跨既有線鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)分段吊裝施工技術(shù)

【摘? 要】論文結(jié)合銅仁市沿河經(jīng)印江（木黃）至松桃高速公路土建TJ-10合同段九江樞紐互通F匝道大橋跨松銅高速鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工，主要敘述了該跨既有線鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)施工面臨的運(yùn)輸困難、地勢(shì)陡峭、吊裝困難、吊裝安全隱患、占用既有松銅高速等問題，通過鋼結(jié)構(gòu)分段運(yùn)輸?shù)跹b、借用既有高速、搭設(shè)臨時(shí)支架及臨時(shí)封閉既有松銅高速等措施，順利完成了該鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工。

【關(guān)鍵詞】既有線;鋼混組合梁;鋼結(jié)構(gòu);分段吊裝

【中圖分類號(hào)】U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2022）03-0191-03

1 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)發(fā)展，山區(qū)高速公路發(fā)展迅猛，繼而出現(xiàn)了很多山區(qū)高速公路拼接、跨線施工。由于山區(qū)地勢(shì)高低起伏大，溝壑穿插，地形險(xiǎn)隘，新建高速橋梁跨過既有高速，需要采取一種跨徑滿足要求、施工便捷、對(duì)既有高速影響小的橋梁類型，目前國(guó)內(nèi)多采用鋼混組合梁的形式。

在既有線高速鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)安裝中，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，充分考慮各種因素，如橋梁荷載、地基承載力、既有高速通行等，如何在保證安全質(zhì)量的前提下，減小對(duì)既有高速的影響，快速地完成鋼結(jié)構(gòu)安裝施工，是鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中面臨的主要問題。

2 工程概況

銅仁市沿河經(jīng)印江（木黃）至松桃高速公路TJ-10合同段九江樞紐F匝道大橋?yàn)檎w式橋梁，橋長(zhǎng)627.63 m，最大橋高50 m，其中第六聯(lián)第21跨為鋼混組合梁，跨徑42 m，上跨既有松銅高速，梁高2.2 m，橋?qū)?0 m，梁體為Q345qC鋼材+混凝土，斷面如圖1、圖2所示。

鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)材料清單如表1所示。

3 施工方案設(shè)計(jì)

F匝道鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)安裝施工有3種方案可供選擇：①采用頂推施工安裝鋼結(jié)構(gòu);②采用架橋機(jī)，一次性架設(shè)鋼結(jié)構(gòu);③采用汽車吊吊裝鋼結(jié)構(gòu)。

F匝道第24跨位于松銅高速正上方，兩端頭均位于陡壁處，不滿足搭設(shè)臨時(shí)支架條件，因此無法進(jìn)行頂推施工。由于該鋼混組合梁位于匝道橋，且鋼結(jié)構(gòu)重量較大，體型較大，無法滿足架橋機(jī)拼設(shè)及吊裝條件。該處橋高46 m，吊車無法站在橋下吊裝，根據(jù)實(shí)際情況，借用既有松銅高速，采用汽車吊分段吊裝鋼結(jié)構(gòu)。

3.1 總體思路

將F匝道鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)主梁分為6個(gè)節(jié)段（見表2），鋼結(jié)構(gòu)采用工廠分段制造，在既有高速左右幅中間搭設(shè)1處臨時(shí)支架，鋼結(jié)構(gòu)分段運(yùn)至既有松銅高速對(duì)應(yīng)橋位處，臨時(shí)封閉既有高速，用150 t汽車吊站在既有松銅高速上起吊至臨時(shí)支架上。

3.2 施工驗(yàn)算

本文僅列舉松銅高速甲子山大橋4#～5#跨T梁受力計(jì)算，同時(shí)還應(yīng)采用常規(guī)驗(yàn)算方法對(duì)臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，此處不再敘述。既有線松桐高速甲子山大橋第一聯(lián)上部結(jié)構(gòu)為5×3 000預(yù)應(yīng)力砼（后張）先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁，新建F匝道鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)吊裝汽車吊布置占用甲子山大橋4#～5#跨。

3.2.1 主要計(jì)算荷載

結(jié)構(gòu)自重+預(yù)應(yīng)力+二期+150 t汽車吊自重、配重及吊重等。中聯(lián)牌ZLJ5663JQZ150H汽車起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：自重64 500 kg;最大額定總起重量150 000 kg;支腿縱向距離7.04 m;支腿橫向距離8.5 m（全伸）、6.5 m（半伸）。

3.2.2? 起吊荷載布置

吊裝各制作段鋼梁荷載情況分析如下：吊裝A-1制作段：1臺(tái)150 t汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約40 t，回轉(zhuǎn)半徑9 m，主臂長(zhǎng)25.6 m，額定吊裝55 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結(jié)構(gòu)重40 t+吊具。吊裝A-2制作段：1臺(tái)150 t汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約26 t，回轉(zhuǎn)半徑8 m，主臂長(zhǎng)25.6 m，額定吊裝60 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結(jié)構(gòu)重26 t+吊具。吊裝A-3制作段：1臺(tái)150 t汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約32 t，回轉(zhuǎn)半徑8 m，主臂長(zhǎng)25.6 m，額定吊裝60 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結(jié)構(gòu)重32 t+吊具。吊裝B-1制作段：1臺(tái)150 t汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約32 t，回轉(zhuǎn)半徑8 m，主臂長(zhǎng)25.6 m，額定吊裝60 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結(jié)構(gòu)重32 t+吊具。吊裝B-2制作段：1臺(tái)150 t汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約22 t，回轉(zhuǎn)半徑10 m，主臂長(zhǎng)25.6 m，額定吊裝50 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結(jié)構(gòu)重22 t+吊具。吊裝B-3制作段：1臺(tái)150 t汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約38 t，回轉(zhuǎn)半徑9 m，主臂長(zhǎng)25.6 m，額定吊裝55 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結(jié)構(gòu)重38 t+吊具。根據(jù)分析可知，吊裝 A-1段鋼梁為荷載最大情況，吊具按3 t計(jì)算，荷載總重量為144.5 t。

由于汽車吊性能參數(shù)中未明確底盤和懸掛系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，因此出于安全考慮，汽車吊自重及吊重全部作用于單側(cè)支腿，且鋼梁安裝側(cè)支腿荷載由兩片T梁承擔(dān)。

3.2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

通過有限元軟件Midas/Civil建立三維模型進(jìn)行T梁計(jì)算，橋面鋪裝作為荷載施加到梁?jiǎn)卧A(yù)應(yīng)力鋼束采用兩端同時(shí)張拉，錨下控制應(yīng)力為0.75 fpk=1 395 MPa，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖3所示。

①以荷載作用于距支座10 m位置處計(jì)算。由計(jì)算結(jié)果得出，T梁上部最大壓應(yīng)力為8.8 MPa<22.4 MPa，上部未出現(xiàn)拉應(yīng)力，T梁底部最大壓應(yīng)力為11.9 MPa<22.4 MPa，底部未出現(xiàn)拉應(yīng)力，混凝土強(qiáng)度滿足要求;T梁最大剪力747.6 kN。

②剪力驗(yàn)算。T梁截面受彎構(gòu)件，當(dāng)配置箍筋時(shí)，其斜截面抗剪承載力計(jì)算按下式計(jì)算：？酌0νd≤νcs+νsb+νpd+νpb，ex

νcs=0.45×10-3？琢1？琢2？琢3bh0

νsb=0.75×10-3fsd∑Asdsinθs

νpb=0.75×10-3fpd∑Apdsinθp

νpb，ex=0.75×10-3fsd∑？滓pe，ex Aex sinθex

式中：νd為剪力設(shè)計(jì)值（kN），按斜截面減壓區(qū)對(duì)應(yīng)正截面處取值。νcs為斜截面內(nèi)混凝土和箍筋共同的抗剪承載力設(shè)計(jì)值（kN）。νsb為與斜截面相交的普通彎起鋼筋抗剪承載力設(shè)計(jì)值（kN）。νpb為與斜截面相交的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋抗剪承載力設(shè)計(jì)值（kN）。νpb，ex為與斜截面相交的體外預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋抗剪承載力設(shè)計(jì)值（kN）。α1為異號(hào)彎矩影響系數(shù)，計(jì)算簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁近邊支點(diǎn)梁段的抗剪承載力時(shí)，α1=1.0;計(jì)算連續(xù)梁和懸臂梁近中間支點(diǎn)梁段的抗剪承載力時(shí)，α1=0.9。α2為預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，對(duì)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，α2=1.0;對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，α2=1.25;當(dāng)由鋼筋合力引起的截面彎矩與外彎矩的方向相同時(shí)，或允許出現(xiàn)裂縫的預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，取α2=1.0。α3為受壓翼緣的影響系數(shù)，對(duì)矩形截面，取α3=1.0;對(duì)T形和I形截面，取α3=1.1。b為斜截面剪壓區(qū)對(duì)應(yīng)正截面處矩形截面寬度（mm）， 或T形和I形截面腹板寬度（mm）。h0為截面的有效高度（mm），取斜裁面剪壓區(qū)對(duì)應(yīng)正藏面處、自縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至受壓邊緣的距離。P為斜截面內(nèi)縱向受拉鋼筋的配筋百分率，P=100 ρ，ρ=（Ap+As）/bh0，當(dāng)ρ>2.5時(shí)，取P =2.5。fcu，k是邊長(zhǎng)為150 mm的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）。ρsν、ρpν為斜截面內(nèi)箍筋、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋率，ρsν=Asν /（s=sνb），ρpν=Apν /（s=spb）。fsν、fpν為箍筋、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）。Asν、Apν為斜截面內(nèi)配置在同一截面的箍筋豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的總截面面積。Sν、Sp為斜截面內(nèi)箍筋、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的間距（mm）。？滓pe，ex為使用階段體外預(yù)應(yīng)力鋼筋扣除預(yù)應(yīng)力損失后的有效應(yīng)力（MPa）。Asb、Apb、Aex為斜截面內(nèi)在同一彎起平面的普通彎起鋼筋、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋和體外預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋的截面面積（mm2）。θs、θp、θex為普通彎起鋼筋、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋和體外預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋的切線與水平線的夾角，按斜截面剪壓區(qū)對(duì)應(yīng)正截面處取值。

根據(jù)《公預(yù)規(guī)》5.1.2規(guī)定γ0取1.1，最大剪力747.6 kN，則1.1×747.6 kN≤1 240 kN，即T梁的剪應(yīng)力滿足要求。

③支反力計(jì)算如圖4所示。

支反力為1 031.9 kN，滿足《貴州省松桃至從江高速公路松桃至銅仁段裝配式預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支T梁上部構(gòu)造橋梁設(shè)計(jì)通用圖》設(shè)計(jì)要點(diǎn)一片梁梁端最大支點(diǎn)反力。

4 施工工藝

4.1 工藝流程

工藝流程如圖5所示。

4.2 測(cè)量放樣

對(duì)鋼混組合梁使用全站儀進(jìn)行放樣，測(cè)出臨時(shí)支架、支座墊石中心點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)的位置，并做好標(biāo)記。使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行標(biāo)高復(fù)核，確保各控制點(diǎn)高程準(zhǔn)確無誤。每節(jié)段臨時(shí)固定前均采用全站儀進(jìn)行坐標(biāo)復(fù)核，同時(shí)，對(duì)已安裝的各節(jié)段重新復(fù)核，確保鋼混組合梁安裝位置準(zhǔn)確無誤。

4.3 場(chǎng)地回填平整、夯實(shí)

對(duì)臨時(shí)支架基礎(chǔ)進(jìn)行整平、夯實(shí)，寬度4.5 m，長(zhǎng)度10 m。夯實(shí)后對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，若承載力小于300 kPa，則需對(duì)地基進(jìn)行換填處理。

4.4 臨時(shí)支架基礎(chǔ)施工、支架搭設(shè)

對(duì)支架基礎(chǔ)采用C30混凝土進(jìn)行硬化，尺寸為10 m×1.5 m×1 m?；A(chǔ)內(nèi)設(shè)兩層鋼筋，同排間距20 cm，同時(shí)，預(yù)埋地腳螺栓用于搭設(shè)臨時(shí)支架，支架為9 m×3 m×41.5 m，材質(zhì)為Q235B，采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)搭設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)尺寸為3 m×2 m×3 m，各節(jié)段采用法蘭盤連接，每個(gè)法蘭盤設(shè)置8個(gè)高強(qiáng)螺栓。

4.5 鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)

鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)場(chǎng)需附帶產(chǎn)品合格證、鋼材和其他材料的質(zhì)量證明書和檢驗(yàn)報(bào)告、施工圖、拼裝簡(jiǎn)圖、焊縫無損檢驗(yàn)報(bào)告和焊縫重大修補(bǔ)記錄、產(chǎn)品的試驗(yàn)報(bào)告，并按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定抽樣復(fù)檢。

4.6 吊裝前準(zhǔn)備工作

①臨時(shí)支架搭設(shè)完成，并通過驗(yàn)收;150 t汽車吊、鋼絲繩和吊裝設(shè)備安全自檢完成;吊裝方案、安全措施及注意事項(xiàng)交底完成;吊車及鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸車輛開至指定位置（服務(wù)區(qū)）。②聯(lián)合松銅高速交警、路政等單位對(duì)松銅高速進(jìn)行交通管制，提前發(fā)布施工信息，提醒車輛繞行，在松桃北及梅江收費(fèi)站將車輛導(dǎo)流出松銅高速。鋼結(jié)構(gòu)吊裝前安排巡查人員對(duì)松銅高速封閉施工路段逗留車輛進(jìn)行驅(qū)離，并及時(shí)將巡查結(jié)果通知鋼結(jié)構(gòu)吊裝人員。③施工區(qū)域封閉后，對(duì)既有高速墩頂支座位置進(jìn)行放樣，確定吊車支腿位置，采用2 m×2 m×0.04 m的鋼板作為吊車支腿墊板，確保受力均勻。

4.7 吊裝

采用1臺(tái)150 t汽車吊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段吊裝，每節(jié)段吊裝前均進(jìn)行試吊。右線鋼結(jié)構(gòu)吊裝及運(yùn)輸順序?yàn)锳-1、A-2、A-3，左線鋼結(jié)構(gòu)吊裝及運(yùn)輸順序?yàn)锽-1、B-2、B-3。臨時(shí)固定的鋼結(jié)構(gòu)，復(fù)核其軸線和標(biāo)高位置，符合要求后按設(shè)計(jì)要求固定。鋼結(jié)構(gòu)安裝至臨時(shí)支架后，吊車緩慢進(jìn)行卸力，由測(cè)量組對(duì)支架沉降情況及水平變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.8 縱、橫向接口焊接

采用CO2氣體保護(hù)進(jìn)行焊接，先縱向接口焊接后橫向接口焊接，焊接完畢之后，所有焊縫均進(jìn)行外觀檢查。外觀檢查合格后，進(jìn)行無損檢測(cè)，檢測(cè)合格后及時(shí)進(jìn)行防腐處理，防腐材料應(yīng)有良好的附著性、耐久性。上翼緣板頂面和剪力連接器均不得涂裝，在安裝前應(yīng)進(jìn)行除銹、防腐處理。

5 結(jié)語(yǔ)

九江樞紐互通F匝道大橋鋼混組合梁，上跨松銅高速，為本項(xiàng)目重難點(diǎn)工程，項(xiàng)目高度重視，多次請(qǐng)教各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和專家，集思廣益，根據(jù)實(shí)際情況，多次踏勘運(yùn)輸路線，選取最佳吊裝方案、分節(jié)長(zhǎng)度及運(yùn)輸方式，從設(shè)計(jì)圖到實(shí)體制作完成，項(xiàng)目多次與專業(yè)廠家、設(shè)計(jì)單位溝通，全過程跟蹤鋼結(jié)構(gòu)制作。同時(shí)，多次與松銅高速相關(guān)管理單位進(jìn)行協(xié)商，確定鋼結(jié)構(gòu)吊裝時(shí)松銅高速交通管制方案，確保松銅高速通行車輛安全。方案順利的實(shí)施，為后續(xù)F匝道橋梁T梁架設(shè)奠定了基礎(chǔ)，有效地節(jié)約了施工工期，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，得到了上級(jí)單位的認(rèn)可，為今后同類工程施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】路橋集團(tuán)第一公路工程局.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2021.

【2】中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2018.

【作者簡(jiǎn)介】趙志成（1986-），男，吉林長(zhǎng)春人，工程師，從事工程建設(shè)研究。

Sectional Hoisting Construction Technology of Steel Structure of Steel-Concrete Composite Beam Across Existing Line

ZHAO Zhi-cheng

【Keywords】existing line; steel-concrete composite beam; steel structure; sectional hoisting

【Abstract】Combined with the hoisting construction of steel structure of steel-concrete composite beam of Jiujiang junction interchange ramp F bridge across Songtong Expressway in civil engineering TJ-10 contract section from Yinjiang （Muhuang） to Songtao Expressway along the river in Tongren City， this paper mainly describes the transportation difficulties， steep terrain， hoisting difficulties， hoisting safety hazards， occupation of existing Songtong Expressway and other problems faced by the steel structure construction of steel-concrete composite beam across the existing line. The hoisting construction of the steel structure of the steel-concrete composite beam was successfully completed by segmental transportation and hoisting of the steel structure， borrowing the existing high-speed， erecting temporary supports and temporarily closing the existing Songtong Expressway.