支撑架用于首跨梁就位，临时支墩高出钢箱梁设计顶标高约50cm，便于钢箱梁大节段垂直拼缝焊接，待大节段拼装完成后进行最后落梁就位。④在首跨梁吊装就位前，将底板合拢缝封板预先吊至钢梁底部，待首跨先焊接顶板缝再合拢底板，并完成底板焊缝，完成首跨梁整节施工。其余跨钢梁将4个节段单元拼接成整体后一次性吊装就位，逐跨循环作业，完成钢箱梁节段拼装。综上所述，本发明提出了一种针对低矮钢箱梁制作与安装的新工艺，采用顶板单元与底板单元现场二次“反序”拼接工艺，解决了低矮钢箱梁制作过程中，人工无法入箱梁内焊接作业的难题。通过箱梁原地“翻身”作业，墩顶搭设落梁支架，底板预留合拢缝封板等措施，解决了低矮钢箱梁节段拼装过程中，纵横隔板焊接连接难题。本工艺可操作性强，工效高，有效解决了低矮钢箱梁的制作与安装施工中的难题。当前第1页12