大跨度跨線(xiàn)高架橋鋼箱梁的施工技術(shù)研究

蔣成龍

摘 要：針對(duì)跨高速公路的高架橋施工期間需要保障既有高速公路正常運(yùn)行的需求，提出鋼箱梁大跨度采用分段地面拼裝、部分整體吊裝施工成套技術(shù)，解決超長(zhǎng)跨度鋼箱梁的運(yùn)輸難、現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地受限的問(wèn)題。通過(guò)利用現(xiàn)場(chǎng)空間合理安排吊裝方式減少對(duì)既有高速公路的影響，同時(shí)保證新建鋼箱梁高架橋的施工效率和安全。

關(guān)鍵詞：分段吊裝;大跨度鋼箱梁;高架橋;跨高速公路;臨時(shí)鋼支撐

城市高架橋在建設(shè)過(guò)程中既不能中斷現(xiàn)有交通，同時(shí)要降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，其相關(guān)施工技術(shù)、工藝也得到不斷的研究改進(jìn)。以本工程背景為例，跨越高速段為3跨連續(xù)鋼箱梁，跨度為45 m+70 m+45 m，分別為K1、K2、K3跨，5箱截面，橋?qū)挒?5 m，鋼箱梁高度為1.8 m～4.5 m，如圖1。中間跨K2距離高速公路路面垂直方向距離約8 m。

1 施工難點(diǎn)分析

（1）連續(xù)跨鋼橋面寬度大，必須逐片逐跨架設(shè)，施工過(guò)程中橋體結(jié)構(gòu)形式為先簡(jiǎn)支后連續(xù)，致使橋體的內(nèi)應(yīng)力呈不規(guī)則動(dòng)態(tài)變化，控制難度大，須保證鋼箱梁最終安裝狀態(tài)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（2）鋼箱梁箱體豎向截面和橫向截面都有多種線(xiàn)型，必須保證鋼箱梁分塊吊裝拼接時(shí)的精度和穩(wěn)定性。

（3）中主跨跨度達(dá)70 m，跨國(guó)道既有高速，該既有高速公路中間的隔離空間寬度僅1.2 m。如果采用傳統(tǒng)的方法，利用中間隔離空間設(shè)置臨時(shí)支撐的話(huà)，需要封閉高速公路部分車(chē)道來(lái)作業(yè)，其施工安全風(fēng)險(xiǎn)非常高，還嚴(yán)重影響該段高速通行，難以取得相關(guān)部門(mén)的允許。

2 施工方案選擇

鋼箱梁的連接方式與混凝土箱梁不同，其通過(guò)對(duì)接焊縫拼接的方式可將分段的箱梁拼接成一個(gè)整體。由于超長(zhǎng)跨度的鋼箱梁自重大、運(yùn)輸不便，且本次施工場(chǎng)地受限?？紤]到其具有根據(jù)跨徑大小靈活分段的優(yōu)點(diǎn)，將其合理分段，不僅有利于工廠制作、運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)拼裝，而且可有效地節(jié)約成本。因分段的原則需依據(jù)吊裝施工的方式，故采用何種吊裝方案是本次施工的關(guān)鍵要點(diǎn)。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)四種吊裝方案進(jìn)行比選：

方案一，在國(guó)道高速中間1.2 m寬的隔離帶處設(shè)置臨時(shí)支撐點(diǎn)。鋼箱梁有支點(diǎn)，更穩(wěn)定，可半跨吊裝，減輕吊車(chē)壓力等優(yōu)點(diǎn)。但有費(fèi)用增加、需重新鋼箱梁的分段、同時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)極高的缺點(diǎn)。

方案二，既有封掉部分車(chē)道，運(yùn)梁車(chē)停在既有上起吊。運(yùn)梁車(chē)位置相對(duì)來(lái)說(shuō)方便吊車(chē)起吊，有便于施工的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)既有高速的行車(chē)有影響。

方案三，全部鋼箱梁采用雙機(jī)抬吊。此方案有對(duì)吊車(chē)的噸位要求降低的優(yōu)點(diǎn)，卻對(duì)有兩部吊車(chē)的配合要求較高且對(duì)地面吊車(chē)放置空間要求較大的缺點(diǎn)。

方案四，多數(shù)鋼箱梁?jiǎn)螜C(jī)吊，中跨南側(cè)兩塊板梁使用雙機(jī)抬吊。這種方式較為常規(guī)，具有根據(jù)鋼梁的重量和位置靈活選擇方案的優(yōu)點(diǎn)。但有對(duì)吊車(chē)噸位要求較高的缺點(diǎn)。

經(jīng)對(duì)比多種施工方案，最終選擇方案四“化零為整，一跨成橋”模塊化吊裝施工方案，即將箱梁分段分塊預(yù)制運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)分塊拼裝、分段吊裝;現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置四個(gè)臨時(shí)支架作為鋼箱梁搭接的支撐平臺(tái)，分別在支座處設(shè)置臨時(shí)支撐。中跨部分采用單機(jī)吊裝，由于其跨度大則部分用單機(jī)吊與雙機(jī)抬吊相結(jié)合進(jìn)行吊裝。

雙機(jī)抬吊優(yōu)勢(shì)在于能夠克服單機(jī)吊機(jī)作業(yè)半徑有限的劣勢(shì)，同時(shí)更容易控制鋼箱梁在空中的轉(zhuǎn)體的姿態(tài)。在單機(jī)吊時(shí)，如果要控制鋼箱梁在空中的姿態(tài)，需要利用纜風(fēng)繩調(diào)整，采用纜風(fēng)繩調(diào)整效率比較低且只能進(jìn)行微調(diào)，而采用雙機(jī)抬吊在配合指揮下，能夠很高效地調(diào)整鋼箱梁的空中姿態(tài)，從而保證吊裝鋼箱梁的精準(zhǔn)對(duì)接。

3 技術(shù)措施

針對(duì)以上重點(diǎn)難點(diǎn)及對(duì)比鋼箱梁吊裝施工方法提出以下措施：采取工廠分段制作、現(xiàn)場(chǎng)分塊地面胎架上拼裝、分段吊裝的方案，不僅解決超長(zhǎng)超重構(gòu)件難運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題;并且采取單機(jī)吊與雙機(jī)抬吊相結(jié)合、橋上擱橋轉(zhuǎn)換吊點(diǎn)的吊裝方案，既減少對(duì)既有交通的影響;同時(shí)，采取利用BIM模擬施工全過(guò)程解決雙機(jī)抬吊配合難度大的問(wèn)題。

3.1 分段計(jì)劃

首先采取深化設(shè)計(jì)–加工–現(xiàn)場(chǎng)吊裝一體化，即“三位一體”的方式全方位把控鋼箱梁的加工。在策劃時(shí)統(tǒng)籌信息、廠內(nèi)加工、運(yùn)輸能力及吊裝機(jī)械起重能力，確定鋼箱梁分段原則和尺寸。同時(shí)也要保證構(gòu)件在運(yùn)輸和吊裝中變形量控制的問(wèn)題。

經(jīng)研究分析鋼箱梁分段形式確定“支座處橫向分段，跨內(nèi)縱向分段，跨中橫向再分段”的方案。在工廠加工時(shí)，共加工分為46塊。其中，將箱梁橫向按照箱室及翼緣分7塊，縱向按照橋跨結(jié)構(gòu)分10段。如圖2。

綜合分析吊裝作業(yè)環(huán)境及吊裝機(jī)械起吊能力，將吊裝施工分段共分為十九段。其中，支座處四段、K1跨五段、K2跨五段、K3跨五段，如圖3。箱梁橫向加工為7塊，吊裝為5塊，為盡量減少空中拼接工作量，將箱梁翼緣及相鄰箱體在起吊之前焊接拼裝后，一次性吊裝。經(jīng)分析，起重機(jī)械可滿(mǎn)足此工況下的起重要求。

3.2 地面拼裝

3.2.1 平面布置

因在施工期間上跨高速公路段的鋼箱梁，既不能影響現(xiàn)有高速公路及地面道路正常通車(chē)，且空間上受高速公路的限制，作業(yè)場(chǎng)地狹小，無(wú)法搭設(shè)臨時(shí)鋼支撐。因此，在東西兩側(cè)分別設(shè)置鋼箱梁地面拼裝場(chǎng)地。采用400 t、600 t履帶吊各一臺(tái)進(jìn)行安裝拼裝，如圖4。

3.2.2 地面拼裝區(qū)路墊處理

對(duì)拼裝區(qū)地面場(chǎng)地硬化處理，同時(shí)選擇鋼板路基箱作為路墊處理，方便高效的提高地面承載力和平整度。路基箱適用于工地土質(zhì)較軟雜亂路面墊鋪，便于工程車(chē)輛、樁機(jī)、挖機(jī)、旋挖等各類(lèi)重型設(shè)備，車(chē)輛通行施工。由下至上為100厚道砟、100厚碎石墊層，路基箱下部為120厚C30素混凝土。經(jīng)處理后的場(chǎng)地的承載能力高、穩(wěn)定性強(qiáng)、防止變形，易于控制鋼箱梁構(gòu)件線(xiàn)形符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 利用BIM控制施工

利用Reveit軟件進(jìn)行實(shí)體建模，用可視化吊裝工程模擬，采集施工現(xiàn)場(chǎng)建筑物和障礙物的尺寸，如圖5。在模型中輸入已經(jīng)設(shè)定好的起重機(jī)的運(yùn)行和旋轉(zhuǎn)速度，模擬吊裝過(guò)程中起重機(jī)的工作狀態(tài)，檢測(cè)碰撞情況，并實(shí)時(shí)記錄吊裝構(gòu)件的時(shí)間，控制施工場(chǎng)所的交通開(kāi)放和封鎖時(shí)間，確保工作安全的情況下，最大限度地減少對(duì)交通的影響。

3.4 吊裝施工關(guān)鍵技術(shù)及工況分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和吊件的重量，吊裝機(jī)械選用600 t、400 t履帶吊各1臺(tái)，據(jù)構(gòu)件重量決定采用單機(jī)吊裝還是雙機(jī)抬吊?？傮w吊裝的步驟：立柱處臨時(shí)鋼支架安裝→支座段鋼箱梁安裝→邊跨鋼箱梁安裝→中跨一至四分段鋼箱梁安裝→中跨五分段鋼箱梁安裝→完成鋼箱梁焊接后拆除臨時(shí)鋼支架。

鋼箱梁吊裝采取先邊跨后中跨的施工順序吊裝。先簡(jiǎn)單后復(fù)雜，先單機(jī)吊，后雙機(jī)臺(tái)吊的順序依次按節(jié)段順序吊裝。

（1）分別在搭設(shè)ZX2-28～ZX3-3支座段處，安裝Φ609鋼管的臨時(shí)支架。

（2）將400 t履帶吊位于K1跨的西側(cè)停機(jī)位處，將600 t的位于K3跨的東側(cè)停機(jī)位處，然后再分別對(duì)支座處4段鋼箱梁吊裝。支座段箱梁的起重重量為：400 t履帶吊起重重量74.5、116.5 t的箱梁，600 t履帶吊起重109.5、83.5 t的箱梁。

400 t履帶吊的作業(yè)半徑為12 m，吊臂長(zhǎng)度為66 m，額定起重量129 t，均滿(mǎn)足28#、1#支座段吊裝需要。600 t履帶吊的作業(yè)半徑為22 m，吊臂長(zhǎng)度為72 m，額定起重量為135 t超起50 t、95 t無(wú)超起，600 t的履帶吊都滿(mǎn)足2#、3#支座段吊裝要求。

（3）將K1、K3分段箱梁運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)分別在地面胎架上進(jìn)行拼裝作業(yè)，然后采用400 t履帶吊對(duì)K1分段、600 t履帶吊對(duì)K3分段進(jìn)行單機(jī)吊裝。其中，將400 t履帶吊位于K1跨西側(cè)華徐公路上的停機(jī)位，由東向西起進(jìn)行吊安裝;將600 t履帶吊停在K3跨東側(cè)停機(jī)位，由西向東進(jìn)行起吊安裝，如圖6。

（4）K2跨中的一至四分段，在運(yùn)送至東側(cè)地面拼裝處后，用吊機(jī)吊至地面臨時(shí)胎架上進(jìn)行拼裝。將600 t履帶吊停于東側(cè)停機(jī)位，然后用單機(jī)吊吊至臨時(shí)鋼支架上完成安裝。由東向西依次安裝中跨鋼箱梁。K2跨1至4分段箱梁重量由東向西分別是：311.5 t、191.5 t、195.5 t、200.5 t。600 t履帶吊作業(yè)半徑為20 m～30 m，吊臂長(zhǎng)度72 m，若分別配以200 t～300 t超起，起重量可達(dá)到202 t～322 t，在該工況下滿(mǎn)足K2四分段吊裝要求。

（5）K2跨第五分段運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，在地面胎架上完成拼裝。在K2的四段全部吊裝就位后，由于在高空中轉(zhuǎn)換吊點(diǎn)，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。為降低風(fēng)險(xiǎn)與交管部門(mén)協(xié)調(diào)，希望在整個(gè)施工期間對(duì)既有高速公路進(jìn)行臨時(shí)封路后進(jìn)行吊裝作業(yè)，但協(xié)調(diào)后只能于夜間進(jìn)行15 min的臨時(shí)封路，使中跨吊裝難度增加。使用600 t履帶吊將拼好的第5分段單機(jī)吊至事先安裝的4片鋼箱梁上部，然后轉(zhuǎn)換為600 t和400 t履帶吊進(jìn)行雙機(jī)抬吊。首先在地面胎架上完成拼裝工作，然后進(jìn)行吊裝，如圖7。主機(jī)600 t的履帶吊吊裝作業(yè)半徑為20 m，吊臂長(zhǎng)度為72 m，在超起200 t時(shí)起重量最大可達(dá)288 t，符合本分段箱梁重量為260.5 t吊裝要求。輔機(jī)400 t需配合600 t履帶吊主機(jī)進(jìn)行雙機(jī)抬吊時(shí)，600 t主機(jī)臂長(zhǎng)為72 m，作業(yè)半徑為32 m，超起300 t，起重量200 t。400 t輔機(jī)臂長(zhǎng)為66 m，作業(yè)半徑為16 m，超起300 t，起重量230 t，260.5/（200+230）=60.5%

<80%，均符合K2中五分段的每段吊裝重量的要求。

（6）臨時(shí)鋼支撐設(shè)置與拆除。在支座段鋼箱梁的下部搭設(shè)Φ609臨時(shí)支撐，用型鋼將相鄰的臨時(shí)支撐連成整體。其中，邊支座段、中支座段下單側(cè)各六根，使用L140*10型鋼將相鄰臨時(shí)支撐連接成一個(gè)較穩(wěn)定的整體，臨時(shí)支撐拆除前需要確認(rèn)其上各段箱梁已經(jīng)連成穩(wěn)定整體，然后才能進(jìn)行卸載，如圖8。

采用臨時(shí)鋼支架施工對(duì)下部環(huán)境影響小，搭設(shè)較快，整體排架體系較經(jīng)濟(jì)，同時(shí)鋼支撐能周轉(zhuǎn)利用，節(jié)約用材。

（7）焊接。相鄰鋼箱梁吊裝就位后，立即采用靠馬板進(jìn)行就位校正，同時(shí)用來(lái)保證焊縫平整，方便施工。調(diào)節(jié)靠馬板分布在鋼箱梁，鋼箱梁就位校正過(guò)程中焊接對(duì)接存在偏差位置，采用Q235B的30 mm厚鋼板，焊接形式為全熔透坡口焊接。

在分段鋼箱梁吊裝前在對(duì)接口底部搭設(shè)懸掛腳手操作平臺(tái)，形成封閉操作空間，腳手架橫檔補(bǔ)缺，連接采用1.5 m規(guī)格腳手管@500 mm一檔布置，并鋪設(shè)輕質(zhì)合金板。腳手護(hù)欄高度為1.4 m。底部與鋼箱梁交接位置設(shè)置200 mm高鋼制踢腳板?？p隙位置采用石棉布塞實(shí)，確保全封閉，確保防墜物、墜人等危險(xiǎn)源影響到既有高速的行車(chē)安全。

4 結(jié)語(yǔ)

本次工程提出較為先進(jìn)的跨高速公路大跨度鋼箱梁高架橋吊裝的施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大跨度鋼箱梁順利施工，為國(guó)內(nèi)類(lèi)似跨高速或道路的高架橋施工提供借鑒。總結(jié)優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）通過(guò)分析周邊現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，充分利用周邊可利用的空間和大型履帶吊的吊裝能力，利用單機(jī)吊和雙機(jī)抬吊靈活組合，避免對(duì)既有高速公路及現(xiàn)狀地面道路交通的影響。（2）通過(guò)部分現(xiàn)場(chǎng)地面焊接拼裝減輕大跨度鋼梁構(gòu)件的運(yùn)輸壓力，同時(shí)也能符合滿(mǎn)足履帶吊的吊裝能力，很好的保證了施工效率。（3）利用BIM模型示意等軟件模擬吊裝的工況條件，保證施工的安全。（4）利用Φ609鋼管的臨時(shí)支撐提供了鋼箱梁吊裝時(shí)的臨時(shí)支撐點(diǎn)同時(shí)保證了支座段鋼箱梁的穩(wěn)定，方便調(diào)整鋼箱梁之間的高差和鋼箱梁橋的焊接成型。

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