立交橋鋼箱梁吊裝施工控制關(guān)鍵技術(shù)

于洪奎

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

近幾年，立交橋施工工程快速發(fā)展，高架橋的鋼箱梁吊裝施工技術(shù)越來越受人們的關(guān)注。高架橋是一種重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施，它的施工品質(zhì)是衡量國家發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。它在人類的發(fā)展、人類的生命中發(fā)揮重要作用。鋼箱梁具有整體性能好、抗彎抗扭剛度大等優(yōu)勢(shì)，廣泛用于橋梁工程中，但考慮橋梁跨度增大的趨勢(shì)，其吊裝施工逐漸成為技術(shù)難點(diǎn)。針對(duì)目前普遍存在的高架橋施工機(jī)制不健全，造成高架橋的損傷、橋面塌陷、增加橋面維修成本、影響行車安全等問題。為更好地進(jìn)行高架橋鋼箱梁的吊裝施工，必須對(duì)立交橋鋼箱梁吊裝施工控制設(shè)備進(jìn)行規(guī)范化處理，優(yōu)化使用流程，以提高立交橋鋼箱梁使用年限。在這一基礎(chǔ)上，該文探討了立交橋鋼箱梁吊裝施工控制關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了科學(xué)的選取與優(yōu)選，以達(dá)到改善其安全性、防止路基塌陷所造成的危險(xiǎn)、降低交通事故的目的。

1 工程實(shí)例

該文研究對(duì)象為某高架橋，交通通行狀況良好，該匝橋分四跨，步跨為45m+74m+74m+45m，上部為變截面連續(xù)鋼箱梁，最大梁高為3.5m，下部為獨(dú)柱花瓶墩，墩直徑為2m。立交橋內(nèi)匝道橋共8組，第一組為3×30m的鋼箱梁橋，該橋型在圓曲線上，在緩和曲線上，縱截面在=1800m的垂直曲線上；將對(duì)立交橋鋼箱梁吊裝邊梁分成5個(gè)部分，每部分長10余米，重約9t，在立交橋中部設(shè)兩個(gè)對(duì)稱的懸吊節(jié)段和小節(jié)段鋼梁塊段，全長55.44m，質(zhì)量大約59.88t，中部閉合大節(jié)段的全長54.54m，質(zhì)量大約54.62t。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 施工設(shè)備準(zhǔn)備

基于此需要對(duì)立交橋鋼箱梁吊裝施工設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)立交橋鋼箱梁吊裝施工資源的分配管理方面，要以匹配為先決條件，對(duì)材料設(shè)備進(jìn)行規(guī)范。根據(jù)立交橋鋼箱梁吊裝施工建設(shè)的進(jìn)展情況，對(duì)立交橋鋼箱梁吊裝施工控制設(shè)備進(jìn)行匯總，具體設(shè)置見表1。

基于表1對(duì)立交橋鋼箱梁吊裝施工設(shè)備進(jìn)行規(guī)范，將立交橋鋼箱梁吊裝鋼結(jié)構(gòu)分段數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，然后制成分段結(jié)構(gòu)。

表1 立交橋鋼箱梁吊裝施工控制設(shè)備匯總

2.2 鋼箱梁材料準(zhǔn)備工作

鋼箱梁的制造應(yīng)當(dāng)符合《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591—2018）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用Q345C鋼材、直徑為20mm和15mm的圓柱頭焊釘。焊接操作可設(shè)置在坡口角的位置，在U型加勁肋和頂板之間保持縫隙在0.5mm以內(nèi)，以提升箱梁結(jié)構(gòu)的抗疲勞能力，在焊縫結(jié)構(gòu)端應(yīng)當(dāng)充分打磨順滑。采用氣體保護(hù)焊接的方式連接鋼箱梁和梁段。

在鋼箱梁制造之后還需要根據(jù)施工的需要對(duì)鋼箱梁進(jìn)行分塊處理，以方便運(yùn)輸及后續(xù)施工。在分塊的過程中應(yīng)該考慮避開支座、梁體等加強(qiáng)年結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割。除此之外，其還需要考慮在施工及運(yùn)輸過程中起吊設(shè)備可承載、運(yùn)輸?shù)淖畲筚|(zhì)量，避免因鋼箱梁過重而導(dǎo)致起吊裝置失效，對(duì)設(shè)備和鋼箱梁材料造成損壞。在分塊時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)輸線路和安裝現(xiàn)場(chǎng)可允許梁塊的最大尺寸，在滿足所有條件的前提下，還要以分割焊縫最小為原則。根據(jù)上述原則，該文在分塊過程中遵循頂?shù)装迤唇雍缚p錯(cuò)開距離不小于200mm、最大吊裝質(zhì)量為65.6t等原則，將每個(gè)鋼箱梁分為8個(gè)吊裝塊。該文采取的鋼箱梁分塊部分劃分參數(shù)見表2。

表2 鋼箱梁部分分塊部分劃分參數(shù)

2.3 鋼箱梁材料后續(xù)加工及運(yùn)輸

完成對(duì)鋼箱梁構(gòu)建的加工后，為檢驗(yàn)其是否符合要求，應(yīng)該對(duì)其展開測(cè)試，即對(duì)其進(jìn)行試拼裝，通過該種方法及時(shí)對(duì)試件進(jìn)行檢查，避免其運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)其存在質(zhì)量缺陷。在試拼裝時(shí)，先對(duì)其長度進(jìn)行測(cè)量，即應(yīng)使兩相鄰吊點(diǎn)的縱距偏差大于3mm，其每個(gè)鋼箱梁構(gòu)件的長度偏差允許其大于20mm。然后檢查其是否彎曲，即其梁段中心軸線與橋軸的中心線之間的偏差應(yīng)該大于1mm，梁頂端接口之間的偏差應(yīng)該不大于2mm，在梁段匹配接口處安裝配件后，其板面的高低差應(yīng)該不大于1.5mm。待一切檢查完畢后，即可判斷其符合要求，可將其運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用。在運(yùn)輸?shù)倪^程中，應(yīng)該避免構(gòu)件之間因激烈碰撞而出現(xiàn)形變的情況發(fā)生。因此需要在運(yùn)輸前對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行布置，即鋪設(shè)墊木以防止其與車輛平板之間的摩擦碰撞。除此之外，為避免因車輛劇烈晃動(dòng)導(dǎo)致構(gòu)件之間碰撞問題的發(fā)生，可在構(gòu)件和運(yùn)輸車輛平板之間用鋼絲繩進(jìn)行固定，司機(jī)在運(yùn)輸?shù)倪^程中也應(yīng)平穩(wěn)行駛，以減少構(gòu)件損傷。

3 吊裝施工控制關(guān)鍵技術(shù)

上述立交橋鋼箱梁制造還需要對(duì)施工技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，以提升施工質(zhì)量，因此該文分析了立交橋鋼箱梁吊裝施工控制關(guān)鍵技術(shù)。

吊裝施工對(duì)場(chǎng)地的承載能力要求較高，計(jì)算履帶吊機(jī)自重和配重以及吊重的總和，重約869t。吊機(jī)履帶與地面接觸面積約為23.28m，增加受力面積，鋪設(shè)4塊路基板，使接地面積增加到72m，此時(shí)對(duì)地壓強(qiáng)為12.07t/m，根據(jù)施工安全標(biāo)準(zhǔn)，以1.5倍要求地基承載能力為18.1t/m。在吊裝場(chǎng)地原地面的連鎖塊處鋪設(shè)1層鋼板，然后鋪設(shè)路基板。在其他原地面處鋪設(shè)2層?xùn)艡诎?，澆灌混凝土后鋪設(shè)1層鋼板，再鋪設(shè)路基板。檢測(cè)處理后地基承載力達(dá)到27.1t/m，可以滿足施工要求。

在對(duì)立交橋鋼箱梁吊裝施工控制方法進(jìn)行優(yōu)化的過程中，可采用有限元軟件進(jìn)行獨(dú)立建模，展示三維界面。在進(jìn)行立交橋鋼箱梁吊裝施工控制過程中，需要對(duì)匝道橋傾覆軸線進(jìn)行最優(yōu)選取，保證傾覆軸線是橋臺(tái)外側(cè)支座連線，即2號(hào)和6號(hào)支座連線為傾覆軸線。傾覆軸平面示意圖如圖1所示。

圖1 立交橋傾覆軸平面示意圖

基于立交橋傾覆軸平面示意圖，計(jì)算立交橋鋼箱梁吊裝施工過程中的橫向最不利車道位置到傾覆軸線的垂直距離，立交橋的集中荷載采用直線內(nèi)插值取為240kN。計(jì)算立交橋鋼箱梁吊裝各支座到傾覆軸的距離所需要的各數(shù)據(jù)見表3。

表3 立交橋鋼箱梁吊裝各支座到傾覆軸的距離（m）

當(dāng)鋼箱梁在移位裝置上到位后，完成單獨(dú)的分段的吊裝工作，然后進(jìn)行鋼箱梁分段的滑動(dòng)，直至滑出下一根鋼箱梁的位置后，再進(jìn)行前一次的工作。

4 立交橋鋼箱梁吊裝施工

根據(jù)上述要求，對(duì)立交橋鋼箱梁吊裝施工控制技術(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。制作的鋼箱梁為梁高1.6m、頂部9.3～11.2m的三箱室，其底厚16mm、25mm、腹厚16mm、20mm、頂部壁厚16mm和25mm。

由于施工現(xiàn)場(chǎng)限制，起重機(jī)工作半徑較大，需要對(duì)車輛進(jìn)行交通疏導(dǎo)。在主塔上的吊裝工作持續(xù)4～5小時(shí)，單根梁的起重需要4.5小時(shí)左右。在一次施工期間，主塔的框架時(shí)間太短。利用可移動(dòng)支架的搭橋方式，將北塔無索區(qū)的鋼箱梁進(jìn)行吊裝。

為了能夠較好地對(duì)立交橋進(jìn)行抗震程度的檢測(cè)，該文設(shè)置了表4的參數(shù)。

表4 立交橋鋼箱梁吊裝施工相關(guān)系數(shù)參數(shù)設(shè)置

立交橋鋼箱梁吊裝施工鋼管樁和鋼箱梁的連接都是以鉸鏈形式進(jìn)行的。鋼管樁和樁頭、過道梁采用剛接的方式?；品桨甘褂每v向滑道或橫向滑道，滑軌采用1.5m長度的板件模型。

立交橋鋼箱梁吊裝中的受力進(jìn)行分析，側(cè)跨所承擔(dān)的外力主要是起重機(jī)自身質(zhì)量和中跨度較大的部分。立交橋鋼箱梁吊裝的各個(gè)受力和變形檢驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 立交橋中跨大節(jié)段吊裝引起的邊跨控制截面應(yīng)力變化

在立交橋鋼箱梁吊裝斷面上，由于邊跨整體的受力程度仍然很小，因此選取中跨斷面作為受力監(jiān)控?cái)嗝?，?duì)其進(jìn)行變形監(jiān)控和立交橋鋼箱梁吊裝施工控制。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，跨中斷面的受力變化沒有超出理論值，而立交橋中跨度較大節(jié)段的受力控制斷面的偏移也在可接受的范圍之內(nèi)。

基于上述受力分析，確定鋼箱梁吊裝施工的適用性，按照既有方案進(jìn)行施工。在常見的施工過程中，大部分都會(huì)采用在各環(huán)形開口處布置一列井字型支撐的方式促進(jìn)施工，但這種支撐結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定。為進(jìn)一步保障施工的安全性，該文采用滿堂支架的方式進(jìn)行支撐。此種架構(gòu)采用半幅搭設(shè)、半幅通車的方式進(jìn)行構(gòu)建，即在中間預(yù)留8m寬的行車道路用于施工材料的運(yùn)輸，以保證在施工過程中材料的及時(shí)供給。在搭建過程中要注意做好現(xiàn)場(chǎng)的考量，選擇合適的方式做好相應(yīng)構(gòu)建工作，對(duì)安裝基礎(chǔ)不符合要求的位置要先做好承載鋼筋混凝土的基礎(chǔ)，然后根據(jù)橋梁中心線、臨時(shí)支撐軸線墩的軸線及單元塊的劃分情況確定支架的橫縱坐標(biāo)及標(biāo)高。待搭建完畢后，還應(yīng)做好相應(yīng)車輛的疏導(dǎo)工作，避免車輛撞擊支撐架構(gòu)。鋼梁由350t汽車吊配合200t汽車吊配合完成進(jìn)場(chǎng)，經(jīng)過千斤頂?shù)奈⒄{(diào)，在線路上進(jìn)行定位，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊補(bǔ)。經(jīng)過表面檢驗(yàn)和檢測(cè)，最終進(jìn)行表面處理，再進(jìn)行支架和輔助構(gòu)件的安裝。將鋼箱梁從胎架上吊起20cm，停置5分鐘，檢查吊耳、吊索、鋼箱梁的平衡狀態(tài)，確定正常后提升到指定位置上方0.5m處，控制倒鏈微調(diào)。將鋼箱梁放置起到支撐位置時(shí)，需要將設(shè)備與預(yù)設(shè)的中線對(duì)齊，并利用繩索對(duì)鋼箱梁進(jìn)行固定保證，立交橋鋼箱梁吊裝與橋面中線處基本對(duì)齊，同時(shí)橫梁與支承的位置對(duì)齊，在立交橋鋼箱梁吊裝下落時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的滑移現(xiàn)象。為解決上述問題，可以在換位機(jī)中預(yù)先安裝擋板墊塊，并在位移機(jī)構(gòu)前面預(yù)先用鋼板焊接起設(shè)備。立交橋鋼箱梁吊裝在下降至位移裝置的上部時(shí)，要逐步進(jìn)行卸載，認(rèn)真進(jìn)行支架的檢驗(yàn)，并請(qǐng)專業(yè)人員進(jìn)行支架立柱等關(guān)鍵受力部分的焊接，以保障支架的安全性。然后自南向北開始安裝，待第一片鋼梁安裝完成后，汽車吊后退安裝第二片鋼梁，直至8片鋼梁全部安裝完畢后移至對(duì)向主干道上，再自北向南重復(fù)上述操作，完成另一側(cè)安裝。主道的16片鋼梁完成安裝后，轉(zhuǎn)至其他匝道，各完成2片鋼梁安裝。

立交橋鋼箱梁吊裝施工技術(shù)的流程如圖2所示。

圖2 立交橋鋼箱梁吊裝施工流程圖

5 結(jié)語

該文針對(duì)高架橋鋼箱梁吊裝施工控制技術(shù)的研究，探討了影響該技術(shù)的關(guān)鍵因素，并根據(jù)該項(xiàng)目的具體特點(diǎn)和要求，結(jié)合同類項(xiàng)目的成功實(shí)踐，給出了較為科學(xué)的鋼箱梁吊裝施工技術(shù)措施，采用科學(xué)的技術(shù)措施，嚴(yán)格監(jiān)控施工的材料，選用合適的施工工藝，對(duì)大橋鋼箱梁的吊裝施工控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和完善，以更好地保障立交橋結(jié)構(gòu)安全，促進(jìn)交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展。