钢结构桥梁钢箱拱施工工法

（中铁七局集团武汉工程有限公司）

一、前言

在桥梁建设中钢结构桥梁已得到了较多的应用。西安浐灞生态区1号桥工程为钢箱拱简支钢箱梁拱桥,其钢箱拱节段为八角型截面呈横桥向外倾20°，形成蝴蝶造型,体现了钢结构桥梁造型的美观，有施工快捷等突出优点。通过技术攻关，为钢箱拱的制作和安装积累了经验。该技术通过中铁七局组织的技术鉴定，并获得了科技成果一等奖。随着钢结构桥梁在公路工程中的广泛应用,通过总结，形成工法，以指导类似工程的施工.

二、工法特点

1、钢箱拱采用工厂化分节段制作,施工现场逐节拼装。

2、钢箱拱节段单元按照运输允许的最大长度进行工厂化制造，减少了现场安装的焊接工程量，有利于保证工程质量.

3、钢箱拱节段单元运输时采用特制的锁具进行保护，有效避免运输过程中可能对钢箱拱节段单元造成的变形。

4、钢箱拱节段现场安装时的临时固定支撑，采用“贝雷架”构成，可节约大量辅助钢材.

5、现场安装操作简单，可避免考虑焊接变形对安装施工的影响，简化了施工步骤.

6、安装施工安全可靠，安装精度高，钢箱拱的几何线形可得到有效保证。

7、钢箱拱节段制作及运输与现场临时支撑设置可同步进行，安装时有4个工位可同时施工，可缩短安装施工工期，经济效益及社会效益明显。

三、适用范围

本工法适合于浅水各种钢结构桥梁中钢箱拱结构的施工。

四、工艺原理

钢箱拱节段在工厂以“无余量”制作，相邻节段经预拼装匹配后焊装特制的锁具运输到现场，现场安装时只需控制定位锁具的空间位置即可保证安装精度。现场采用支架定位,安装顺序为由下而上,安装一个钢拱节段后随即固定焊好一个节段。合拢前钢拱始终有一个自由端,不存在钢箱拱节段的焊接内应力.节段端口控制点进行三维测量调整。合拢安装时，采用千斤顶来顶开最后一条焊缝间隙，可保证钢箱拱节段的内应力达到最小的程度.

五、施工工艺及要点 （一）、工艺流程

合格 施工准备 钢箱拱节段工厂制作 合格 临时支撑基础布置 图1:工艺流程图 预拼装、焊锁件 现场临时支撑柱安装 （二)、钢箱拱节段的工厂制作 1、钢箱拱节段的工厂制作原则 钢箱拱节段运输 钢箱拱节段端口托架安装 尽量在当前运输设备允许的范围内进行钢箱拱节段节段的划施工安装准备 分，以增加钢箱拱节段的刚度，减少现场安装的焊接工程量和临时拱脚座安装 支撑柱的数量。钢箱拱节段的长度一般在 11 米、重量在 30 吨左右。

焊缝探伤检验 钢箱拱节段端口测量调整 钢箱拱节段采用在工厂以“无余量”精密控制进行制作，钢箱拱节钢箱拱节段节段段的各零件以CAD图精确放样，用全自动电脑数控切割机下料。零件放样钢箱拱节段端口测时,将钢箱拱节段安装时节段间环缝的焊缝收缩量及钢箱拱节段的预抛高量调整 合龙节段安装 焊缝探伤检验 安装 量作为修正值计算在内。 焊缝探伤检验合格 2、拱脚节段制作时，不必考虑修正值，完全按设计的节段几何要求制作。 箱拱外涂装 3、钢箱拱节段其它节段制作时，安装时的自由端按设计值制作，另整理资料竣工交验 一端，按焊缝预留间隙和焊缝的收缩量进行修正制作.

箱拱理论端口 箱拱制作端口 钢拱顶板 箱拱理论端口 安横隔板 安横隔板 装

留100 mm切割余量。 装 自

焊

由

5、钢箱拱节段节段制作完成后,进行相邻节段间的预拼装.以保证钢接 端

端 4、合龙节段制作时，其一端按箱拱制作端口的要求处理，另一端预箱拱节段的线型，端口的外形尺寸及匹配性，吊杆的相对位置，标记线（定钢拱底板 吊索锚箱 吊索锚箱 修正值 图2：中间钢箱拱节段制作要求示意图

位线,检查线，轴线等）.预拼装必须在特制的胎架上进行。预拼装应以箱拱的空间位置为基准，兼顾端口平齐.经预拼装后的箱拱节段，在两相邻端口焊装临时连接件（锁件）。钢箱拱节段节段现场安装时，只要将临时连接件对齐就可恢复预拼装后的正确线形。

6、焊缝的检测按照《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81—2002)相关条款的要求进行试验和检测。 （三）、钢箱拱节段安装支撑柱的施工

1、钢箱拱节段安装支撑柱的混凝土基础必须落实在稳定的土层上。 2、支撑柱的主体采用“贝雷架”,以节省辅助钢材的用量。 3、根据钢箱拱节段外形,在支撑柱上安装“托架\"。

图3：以“贝雷架”为主体的钢箱拱节段安装支撑柱

图4：钢箱拱节段安装临时支撑及操作平台

牙板

4、搭设操作平台,便于 对钢箱拱节段进行空间位置 调整和施焊,同时可保证施 工人员的安全.

托架

操作平台

“贝雷架”支撑

5、将各支撑柱用钢桁架 连接在一起，以保证拱节安装 时支撑柱的稳定性。

(4）、现场钢箱拱节段安装

1、拱脚节段的安装是整个钢箱拱节段安装工程的重要环节。必须保证其底部轴线定位的准确，尤其是上部端口各控制点的三维坐标值.

2、中间钢箱拱节段在安装时不必考虑环缝焊接变形的影响.对正在安装节段的自由端，如其控制点超出了规范要求，可在环缝间隙上作局部

钢箱拱节段节段安装的临

图5：支撑柱用钢桁架连接

调整，使之满足安装要求。环缝焊接时可不必考虑温度和日照的影响，但必须有防雨和防风措施，焊接工作可全天候进行，焊缝质量按照相关规定检测。

3、合理、正确的焊接 顺序是防止焊接变形的重要 手段，采用多人对称焊接， 用陶质衬垫，尽量避免仰焊。 均可有效防止焊接变形.

4、钢箱拱节段吊装可在地 面吊装或在钢箱桥面上进行 吊装，吊装时采用2台吊车进 行抬吊。

5、对温度、日照的影响, 主要是控制测量时间。对端 口各控制点的测量不得在阳 光照射下进行。因为在阳光

上角板 腹板 ② 顶板

① 上角板 ② 腹板 ① ② ② ① 下角板 ① 下角板 底板 图7：钢拱环缝焊接顺序图

（箭头表示焊接方向）

照射下,钢箱拱节段的上部吸热大，下部吸热小，而引起温差变形。所以，测量的时间必须放在日出前、日落后或在阴天进行。 （5）、钢箱拱节段安装轴线的控制测量

1、钢箱拱节段安装时的测量控制，采用全站仪坐标放样程序，按照导线进行精密测量。

2、钢箱拱节段的轴线是虚的,所以取钢箱拱节段端口为控制点。事先导出各控制点的三维坐标值，列表待验。 （6）、钢箱拱合拢节段施工措施

1、在合拢前精确测量合拢段间的距离。测量工作不得在日照下进行，必须在当天日出前、日落后或阴天,且气温最稳定的时段进行。对合拢段制作余量切割也必须在测量气温同条件状态下进行。

2、合拢节段制作余量切割时，只考虑预留一条焊缝间隙，切割后应检查切割端口的平面度。

3、合拢段吊装到指定位置后,将其两侧与相邻节段的间隙进行调整,让其中的一条焊缝间隙满足焊接要求，另一边的焊缝间隙应尽量为零。

4、第一条环焊缝焊接完毕后，用千斤顶将另一条焊缝顶开，使其达到焊接要求后再将码板固定，并进行环缝焊接.

已焊接 码板1 好环缝 吊索锚箱 吊索锚箱 合龙节段 合龙节段 吊索锚箱 码板2 吊索锚箱 码板2 已 已装 装节 节段 段 码板2 码板2 尽量为零 备注 满足焊接要求

装节 节 段1、钢箱钢箱拱节段工厂生产机具设备(表1） 段 码板1 满足焊接要求 设备名称 型号及规格 需求数量 图8：钢箱合龙节段安装要求示意图（1） 已 六、主要机具设备 已装 数控切割机 半自动切割机 埋弧自动焊机 二氧化碳焊机 角焊机 直流焊机 气刨机 空压机 行车 行车 大连叉车 激光经纬仪 ×20ｍ 2台 2） 图PDT201BL9：钢箱合龙节段安装要求示意图（ 代表用千斤顶的外力来达到焊缝要求 CG1-30P 6台 4台 26台 4台 16台 4台 2台 6台 2台 1台 1台 MZ—1000 NB—500 CS-5A ZXS-400 ZX5—630 0。9ｍ3 10T~20T 50T 5T J2—5DE 测量工具 水准仪 焊接成型胎架 预拼装胎架 DSZ2 自制 自制 1台 1套 1套 测量工具 2、安装现场生产机具设备（表2） 设备名称 汽车起重机 千斤顶 手拉葫芦 全站仪 水准仪 型号及规格 50吨、70吨 20吨～50吨 2T～5T 无棱镜、1秒 DSZ2 需求数量 2台 20台 8台 2台 2台 备注 测量工具 测量工具 七、劳动组织 人力资源配置表（表3）

序号 工作项目 厂内需求 数量(人） 工地需求 总人数 1 1 1 1 1 1 1 / 2 16 20 6 6 / 1 1 3 5 3 2 3 2 2 4 8 46 56 18 22 8 3 3 备注 工程管理人员（20人） 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 生产调度员 工艺技术员 设备管理员 材料管理员 质量检验员 安全管理员 统计员 数控切割工 下料切割工 装配工 电焊工 打磨工 起重工 行车司机 维修工 库管 2 4 2 1 2 1 1 4 6 30 36 12 16 8 2 2 技术工人及其他人员（178人） 10 11 电工 脚手架工 3 / 1 6 4 6 八、质量控制 （一)、执行规范和标准：

1、《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2000 2、《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ 81—2002 3、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000 4、《铁路钢桥制造规范》TB10212-98

5、《公路工程质量检验评定标准》JTGF80-1-2004 （二)、安装焊接检验

1、钢箱拱节段工厂制作误差不得大于2mm。预拼装必须保证相邻端口匹配。

2、钢箱拱节段运输必须绑扎牢靠。到达施工现场要严格检查和验收. 3、钢箱拱节段安装对位时，节段自由端任一控制点的三维值不得偏差 6mm，且单侧钢箱拱节段两对应控制点的偏差应基本一致。

4、制定合理的焊接顺序和焊接工艺,严格按照《建筑钢结构焊接技术规程》施焊，按规定对焊缝进行探伤并做好记录.

5、实施CO2气体保护焊进行钢箱拱节段环缝焊接时，要搭设临时防风棚，以保证焊缝质量.

6、施工测量应注意日照和气温的影响，确保正确采集测量数据。 九、安全措施

1、所有施工人员必须经专业培训合格后方能上岗,特殊工种必须100%持证上岗，并通过经常性的安全生产教育提高施工人员的安全生产意识。

2、现场施工严格执行各项安全规章制度，配备专职安全员，定期和不定期进行安全生产检查，及时发现和排除隐患。

3、施工机械的设置和使用必须严格遵守《建筑机械使用安全技术规

程》的有关规定,并按各种机械的使用要求和有关规定进行保养及维修。所有机电设备实行专人负责操作，并持证上岗，非专业人员不得动用电器设备。

4、现场用电采用“三相五线\"制，严格执行一机一闸一漏电保护器,所有配电箱均采用标准配电箱，箱须加锁，专人负责。

5、汽车吊严格按要求站位，支腿牢靠。吊装前对吊具、锁具、索具、风绳认真检查确认满足规定要求后方可作业。吊装过程中统一指挥信号，参加施工的全部人员必须熟悉信号，以便施工过程协调顺利。

6、施工人员进入现场，必须做好个人保护措施，佩带安全帽。高空作业人员作业时必须脚穿防滑鞋、系好安全带。

7、立体交叉作业时，设置防护隔离层。架子和模板拆除时要设置警戒线,派专人看守。

十、环保措施

设置操作平台时必须保证平台底板无间隙,四周设置5cm高的围护板，在现场焊接施工后立即由专人清扫焊渣,避免落入水体，回收至焊渣回收箱集中处理。焊头由施焊者本人负责回收，在领取焊条时交材料保管员集中处理.

十一、技术经济分析

采用本工法进行钢箱拱节段制作和安装，能有效保证施工质量，缩短施工工期，节约辅助设施的投资,简化安装调整工序，有效地防止了焊接变形,可将焊接应力控制在允许范围内。

1、钢箱拱节段采用无余量精确制作,大大减少了现场安装的切割与焊接施工量,既缩短了安装工期，又提高了施工质量，同时也减少了切割与焊接施工产生的废气、废渣。

2、采用精密测量、控制节段自由端各控制点的三维坐标值，吊装一

段即焊接一段，安装调整简便易行,焊接施工安全可靠。

3、现场安装可在四个工位同时施工，进度快，不窝工。大大缩短了施工工期。

4、对临时支撑柱的要求低，可大量节约成本，经济效益显著。 十二、工程实例

武汉公司承建的西安浐灞生态区1号桥工程为变截面八角钢箱拱简支钢箱梁拱桥，上、下游钢箱拱节段拱脚拱轴线处的横向间距25米，顶部钢箱拱节段拱轴线处的横向间距41米，单侧钢箱拱脚轴线的间距80米。矢高22米。钢箱拱节段由跨中1。5×1。8m(高×宽）渐变至拱脚3.0×3.2m(高×宽），为变截面八角钢箱结构，横向外倾20°形成蝴蝶造型.钢箱拱节段上吊索间距5m，采用121支Ф5mm平行高强钢丝束。桥面主梁采用加劲钢箱主梁型式，属正交异性板构造。钢箱主梁全长75.3米,全宽29.5m。全桥采用“先梁后拱”顺序施工。

钢箱拱节段的制作和安装按照本工法施工，大大缩短了施工工期。该工程的钢箱拱节段安装仅仅35天就施工完毕.并少用辅助钢材 35 吨，节省资金 28 万元。社会效益和经济效益显著。