一點(diǎn)交叉多層次蝶形立交鋼箱梁跨既有高架橋施工技術(shù)

龍厚全

【摘要】一點(diǎn)交叉、全定向多層互通立交的形式在全國都比較少見，它適應(yīng)城市發(fā)展需要，占地面積小，通行能力比較好，將來會(huì)越來越受到重視和推廣，本工程一點(diǎn)五層立交施工的場地布置、臨時(shí)支架設(shè)計(jì)、鋼箱梁的吊裝施工、臨時(shí)支架的拆卸、線形監(jiān)測控制等施工技術(shù)、設(shè)計(jì)理念可節(jié)約土地、減少投資、綠色環(huán)保，有較大的適用價(jià)值，可為各地同類型橋梁的施工設(shè)計(jì)提供有利的參考。

【關(guān)鍵詞】一點(diǎn)交叉；多層立交；鋼箱梁施工技術(shù)

1、項(xiàng)目背景

按照蘇州綜合交通規(guī)劃，蘇州中環(huán)快速路是城市“井字加環(huán)”快速高架橋路網(wǎng)的重要組成部分，承擔(dān)著蘇州市區(qū)各組團(tuán)之間的聯(lián)系作用。中環(huán)快速路的建設(shè)不僅構(gòu)架蘇州綜合交通運(yùn)輸體系，同時(shí)拉開城市的發(fā)展空間，建設(shè)意義非常重大，被列為蘇州市重點(diǎn)工程。

蘇州市中環(huán)快速路高新區(qū)段（312國道-玉山路南）二標(biāo)段工程由中鐵一局集團(tuán)有限公司承建，是連接中環(huán)快速路西線高架橋與太湖大道高架橋的樞紐型、全定向、一點(diǎn)交叉五層互通立交，為中環(huán)西線的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程。目前這種立交橋的形式在全國都比較少見，它適應(yīng)城市發(fā)展需要，占地面積小，通行能力比較好，將來會(huì)越來越受到重視和推廣。本工程的實(shí)施讓我們積累了寶貴的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了一批懂技術(shù)、懂管理的復(fù)合型人才。

2、工程概況

本工程北起銅墩街南，南至金珠路南，主要內(nèi)容有高架橋主線、互通立交匝道、地面道路等。

主線高架橋起止里程樁號(hào)為JFK1+924.512～JFK2+639.312，長714.8m，新建立交在跨越太湖大道高架橋部位為鋼箱梁，中環(huán)主線高架橋的非立交部位為預(yù)制混凝土箱梁，其余部位為現(xiàn)澆混凝土箱梁。本工程分五層，八條匝道，匝道總共長4181m。

第一層：鹿山路、金楓路地面道路（已建道路，本次部分拓寬改造）。

第二層：A（EN）、B（NW）、C（WS）、D（SE）匝道與太湖大道（沿鹿山路的已建高架橋）拼接，采用現(xiàn)澆混凝土箱梁。

第三層：E（ES）、G（WN）匝道，上跨太湖大道高架橋。E匝道（E02-E05）和G匝道（G02-G05）為三跨的連續(xù)鋼箱梁，梁高是2.2m，頂寬是10m，底寬是7.06m，跨徑組合均為45m+65m+45m，各有一聯(lián)，結(jié)構(gòu)中心全長155m，鋼箱梁的形式為等高的連續(xù)直腹板鋼箱梁，主梁的橫斷面為單箱室鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂板的橫坡與道路的橫坡一致，底板則按平坡來設(shè)計(jì)。

第四層：F（NE）、H（SW）匝道，上跨E、G匝道。F匝道（B07-F03）、H匝道（D07-H03）為三跨的連續(xù)鋼箱梁，跨徑組合均為50.5m+65m+50.5m，結(jié)構(gòu)中心全長166m，其他的設(shè)計(jì)參數(shù)與第三層E、G匝道相同。

第五層：沿金楓路的中環(huán)主線高架橋，采用等截面的簡支鋼箱梁，2.0米的梁高，25.5米的梁寬，跨徑為50m，共1聯(lián)。

太湖大道高架橋的路幅寬度是25.5m，橋面高度是8m，地面道路交叉口段的路幅寬度達(dá)55.25m，地面一般段的路幅寬度也有50.5米。如圖一所示：

圖一：太湖大道立交橋效果圖

3、工程難點(diǎn)

本工程施工難點(diǎn)較多，主要有：

（1）施工場地狹小，交叉點(diǎn)多，而且現(xiàn)場四周被外資企業(yè)包圍，廠區(qū)車輛頻繁進(jìn)出，穿插在施工區(qū)域內(nèi)，只能半幅路開放，對(duì)施工干擾大，存在較多的安全隱患。

（2）地處鹿山路（太湖大道）與金楓路交叉口，太湖大道高架橋是蘇州城區(qū)通往高新區(qū)西部的唯一主通道，車流大，交通組織難度大，交通安全隱患多。

（3）大型吊裝工程多，安全風(fēng)險(xiǎn)大。本工程鋼箱梁、預(yù)制梁均為大型構(gòu)件，其中鋼箱梁最大約270噸，最大起重高度約32m，并且集中于一點(diǎn)立體交叉，上下層交叉施工相互制約，周邊高橋墩密集，場地受限，吊裝工作是本工程最大的難點(diǎn)，也是本工程控制性關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。預(yù)制混凝土梁用于中環(huán)主線高架橋的非立交部位，有160片，梁重約80噸，安裝高度最低24m，最高30m，施工場地狹小，吊裝風(fēng)險(xiǎn)也很大。

（4）中環(huán)跨太湖大道高架段的主線，匝道墩柱的布置比較密集，最高橋墩達(dá)到了28m，高橋墩、蓋梁的施工安全風(fēng)險(xiǎn)非常大。

（5）現(xiàn)澆箱梁44聯(lián)，支架最高達(dá)20米，支架約70萬立方米，箱梁混凝土3萬多立方米，工程量大，工期非常緊。

4、關(guān)鍵技術(shù)

本工程中的鋼箱梁主要有兩種形式。第一種為第三、四層匝道單箱單室的鋼箱梁，橋?qū)?0m，箱梁均布在緩和曲線上，最小曲線半徑分別是125m和90m。第二種為第五層的直線型多箱的鋼箱梁，橋?qū)捠?6m。

因立交核心區(qū)吊裝場地狹小，并集中一點(diǎn)立體交叉，上跨既有高架橋及匝道，施工難度大，根據(jù)現(xiàn)場情況，先選好吊裝順序，臨時(shí)支架布置，再根據(jù)支架布置形式確定鋼箱梁的節(jié)段劃分。在現(xiàn)場吊裝施工時(shí)，重點(diǎn)做好吊裝機(jī)具的選擇及驗(yàn)算，場地布置與基礎(chǔ)處理，箱梁節(jié)段定位及箱梁線型控制，吊裝過程中鋼箱梁的變形監(jiān)測、臨時(shí)支架的監(jiān)測，以及臨時(shí)支架卸載過程中的監(jiān)控等。

核心區(qū)域場地狹小，做好吊裝場地布置和現(xiàn)場臨時(shí)支架的設(shè)置是本項(xiàng)目的重點(diǎn)。

鋼箱梁吊裝單元的吊裝定位，決定了整個(gè)的安裝精度和施工質(zhì)量。

采用全站儀對(duì)梁段安裝軸線與線形進(jìn)行測量。

5、管理措施

為使施工過程處于可控狀態(tài)，保證總體工期目標(biāo)、質(zhì)量目標(biāo)、安全目標(biāo)，需要做好以下幾點(diǎn)。

5.1必要的保障支持

（1）組織保障：成立以施工單位項(xiàng)目經(jīng)理為首的攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組，為項(xiàng)目的實(shí)施提供有利的領(lǐng)導(dǎo)班子。

（2）資金的保障：準(zhǔn)備專項(xiàng)建設(shè)資金，保證本工程的順利實(shí)施。

（3）人員保障：參加研究的人員要穩(wěn)定，不在實(shí)施過程中進(jìn)行調(diào)動(dòng)，保證項(xiàng)目資料及數(shù)據(jù)的專人保管性。

（4）設(shè)備保障：用于本項(xiàng)目部的機(jī)械設(shè)備特別是試驗(yàn)設(shè)備要結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行購置，滿足項(xiàng)目實(shí)施過程中的試驗(yàn)要求。

5.2組織管理措施

本工程建立施工單位項(xiàng)目經(jīng)理總負(fù)責(zé)、總工具體負(fù)責(zé)的質(zhì)量安全責(zé)任制，全面實(shí)施各項(xiàng)目標(biāo)管理，橫向到邊，縱向到底，權(quán)責(zé)清晰的管理機(jī)制。

5.3組織實(shí)施的步驟

（1）成立項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)小組，編寫有關(guān)質(zhì)量安全管理制度，明確小組成員的分工。

（2）編寫項(xiàng)目實(shí)施方案。

（3）按照方案做準(zhǔn)備，主要包括技術(shù)資料、材料構(gòu)件、儀器設(shè)備、監(jiān)測點(diǎn)布置與原始數(shù)據(jù)采集。

（4）嚴(yán)格按照方案組織施工，加強(qiáng)施工過程控制。

（5）及時(shí)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)分析、判斷，指導(dǎo)施工。

（6）整理原始資料，匯總分析，得出項(xiàng)目成果報(bào)告。

6、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益及前景分析

6.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)的效益分析（含經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益）

（1）城市高架橋施工在各地都十分普遍，我們通過本項(xiàng)目積累了大量寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，也培訓(xùn)了建設(shè)人才。

（2）本項(xiàng)目在安全施工前提下，有效地控制了工程變形，提高了工程質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度，同時(shí)節(jié)約了成本。

（3）本項(xiàng)目位于重要的交通樞紐，安全、高質(zhì)量、按時(shí)完成施工，為施工單位創(chuàng)造了很高的社會(huì)效益。

6.2推廣應(yīng)用前景分析

一點(diǎn)交叉多層次蝶形立交橋施工技術(shù)，在城市建設(shè)中有著十分廣闊的前景。

7、主要成果

本工程一點(diǎn)五層立交施工的場地布置、臨時(shí)支架設(shè)計(jì)、鋼箱梁的吊裝施工、臨時(shí)支架的拆卸、線形監(jiān)測，對(duì)于城市橋梁建設(shè)給出了一個(gè)全新的施工理念，節(jié)約土地、減少投資、綠色環(huán)保，有較大的適用價(jià)值，可為各地同類型橋梁的施工提供有利的參考。

7.1施工場地布置

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場條件，制定詳細(xì)的施工方案，科學(xué)合理地進(jìn)行場地布置，充分利用有效資源，對(duì)每一施工環(huán)節(jié)都詳細(xì)計(jì)算、評(píng)估，確保施工順利進(jìn)行。

本工程成功地采用BIM技術(shù)，真實(shí)還原現(xiàn)場環(huán)境，規(guī)劃拼裝場地，模擬吊裝工況，保證了吊裝工程順利實(shí)施。

7.2臨時(shí)支架設(shè)計(jì)

在吊裝過程中，為了盡量保證既有道路（太湖大道高架、鹿山路）的通行，臨時(shí)支架的設(shè)計(jì)顯得非常重要。吊裝過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，隨著鋼箱梁的就位，梁體的縱橫向偏差、板梁間隙等會(huì)發(fā)生變化，通過臨時(shí)支架的精確設(shè)計(jì)來確保施工質(zhì)量。

采用midas軟件對(duì)鋼管支架進(jìn)行安全穩(wěn)定性驗(yàn)算。

7.3鋼箱梁的吊裝

通過BIM技術(shù)，模擬吊裝工況，檢查吊裝過程中空間是否滿足要求。

7.4臨時(shí)支架拆除

在臨時(shí)支架拆除后，鋼箱梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生了根本性的變化，由支撐受力轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)自身的受力，支架與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力會(huì)超出安裝時(shí)的初始應(yīng)力。施工單位對(duì)此予以足夠地重視，切實(shí)采取可靠的安全措施，防止支撐架或結(jié)構(gòu)的垮塌事故。

7.5鋼箱梁梁體的線型制控

通過對(duì)梁體的標(biāo)高、預(yù)拱度、臨時(shí)支墩的測量，確保鋼箱梁整體線型達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這也是施工監(jiān)控的主要內(nèi)容。

因運(yùn)輸條件、吊裝條件、施工環(huán)境，以及設(shè)計(jì)要求等，鋼箱梁通?？v向分段，橫向分片，把閉口完整的鋼箱梁分割成幾個(gè)開口單元。到施工現(xiàn)場將這些片段組裝拼接成較大的整體，再進(jìn)行吊裝施工，最終實(shí)現(xiàn)鋼箱梁的架設(shè)。主梁撓度的變化非常復(fù)雜，要做好以下三方面：

（1）通過高精度測量與校正，做好箱梁梁段的吊裝和調(diào)整。

（2）臨時(shí)支架拆除后，鋼箱梁就靠自身結(jié)構(gòu)受力，轉(zhuǎn)換受力的過程中，特別要防止支撐或結(jié)構(gòu)垮塌事故的發(fā)生。

（3）本項(xiàng)目的鋼箱梁整體拼裝正值夏季，鋼結(jié)構(gòu)的晝夜溫差有40℃左右，梁的合攏段選擇在日出前的早上5：00至7：30，或者陰天進(jìn)行，盡量減少溫度變形。

7.6數(shù)據(jù)分析，以匝道鋼箱梁為例說明

施工監(jiān)控過程中，根據(jù)階段撓度及梁段累計(jì)撓度，對(duì)各梁段標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測，布置在主梁位移監(jiān)測點(diǎn)的觀測結(jié)果如下：

鋼箱梁在施工過程中箱梁的撓度變化基本和理論計(jì)算一致，在整體安裝完成拆除支架后，箱梁中跨跨中預(yù)拱為74mm，邊跨跨中分別是58mm與30mm，在橋面鋪裝完成后跨中預(yù)拱為56mm，邊跨跨中分別是20mm與18mm，橋面線型平順，滿足設(shè)計(jì)要求。

通過鋼箱梁在施工過程中監(jiān)測結(jié)構(gòu)變形表明：鋼箱梁實(shí)際變形值與理論變形值基本保持一致，鋼箱梁工況鋼箱梁實(shí)際最大變形值滿足施工規(guī)范相應(yīng)要求。

各種工況下，同一梁段上的監(jiān)測點(diǎn)實(shí)測撓度變化大致相等，表明鋼箱梁并沒有出現(xiàn)橫向扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

鋼箱梁在施工過程中箱梁的撓度變化基本和理論計(jì)算一致，在整體安裝完成拆除支架后，橋面鋪裝完成后的G匝道邊跨跨中預(yù)拱度為-11mm，其他跨跨中最大預(yù)拱度是56mm，邊跨最大預(yù)拱32mm為橋面線型基本平順。

通過對(duì)支墩身沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)測，墩身沉降未見明顯的不均勻變形，且變形數(shù)值穩(wěn)定在支墩的壓縮變形范圍內(nèi)，箱梁安裝過程中未出現(xiàn)明顯的偏壓，未影響結(jié)構(gòu)安全。

結(jié)語：

本工程工期緊，工程量大，施工技術(shù)特別復(fù)雜，缺少可借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)，并且受自身知識(shí)水平的限制，施工中某些技術(shù)環(huán)節(jié)和管理措施還不盡完美，將在以后的工程實(shí)踐中進(jìn)一步深入研究，使一點(diǎn)交叉多層次立交橋梁施工技術(shù)更加成熟。