復(fù)雜環(huán)境下的橋梁預(yù)制結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)

張文貴

（上海市政建設(shè)有限公司，上海市 200126）

1 工程概況

上海S3 公路1 標(biāo)段（以下簡(jiǎn)稱“本標(biāo)段”）起于周鄧公路，終至下鹽公路，全程5.15 km。項(xiàng)目主要分為上下層兩個(gè)部分：上層為全預(yù)制拼裝高架橋梁，下層為新建城市地面道路。本標(biāo)段路線南北走向，在規(guī)劃七級(jí)航道六灶港處設(shè)置上下兩層橋梁跨河。

1.1 六灶港北區(qū)預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)概況

上層橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁、簡(jiǎn)支變連續(xù)結(jié)構(gòu)，跨徑布置為3×28+2×29 m，5 跨142 m。橋梁立柱、蓋梁和主梁均在后場(chǎng)預(yù)制、運(yùn)輸至前場(chǎng)后使用大型設(shè)備進(jìn)行吊裝安裝。橋梁整幅布置、位于曲線變寬段，橋梁寬度由31.2 m 漸變至25.5 m，前兩跨橋墩為四柱門(mén)墩（如圖1），中間兩跨橋墩為三柱門(mén)墩（如圖2），后兩跨橋墩為雙柱墩，門(mén)墩下布置六灶港地面兩幅機(jī)動(dòng)車橋，機(jī)動(dòng)車橋邊緣布置地面兩幅人非橋。預(yù)制立柱平面尺寸1.8×1.8 m（1.5 m），預(yù)制最大高度13.462 m，預(yù)制立柱最大重量109 t；單個(gè)預(yù)制蓋梁最大外形尺寸為24.489×2.15×2.6 m（高度），預(yù)制最大重量約240 t；預(yù)制小箱梁最大預(yù)制重量158.6 t（含防撞墻）。

圖2 三柱門(mén)墩橋梁橫斷面圖

下層橋梁為部分預(yù)制拼裝橋梁，下部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)形式與上層橋梁一致，橋梁等寬、分四幅設(shè)置，跨徑布置為3×24（25）+3×25 m，共6 跨150 m；預(yù)制小箱梁最大預(yù)制重量111.7 t。

另外在六灶港地面橋起點(diǎn)附近設(shè)置一座鋼結(jié)構(gòu)人行天橋，豎向位于地面橋和高架橋之間，下部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制鋼梁；上部結(jié)構(gòu)分為東西側(cè)人行鋼扶梯+ 主橋，主橋兩跨、鋼結(jié)構(gòu)重量166.8 t，人行鋼扶梯總重量70 t。六灶港北區(qū)橋梁三維效果圖見(jiàn)圖3。

圖3 六灶港北區(qū)橋梁三維效果圖

1.2 六灶港北區(qū)現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境概況

橋梁東側(cè)緊鄰軌道交通16 號(hào)線和周浦東站，西側(cè)緊鄰新建周浦東公交樞紐，南側(cè)鄰河，北側(cè)臨近已安裝的高架橋梁，橋梁緊鄰既有結(jié)構(gòu)物和河流，橋梁多層重疊布置，吊裝施工環(huán)境復(fù)雜。六灶港北區(qū)現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境分布可見(jiàn)圖4。

圖4 六灶港北區(qū)現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境分布平面圖

2 六灶港北區(qū)橋梁工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)方面：橋梁為兩層和三層結(jié)構(gòu)，上層橋梁變寬下層橋梁等寬，平面上高架橋位于地面橋范圍內(nèi)；上下層橋梁跨徑布置明顯不同，造成橋墩錯(cuò)位嚴(yán)重；橋梁結(jié)構(gòu)形式類似，橋墩生產(chǎn)工藝不相同，一個(gè)為預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，一個(gè)為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)；周浦東人行天橋橫向布置，緊鄰地面和高架橋梁，豎向位于上下層橋梁之間。

（2）施工方面：橋梁預(yù)制構(gòu)件吊裝大量共用作業(yè)面，上下層橋梁橋墩錯(cuò)位嚴(yán)重和施工工藝的截然不同（地面橋下部結(jié)構(gòu)需預(yù)先施工），造成吊裝施工場(chǎng)地受到很大限制，加之橋梁緊鄰既有結(jié)構(gòu)物和河流，且西側(cè)新建周浦東公交樞紐無(wú)法借地，進(jìn)一步壓縮了可用吊裝場(chǎng)地，吊裝場(chǎng)地非常狹小，三層次的橋梁和預(yù)制構(gòu)件長(zhǎng)、大、重，預(yù)制構(gòu)件的安裝環(huán)境復(fù)雜，吊裝施工難度大，預(yù)制構(gòu)件的安裝順序至關(guān)重要。

3 施工方案比選和優(yōu)化

六灶港北區(qū)橋梁預(yù)制構(gòu)件吊裝環(huán)境復(fù)雜，吊裝難度大，為有針對(duì)性地解決吊裝施工難點(diǎn)，結(jié)合本標(biāo)段橋梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)吊裝施工方案進(jìn)行比選和優(yōu)化。

3.1 施工方案比選

（1）施工方案一：采用汽車吊吊裝。汽車吊吊裝時(shí)不能帶載移動(dòng)、生產(chǎn)效率低，大半徑吊裝性能相對(duì)較小，結(jié)合工程設(shè)計(jì)情況和現(xiàn)場(chǎng)吊裝環(huán)境，僅能滿足小部分構(gòu)件的吊裝需要，方案不可行。

（2）施工方案二：采用履帶吊吊裝。履帶吊起吊能力大，適應(yīng)性強(qiáng)，可帶載行走作業(yè)，對(duì)地基承載力要求較低，生產(chǎn)效率高，而且能夠滿足本區(qū)域吊裝需要，方案總體可行，但由于西側(cè)第四幅地面橋小箱梁吊裝時(shí)，局部吊裝場(chǎng)地不足，無(wú)法采用履帶吊安裝，需結(jié)合其他設(shè)備施工。

（3）施工方案三：高架橋和周浦東人行天橋先用履帶吊完成安裝，地面橋小箱梁采用架橋機(jī)施工。由于架橋機(jī)行走時(shí)，其橫梁會(huì)受到高架橋立柱的阻礙，在高架橋下吊裝，空間嚴(yán)重受限，且地面橋?yàn)樗姆鶚蛄?，架橋機(jī)需反復(fù)拆裝、成本較高，方案不可行。

（4）施工方案四：高架橋梁和周浦東人行天橋先用履帶吊完成安裝，地面橋小箱梁采用頂推法施工。頂推法由于需采用大量的施工臨時(shí)措施，施工成本高，且受限于在高架橋跨間作業(yè)，上梁非常困難，高架橋關(guān)門(mén)區(qū)域小箱梁安裝困難，頂推法可行性不高。

經(jīng)比選分析：六灶港北區(qū)預(yù)制構(gòu)件吊裝，總體選定采用履帶吊，根據(jù)設(shè)計(jì)和場(chǎng)地情況，局部采用汽車吊。

3.2 六灶港北區(qū)預(yù)制構(gòu)件吊裝施工方案優(yōu)化

考慮到六灶港北區(qū)橋梁預(yù)制構(gòu)件吊裝工況復(fù)雜、吊裝難度大，結(jié)合設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和吊裝設(shè)備情況等，對(duì)吊裝進(jìn)行優(yōu)化，確保施工方案的可操作性和安全性，提高施工效率。

（1）吊裝順序的優(yōu)化。結(jié)合設(shè)備性能，統(tǒng)籌考慮高架橋和地面橋預(yù)制構(gòu)件吊裝的先后順序，運(yùn)用BIM 技術(shù)，反復(fù)模擬和核對(duì)構(gòu)件的前后安裝順序，確保安裝順序正確，吊裝工況可行，盡可能地在同一吊裝區(qū)安排更多的構(gòu)件吊裝，避免設(shè)備頻繁的縱向移動(dòng)，提高工效。

（2）三柱門(mén)墩區(qū)域吊裝工況優(yōu)化。三柱門(mén)墩區(qū)域吊裝，支撐高架橋預(yù)制分段蓋梁的臨時(shí)支架落地，地面橋小箱梁臨時(shí)疊放在同跨已安裝的小箱梁上，騰出臨時(shí)支架的安裝位置，待三柱門(mén)墩蓋梁預(yù)應(yīng)力施工完成后拆除臨時(shí)支架、將疊放的小箱梁歸位，避免在地面橋小箱梁上設(shè)置臨時(shí)支架。

（3）門(mén)墩下地面橋小箱梁吊裝不利工況優(yōu)化。結(jié)合設(shè)備性能和構(gòu)件安裝引起的場(chǎng)地吊裝環(huán)境變化，考慮到預(yù)制蓋梁明顯重于地面橋小箱梁，先安裝預(yù)制蓋梁再安裝地面橋小箱梁。小箱梁采用雙機(jī)抬吊，高架橋蓋梁安裝完成后，會(huì)阻礙地面橋小箱梁的安裝，為此將最初的小箱梁運(yùn)梁車停放于蓋梁下、調(diào)整為在西側(cè)便道取梁、吊裝過(guò)程中臨時(shí)擱置在地面上，一側(cè)吊車換鉤、采用低空兜底吊、另外一臺(tái)吊車配合的方法，將小箱梁吊點(diǎn)緩慢移動(dòng)至蓋梁結(jié)構(gòu)外，帶露出吊點(diǎn)后擱地，再次進(jìn)行換鉤將小箱梁安裝就位，最后優(yōu)化為增加一組吊點(diǎn)，避免兜底吊，同時(shí)減小吊點(diǎn)距梁端的縱向距離，增加小箱梁臨時(shí)疊放工況以利于后續(xù)小箱梁安裝，避免換鉤前待安裝的小箱梁碰撞到已安裝的小箱梁，導(dǎo)致無(wú)法換鉤。

（4）臨近新建周浦東公交樞紐地面人非橋小箱梁吊裝優(yōu)化。受制于施工場(chǎng)地狹小原因，該處小箱梁結(jié)構(gòu)邊與新建公交樞紐的距離最近為5.5m，且無(wú)法借用新建周浦東公交樞紐場(chǎng)地作為吊裝場(chǎng)地，部分橋跨小箱梁受制于場(chǎng)地原因，吊裝十分困難，常規(guī)方法無(wú)法安裝，原計(jì)劃采用豎向頂升+ 水平橫向平移的方法，優(yōu)化為使用履帶吊和汽車吊完成安裝，較難安裝的第1-3 跨, 采取雙機(jī)跨外倒退吊裝的方式完成：北側(cè)汽車吊位于跨外地面上，南側(cè)跨外汽車吊從南側(cè)空載行使上橋、設(shè)置臨時(shí)鋼筋混凝土支墩支撐南側(cè)汽車吊支腿，將吊裝時(shí)汽車吊所受的荷載通過(guò)鋼筋混凝土支墩傳遞至地面上（如圖5、圖6）。

圖5 雙機(jī)跨外吊裝第3 跨小箱梁平面圖

圖6 雙機(jī)跨外吊裝第3 跨小箱梁立面圖

4 六灶港北區(qū)吊裝方案實(shí)施部署

4.1 施工區(qū)劃分

將六灶港北區(qū)根據(jù)吊裝總體階段細(xì)化分成4 個(gè)吊裝區(qū)（如圖7）。

圖7 吊裝施工區(qū)劃分平面圖

4.2 總體施工方法

1-1 區(qū)和1-2 區(qū)采用1 臺(tái)350 t 和1 臺(tái)320 t 履帶吊安裝，1-3 區(qū)域采用2 臺(tái)250 t 汽車吊和2 臺(tái)履帶吊安裝，1-4 區(qū)采用汽車吊安裝。預(yù)制立柱和小蓋梁采用單臺(tái)履帶吊吊裝，較大蓋梁采用兩臺(tái)履帶吊吊裝，小箱梁采用雙機(jī)抬吊。

1-1 區(qū)是縱向由北向南安裝，橫向自東向西安裝，總體上先地面后高架，地面橋分幅安裝，先安裝地面橋東幅小箱梁，再安裝高架橋梁下部結(jié)構(gòu)和一半的小箱梁，隨后安裝西幅地面橋機(jī)動(dòng)車橋小箱梁，最后安裝另外剩余高架小箱梁，人行天橋鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)位置關(guān)系穿插安裝。

1-2 區(qū)是在跨河跨構(gòu)件完成后進(jìn)行安裝，由北向南、自東向西安裝，兩跨小箱梁采用交叉穿插安裝。1-3 區(qū)的安裝順序?yàn)榈? 跨→第5 跨→第6 跨→第3 跨→第2 跨→第1 跨，自東向西安裝。1-4 區(qū)是先安裝西側(cè)主梁再安裝西側(cè)人行扶梯。

4.3 吊裝施工階段

第一階段：首先地面東幅人非橋箱梁由北向南依次安裝，同時(shí)安裝對(duì)應(yīng)跨高架橋立柱，安裝遵循自東向西的原則；該階段完成Pz03-05 跨機(jī)動(dòng)車道小箱梁安裝，其中2# 小箱梁臨時(shí)疊放在3# 箱梁上，2#梁設(shè)計(jì)位置內(nèi)安裝1.8×1.8 m 臨時(shí)鋼支架，用于支撐Pm120-121 三門(mén)墩分段預(yù)制蓋梁（如圖8）。

圖8 第一階段安裝平面圖

第二階段：安裝Pm118-119 左側(cè)分段蓋梁、Pm120-121 分段蓋梁，安裝遵循自東向西和由北向南的原則，緊接著施工Pm120-121 三門(mén)墩蓋梁現(xiàn)澆段（如圖9）。

圖9 第二階段安裝平面圖

第三階段：安裝東側(cè)人行扶梯鋼結(jié)構(gòu),然后按照下圖數(shù)字大小順序統(tǒng)籌安裝，吊裝時(shí)由低到高，先地面后高架，自東向西，高架橋小箱梁先吊裝東半幅，地面橋吊裝兩跨后再安裝對(duì)應(yīng)高架橋小箱梁（如圖10、圖11）。

圖10 第三階段安裝順序平面圖

圖11 第三階段完成后三維效果圖

第四階段：由于Pm120-121 蓋梁此時(shí)未完成施工，先安裝Pm118-119 右幅立柱和蓋梁，然后安裝地面橋西幅機(jī)動(dòng)車橋小箱梁和人行天橋主橋鋼結(jié)構(gòu),最后安裝高架橋西半幅小箱梁，完成高架橋Pm117-118 跨小箱梁的安裝，具體順序按照下圖數(shù)字大小順序進(jìn)行統(tǒng)籌吊裝（如圖12、圖13）。

圖12 第四階段安裝順序平面圖

圖13 第四階段完成后三維效果圖

第五階段：待Pm120-121 蓋梁完成預(yù)應(yīng)力施工后首先拆除臨時(shí)支架，將疊放在3# 梁上的2# 梁歸位，然后自東向西安裝地面橋和高架橋小箱梁，先地面后高架，安裝時(shí)地面橋分幅施工，高架橋按半幅安裝，地面橋安裝完成兩跨后安裝對(duì)應(yīng)跨高架橋小箱梁，具體順序按照下圖數(shù)字大小順序進(jìn)行統(tǒng)籌吊裝（圖14、圖15），至此完成1-1 區(qū)安裝。

圖14 第五階段安裝順序平面圖

圖15 第五階段完成后三維效果圖

第六階段：Pz05-07 和Py05-07 跨機(jī)動(dòng)車橋小箱梁和Pm121-123 跨高架橋小箱梁交叉吊裝，先地面后高架，自東向西安裝地面橋和高架橋小箱梁，具體順序按照下圖數(shù)字大小順序進(jìn)行統(tǒng)籌吊裝（如圖16、圖17），至此完成1-2 區(qū)施工。

圖16 第六階段安裝順序平面圖

圖17 第六階段完成后三維效果圖

第七階段：安裝1-3 區(qū)，前期由于吊裝場(chǎng)地狹小，1-3 區(qū)地面橋橋墩不施工，作為吊裝施工場(chǎng)地，待1-1 區(qū)和1-2 區(qū)預(yù)制構(gòu)件安裝完成后再施工。小箱梁吊裝順序?yàn)榈? 跨→第5 跨→第6 跨→第3跨→第2 跨→第1 跨，自東向西安裝，至此完成六灶港北區(qū)地面標(biāo)小箱梁安裝（圖18）。

圖18 第七階段完成后三維效果圖

第八階段：采用單臺(tái)汽車吊安裝周浦東人行天橋西側(cè)剩余鋼結(jié)構(gòu)，至此完成六灶港北區(qū)橋梁預(yù)制構(gòu)件安裝。

4.4 門(mén)墩下地面橋機(jī)動(dòng)車橋小箱梁吊裝

選取不利的Pz01-Pz02 跨機(jī)動(dòng)車橋小箱梁吊裝進(jìn)行闡述，其他門(mén)墩下小箱梁吊裝技術(shù)與此相同。采用1 臺(tái)320 t 和1 臺(tái)350 t 履帶吊雙機(jī)抬吊，1 臺(tái)跨內(nèi)1 臺(tái)跨外布置，吊裝允許最大工作半徑18 m。首先完成高架橋Pm118-119 左側(cè)立柱和蓋梁安裝，再安裝地面橋小箱梁。

（1）兩臺(tái)履帶吊停放到位，在西側(cè)便道上以12 m和14 m 工作半徑取梁，其中北側(cè)吊車吊鉤吊裝位置為增加一組吊點(diǎn)位置，增加一組吊點(diǎn)位置位于梁端部4 m。

（2）兩臺(tái)履帶吊分別以12 m 和14 m 工作半徑進(jìn)行回轉(zhuǎn)和帶載作業(yè)，行走到位后，兩臺(tái)吊車配合移梁，使北側(cè)端部吊點(diǎn)移動(dòng)至高架蓋梁結(jié)構(gòu)外，將小箱梁臨時(shí)擱置在地面上，北側(cè)吊車準(zhǔn)備換鉤（如圖19）。

圖19 雙機(jī)抬吊換鉤前工況平面圖

（3）兩臺(tái)履帶吊分別以12 m 和14 m 工作半徑進(jìn)行回轉(zhuǎn)和帶載作業(yè)，行走到位后，兩臺(tái)吊車配合，吊鉤緩慢下降，將小箱梁臨時(shí)擱置在地面上，小箱梁北側(cè)端部吊點(diǎn)需位于高架蓋梁結(jié)構(gòu)外（圖20），北側(cè)吊車準(zhǔn)備換鉤。

圖20 雙機(jī)抬吊帶載行走工況平面圖

（4）北側(cè)吊車換鉤，換至梁最端部吊點(diǎn)，然后采用雙機(jī)抬吊、行走，精確調(diào)整位置后完成小箱梁就位。

（5）采用相同方法將該跨第3 片小箱梁臨時(shí)疊放在第1 片上后，完成第2 片梁安裝，完成后再將疊放的小箱梁就位，完成門(mén)墩下地面機(jī)動(dòng)車橋小箱梁的安裝。

5 結(jié) 語(yǔ)

本標(biāo)段六灶港北區(qū)預(yù)制構(gòu)件吊裝正順利實(shí)施，已進(jìn)入尾聲。實(shí)踐表明：采取的吊裝施工技術(shù)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，吊裝方案合理可靠、具有很強(qiáng)的可操作性，吊裝設(shè)備選用合理，吊裝順序安排合理，實(shí)際吊裝進(jìn)度比預(yù)期提前約15d，吊裝施工成本較低。本文以六灶港北區(qū)橋梁預(yù)制構(gòu)件吊裝施工為例，論述了復(fù)雜環(huán)境下的橋梁預(yù)制構(gòu)件吊裝施工技術(shù)，可為今后類似項(xiàng)目的吊裝提供參考和借鑒。