漸變式鋼箱梁河道Y型景觀橋安裝施工技術(shù)

張義周，馬永志

（中建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司，北京 100037 ）

坪山河干流綜合整治及水質(zhì)提升工程—景觀橋工程位于坪山河項(xiàng)目景觀提升樣板段，建于坪山高級(jí)中學(xué)正門區(qū)域河道上，為連接坪山河兩岸的跨河人行天橋。建橋主要為滿足學(xué)校師生及接送家長過河之需，可一定程度緩解學(xué)校放學(xué)高峰期交通壓力；景觀橋不僅功能完備，也極富觀賞性，可滿足周邊居民休閑活動(dòng)之需。景觀橋工程是坪山河項(xiàng)目重要的構(gòu)筑物，是坪山區(qū)政府重要的民心工程。

景觀橋平面布置呈Y 型，主體鋼梁和頂棚結(jié)構(gòu)為漸變式箱梁。河內(nèi)不設(shè)支墩，立于55 米寬河道之上。橋梁分5 段，主跨分A、B 段，長37.22m，寬6m；Y 型鋼梁相交位置為等高C 段，長8.67m；D1、D2 段為變高段，長20.45m，寬4m；頂棚分為4 段，A 段寬6m，長3.5m；B 段寬6m，長15.15m；C1 和C2 段寬4m，長15.15m；橋梁整體呈箱型截面，鋼結(jié)構(gòu)用量總計(jì)約433.2t。

圖1 景觀橋分段圖

1 景觀橋安裝總體思路

本工程鋼結(jié)構(gòu)主要包括主橋鋼梁、頂棚、主橋斜板、主橋拉桿。主橋鋼梁最寬達(dá)6m，頂棚最長達(dá)43m，超出運(yùn)輸車輛的限寬4.2m，限長17m，限重30t，故需對(duì)主橋鋼梁、頂棚、主橋進(jìn)行合理分段。制造廠分段制作后運(yùn)至現(xiàn)場，先采用汽車吊進(jìn)行地面拼裝成吊裝單元，然后采用汽車吊將吊裝單元整體吊裝到位。構(gòu)件在地面拼裝須在地面設(shè)置專用拼裝胎架。

主橋鋼梁和頂棚安裝，采用支撐架原位安裝，下方設(shè)置臨時(shí)支撐胎架，從兩端向中間的安裝順序，支撐胎架頂部設(shè)置焊接操作平臺(tái)。

安裝流程如下：

主橋鋼梁A 段→主橋鋼梁D1、D2 段→主橋鋼梁C段→主橋鋼梁B 段→主橋斜板→頂棚A 段→頂棚B1 段→頂棚C1、C2 段→頂棚B2 段。

2 支撐架設(shè)置

2.1 支撐架布置

支撐架用于支撐主橋鋼梁和頂棚，位于河流中和兩岸。其中，支撐主橋鋼梁的支撐架16 個(gè)，支撐頂棚的12 個(gè)。

2.2 支撐架基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算

2.2.1 支撐架軸心載荷

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D63-2007 4.2.2 條[1]，基地承受軸心載荷：

式中：P——基地平均壓應(yīng)力；N——在基底產(chǎn)生的豎應(yīng)力；A——基礎(chǔ)底面面積

A 段主橋鋼梁支撐架基礎(chǔ)驗(yàn)算：

N=橋梁豎向力+ 支撐架及操作平臺(tái)自重=37t+5t=42t=420KN×1.3（安全系數(shù)）=546KN；

A=6m（長邊）×3m（短邊）=18 m2

P=546KN/18 m2=30.34KPA

2.2.2 支撐架地基承載力驗(yàn)算

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D63-2007 4.2.2 條

B——基礎(chǔ)地面的最小邊寬（m）；當(dāng)b ＜2m 時(shí)，取b=2m；當(dāng)b ＞10m 時(shí)，取b=10m；

h——基礎(chǔ)埋置深度（m），自天然地面起算；當(dāng)h＜3m 時(shí)，取h=3m；當(dāng)h/b ＞4 時(shí)，取h=4b；

K1、K2——基底寬度、深度修正系數(shù)，根據(jù)基底持力層土的類別確定，K1 取3.0、K2 取5.0；

根據(jù)河岸兩側(cè)地勘報(bào)告可得，中粗砂的承載力為210KPa，密實(shí)度為稍密，重度為19.0 kN/m3；按規(guī)范第3.3.3 條[1]取值為330KPa；該處取最小值210KPa。

根據(jù)驗(yàn)算可得，支撐架最大的載荷為30.34KPA，該處地基的承載力為267KPA，對(duì)比可得，30.34KPA＜267KPA，滿足支撐架承載力要求。

2.3 主體支撐架設(shè)置

2.3.1 主橋支撐架

主橋支撐架使用2×2×1.5m 塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)豎向受力桿底端焊接在30mm 厚400mm×400mm鋼板上，鋼板與預(yù)埋螺栓相連。

支撐架頂部設(shè)置H400×400×13×21 頂梁，頂梁上方設(shè)置砂箱（用于卸載）和H400×400×13×21 立柱（長久受力構(gòu)件），頂梁下方設(shè)置螺紋調(diào)整節(jié)。

在頂梁下方約1m 處設(shè)置焊接操作平臺(tái)，焊接操作平臺(tái)采用H200×200×8×12 型鋼和16#槽鋼、角鋼50*6、格柵板、φ115×5.0 鋼管制作而成。

2.3.2 頂棚支撐架

頂棚支撐架[2]使用2×2×1.5m 塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)豎向受力桿底端焊接在30mm 厚400mm×400mm鋼板上，鋼板與主橋橋面相焊接。

支撐架頂部設(shè)置H400×400×13×21 頂梁，頂梁上方設(shè)置砂箱（用于卸載）和H400×400×13×21 立柱（長久受力構(gòu)件），頂梁下方設(shè)置螺紋調(diào)整節(jié)。

在頂梁下方約1m 處設(shè)置焊接操作平臺(tái)，焊接操作平臺(tái)采用H200×200×8×12 型鋼和16#槽鋼、角鋼50*6、格柵板、φ115×5.0 鋼管制作而成。

2.3.3 支撐架主要構(gòu)件圖和示意圖

圖2 支撐架+焊接平臺(tái)效果圖

3 支撐架卸載施工

3.1 卸載方法的選擇

本工程支架承載力大、操控性好、構(gòu)件簡單的砂箱作為卸載工具，每一支撐架上方設(shè)置一個(gè)卸載砂箱。

3.2 卸載工藝流程

砂箱采用承受環(huán)向內(nèi)壓力較好的圓鋼管作為外筒，配以緊密的圓形活塞，外部底部開排砂口，排砂口設(shè)有開關(guān)靈活的閥門。砂箱內(nèi)填充流動(dòng)性好，承載力大的鋼砂。

當(dāng)鋼砂通過排砂口排出后，砂箱內(nèi)的鋼砂體積減小，活塞隨之內(nèi)縮。砂箱高度由最初的H1 減小到H2。如下圖所示：

圖3 沙箱卸載工作原理

3.3 景觀橋變形監(jiān)控

在卸載施工過程中，結(jié)合施工模擬計(jì)算結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體變形進(jìn)行監(jiān)測可以保證卸載施工期間結(jié)構(gòu)的安全，對(duì)變形的監(jiān)測采用全站儀。監(jiān)測點(diǎn)布置在主橋安裝單元交匯處中心點(diǎn)，在卸載過程中，鋼結(jié)構(gòu)每卸載一級(jí)進(jìn)行以此位移觀測。

3.4 景觀橋應(yīng)力監(jiān)控

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測采用振弦式應(yīng)變計(jì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)主要布置在主橋箱梁靠承臺(tái)部位；在支座處主橋橋梁的四面貼上應(yīng)力應(yīng)變片。

4 吊點(diǎn)的設(shè)置

4.1 吊點(diǎn)的布置

箱梁吊裝吊耳設(shè)置：對(duì)稱設(shè)置 4 個(gè)吊耳，吊耳距構(gòu)件兩端約 L/4，吊耳下方需設(shè)置在箱型梁縱向加勁板上，構(gòu)件重心與吊鉤在同一鉛垂線上。

4.2 主橋鋼梁吊裝變形驗(yàn)算[3]

根據(jù)分段后主橋鋼梁重量，最重主橋鋼梁分段為A 段，重量為72.8t，吊點(diǎn)設(shè)置為4 個(gè)吊點(diǎn)，設(shè)置在距構(gòu)件兩端約L/4 處，下方正為腹板加勁板。采用MIDAS結(jié)構(gòu)分析軟件，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體提升進(jìn)行有限元分析。因考慮動(dòng)荷載，桿件自重乘以1.35 的系數(shù)，得出桁架的結(jié)構(gòu)受力情況，吊點(diǎn)約束設(shè)置為鉸接。

圖4 分析位移為0.239mm

5 人行天橋吊裝工況分析[4]

人行天橋主橋箱型梁和頂棚B 段采用500t 汽車吊進(jìn)行吊裝，其他結(jié)構(gòu)采用300t 汽車吊進(jìn)行吊裝。汽車吊站位都需進(jìn)行平整后，填素土夯實(shí)并澆筑200mmC20厚混凝土，汽車吊站位區(qū)域需保證混凝土面處于同一平面，吊裝過程中汽車吊支腿下方必須墊2m×6m 鋼板。

6 跨河人行天橋安裝施工流程圖

第一步：臨時(shí)支撐主橋橋梁支撐架布置

第二步：主橋A、B、C、D1、D2 段及三角斜板安裝

第三步：頂棚A、B1、C、B2 段及吊桿安裝

第四步：支撐卸載，安裝完成

7 結(jié)論

本次研究了漸變式鋼箱梁河道Y 型景觀橋安裝施工技術(shù)，根據(jù)各階段施工過程，總結(jié)現(xiàn)場施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，如在河道內(nèi)施工支撐架進(jìn)行了涌水高度計(jì)算，保證架體在圍堰拆除后不僅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載力達(dá)到施工要求，而且還滿足河道行洪要求；同時(shí)在施工現(xiàn)場拼裝焊接。根據(jù)場地布置和起吊重量要求，選擇500t 的汽車吊在最不利工況條件下施工，然后先用MIDAS Civil 軟件進(jìn)行模擬卸載，沉降量滿足起拱要求，再用千斤頂卸載到設(shè)計(jì)標(biāo)高，確保安裝精度。

本次所總結(jié)的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)是在河道綜合治理中城市Y 型景觀橋梁建設(shè)的首例，為行類似項(xiàng)目建設(shè)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。