簡析大質量蓋梁分節(jié)段預制安裝施工與安全驗算

吳連盛

（上海公路投資建設發(fā)展有限公司，上海市 200335）

0 引 言

隨著城市人口、建筑和交通工具日益高度密集化、外延伸，城際高速公路、城市高架道路、繞城高速公路等工程項目的建設空間不斷被壓縮，同步放大了傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土施工橋梁搭設支架模板占用空間大、施工周期長等不足。因此，為了克服傳統(tǒng)現(xiàn)澆技術的不足，近年來具有大體積、大尺寸、大質量特點的預制裝配技術成為城市公路或市政高架道路橋梁領域發(fā)展的主要方向之一。以蓋梁為例，近幾年來采用分節(jié)段預制和拼裝施工大尺寸、大質量預制蓋梁，不僅施工速度快，而且也降低了施工成本[1]。無錫鳳翔路快速化改造工程采用濕接法施工，即“兩端預制結合中間現(xiàn)澆濕接段”的形式[2]，完成了2 480 cm 大挑臂倒T 型蓋梁施工。上海S7 公路在國內首次采用“牛腿式垂直拼縫”工藝完成了單件重量超過200 t懸臂蓋梁的節(jié)段拼裝[3]。

雖然國內少數(shù)工程已實現(xiàn)了大尺寸、大質量預制蓋梁階段安裝，但因受施工場地空間、運輸線路限載、現(xiàn)場機械設備性能、蓋梁實際尺寸質量參數(shù)等因素的差異和限制，該技術實施起來仍有較大的難度。本文以上海市浦星公路跨蘆恒路節(jié)點改造新建工程為載體，在采用鋼扁擔工藝條件下，通過進行吊裝機械工況、鋼扁擔、精軋螺紋鋼和預埋件安全驗算與分析，闡述分節(jié)段安裝預制大質量蓋梁施工工藝。

1 項目概況

1.1 工程概況

浦星公路跨蘆恒路節(jié)點改造新建工程北起上海市浦東新區(qū)與閔行區(qū)界，與濟陽路以高架形式對接，并在蘆恒路北側設置一對上下匝道，跨過蘆恒路后落地，落地與地面道路合流，至江樺路結束。主線高架道路全長0.941 km（其中高架橋梁結構全長0.821 km），地面道路全長1.709 km。圖1 為浦星公路蘆恒路節(jié)點改造工程位置圖。

圖1 浦星公路蘆恒路節(jié)點改造工程位置圖

1.2 大質量蓋梁概況

與從北往南的第2 排樁號對應編號為P1 的蓋梁（見圖2），不僅是該項目中質量和尺寸最大的三柱蓋梁，而且發(fā)揮著承前啟后的作用，安裝效果與耗時直接影響著整個工程主線高架的施工部署和進度。此外，施工期間現(xiàn)狀浦星公路不能中斷交通。因此，P1蓋梁是整個工程的關鍵點和難點之一。

圖2 P 1 蓋梁位置圖

P1 平面長度34 300 mm，寬度2 500 mm，總質量580 t（由東段、中段和西段組成，質量分別為180 t、220 t 和180 t），具體參數(shù)見表1 和圖3。

表1 P 1 蓋梁技術參數(shù)

圖3 三柱蓋梁P 1 分節(jié)段示意圖（單位：t）

2 安裝施工流程與關鍵工序要點

2.1 安裝施工流程

根據(jù)施工部署和現(xiàn)場交通組織情況，制定了在中節(jié)段吊裝完成后，先吊裝西節(jié)段，再吊裝東節(jié)段的安裝施工順序。關鍵施工工序流程見圖4。

圖4 P 1 蓋梁安裝施工流程圖

2.2 關鍵工序要點

（1）吊裝中節(jié)段

采用SCC3200-320 t 履帶吊單機抬吊預制蓋梁P1 中節(jié)段，完成與P1 中立柱的坐漿和灌漿施工作業(yè)（見圖5（a））。

（2）安裝定制鋼扁擔與支撐

待蓋梁中間節(jié)段安裝完成后，安裝鋼扁擔（見圖5（b）），在中間蓋梁節(jié)段上設置預埋鋼板焊接工字鋼支撐，并設置臨時防傾覆措施。

圖5 中節(jié)段蓋梁與鋼扁擔安裝示意圖

（3）吊裝西節(jié)段蓋梁

將蓋梁節(jié)段吊至扁擔外側，調整蓋梁西側節(jié)段姿態(tài)，蓋梁外側邊線與鋼扁擔平行；蓋梁節(jié)段就位后吊車緩緩向東行駛，吊至設計位置，隨后保持姿態(tài)穿入精軋螺紋鋼固定（精軋螺紋鋼與鋼扁擔聯(lián)結），然后進行濕接縫施工，為減輕濕接縫重量，濕接縫寬度縮小至1 m，濕接縫中心線與原設計位置相同。圖6為西節(jié)段蓋梁安裝示意圖。

圖6 西節(jié)段蓋梁安裝示意圖

為了不影響浦星公路現(xiàn)狀交通，蓋梁節(jié)段間濕接縫采用定型制作鋼結構掛籃（如圖7 所示）進行澆筑，該掛籃既可作為濕接縫混凝土澆筑用模板，亦可作為工人的操作平臺，頂部設置2 道對拉螺桿對側模進行固定，掛籃上設置可調節(jié)支座，擱置于蓋梁頂部，通過支座上的螺栓和設置于蓋梁頂部的30 mm厚鋼板進行標高控制和調平。

圖7 定制鋼結構掛籃操作示意圖

（4）吊裝東節(jié)段蓋梁

在西節(jié)段蓋梁安裝完成后，采用與其相同的操作步驟安裝東節(jié)段蓋梁。

3 安全計算分析

3.1 吊裝機械工況分析

對于SCC3200-320 t 起重機械，無論吊裝哪一節(jié)段蓋梁時，其80%額定荷載均大于各節(jié)段重量：

（1）P1 蓋梁中節(jié)段重210 t，在主臂18 m 回轉半徑8 m 的情況下，額定荷載為274 t，210 t＜274×80%=219.2 t。

（2）P1 蓋梁兩側節(jié)段重180 t，在主臂18 m 回轉半徑8 m 的情況下，額定荷載為230 t，180 t＜230 t×80%=184 t。

3.2 定制鋼扁擔安全驗算

鋼扁擔材質為Q345B。吊點精軋螺紋鋼直徑為50 mm，材料等級為PSB830，屈服強度830 MPa，抗拉強度1030 MPa，斷后伸長率7%。邊分段蓋梁自重為180 t，精軋螺紋鋼處總拉力為90 t，由3 根精軋螺紋鋼承擔，則單根螺紋鋼最大拉力為300 kN。

（1）西節(jié)段蓋梁安裝后扁擔受力驗算

據(jù)表2 所列各項驗算結果，可知鋼扁擔滿足現(xiàn)場吊裝和安全使用要求。

表2 西節(jié)段蓋梁安裝后扁擔受力驗算結果

（2）東節(jié)段蓋梁安裝后扁擔受力驗算

據(jù)表3 所列各項驗算結果，可知鋼扁擔滿足現(xiàn)場吊裝和安全使用要求。

表3 東節(jié)段蓋梁安裝后扁擔受力驗算結果

3.3 精軋螺紋鋼受力驗算

精軋螺紋鋼采用直徑50 mm 的PSB830 型，最大拉力為558.8 kN。螺紋鋼為軸心受拉桿件，拉應力計算結果如式（1）所示：

因此，螺紋鋼滿足安全使用要求。

3.4 預埋件驗算

（1）預埋件參數(shù)與布置

預埋件采用焊接直錨筋庫-HRB335-Ф20 錨筋，環(huán)形布置排列為6 行2 列，行間距120 mm，列間距150 mm；錨板選用SB20-Q345，錨板尺寸為L×B=250 mm×690 mm，T=20 mm；基材混凝土選擇C30，厚度2 000 mm。

圖8 錨筋布置平面圖

（2）預埋件驗算

當扁擔吊掛單側分段蓋梁時，預埋件會出現(xiàn)受拉情況，據(jù)圖9 可知，在臨界狀態(tài)下，預埋件所受反力矩平衡見式（2）：

圖9 預埋件受力力矩平衡示意圖

式中：G 為鋼扁擔自重，共153 kN（單根扁擔25.5 kN，共6 根）；F1為拉應力，950 kN；N' 為上拔力反力，kN；L1、L2為梁端距錨固點距離，分別為2 550 mm和11 100 mm。

由式（2），算出預埋件最不利上拔力N 為141.74 kN（標準值），按照1.3 安全系數(shù)，因而上拔力的設計值為184.3 kN。

a.預埋件承載力驗算

根據(jù)表4 參數(shù)，計算出：

表4 預埋件相關參數(shù)

故取錨筋截面面積為：Amax= max（A1min，A2min）=9.03 cm2；

則截面實際產(chǎn)生承載力為：F=9.03×102×300 =270 900 N = 270.9 kN；

實際允許承載力為：Fu=A*fy=37.699×102×300=1 130.97×103 N=1 130.973 kN；

所以F＜Fu，預埋件承載力滿足要求。

b.預埋件構造驗算

基于《混凝土結構設計規(guī)范》（GB 50010—2010），采用TS-MTSTool 軟件計算得出預埋件構造各項參數(shù)指標的實際值均滿足最小限值要求，參見表5。

表5 預埋件構造驗算結果

4 實施效果

基于精確計算、驗算結果，通過采用上述施工工藝流程與做好關鍵工序點控制，歷時1 周左右時間便完成了P1 蓋梁三個預制節(jié)段的安裝，不僅較計劃進度提前，而且為高架于2021 年2 月上旬提前通車提供了有力條件。圖10 為浦星公路跨蘆恒路節(jié)點改造新建工程高架貫通效果圖。

圖10 浦星公路跨蘆恒路節(jié)點改造新建工程高架貫通效果圖