高速公路大跨徑鋼箱疊合梁跨線橋施工技術(shù)

黃強(qiáng)

摘要：高速公路鋼箱疊合梁跨線橋施工會干擾現(xiàn)有道路交通，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。文章依托實(shí)際工程，介紹了大跨徑鋼箱疊合梁跨線橋的施工技術(shù)，包括鋼主梁節(jié)段分段及臨時(shí)支墩的合理布置、針對核心結(jié)構(gòu)臨時(shí)支墩開展有限元結(jié)構(gòu)分析、補(bǔ)強(qiáng)支架的薄弱點(diǎn)、輔以合理的施工組織等。該工程施工期間交通總體順暢，無安全質(zhì)量事故發(fā)生，其施工經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：大跨徑；鋼箱疊合梁；跨線橋；臨時(shí)支墩

中圖分類號：U448.17? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-4874（2024）04-0109-03

0 引言

隨著交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，新建高速公路經(jīng)常與現(xiàn)有公路形成空間的交叉。大多數(shù)現(xiàn)有高速公路都是雙向四車道，這就需要新建的跨線橋具備較大的跨越能力。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁或T梁目前常規(guī)最大跨度是40 m，而同等條件下鋼箱疊合梁可以突破40 m跨徑的要求，且通常采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝的工藝，施工進(jìn)度快。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)性分析鋼箱疊合梁跨線橋施工技術(shù)的文獻(xiàn)較少，且大多不具有施工的指導(dǎo)性，因此本文通過實(shí)際工程案例，詳細(xì)闡述鋼箱疊合梁跨線橋的節(jié)段分段、吊裝參數(shù)選取、臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)驗(yàn)算及施工技術(shù)，施工組織及施工技術(shù)具備較高水平，總結(jié)的工藝技術(shù)可復(fù)制可推廣。

1 工程概況

都安南互通式立交位于都安縣地蘇鄉(xiāng)板利村附近，屬樞紐性互通式立交。該立交共設(shè)置跨線橋鋼箱梁橋兩座，分別為ZK365+084.5～YK365+082.5都安南互通板利1號跨線橋、AKO+190都安南互通板利2號跨線橋，兩座橋均上跨蘭海高速公路。本文主要闡述都安南互通板利1號跨線橋施工技術(shù)，該橋左右線橋梁均分為三聯(lián)進(jìn)行設(shè)計(jì)：（24+32+45+32+24）m+4×30 m+4×30 m；上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱疊合梁，橋面凈寬11.75 m，下部結(jié)構(gòu)左右線0號橋臺均為肋板式臺、樁基礎(chǔ)，13號橋臺均為柱式臺、樁基礎(chǔ)，橋墩為柱式墩、樁基礎(chǔ)。

2 板利1號橋鋼主梁設(shè)計(jì)參數(shù)

板利1號橋梁高2.1 m，高跨比約為1/21.4?；炷翗蛎姘鍖?2.75 m，懸臂長1.5 m，邊跨跨中設(shè)置30 mm向上預(yù)拱，次邊跨跨中設(shè)置40 mm向上預(yù)拱，中跨跨中設(shè)置60 mm向上預(yù)拱，中間部分按二次拋物線變化。預(yù)拱度值不含制作拱度和支架墩彈性變形，施工時(shí)應(yīng)考慮其影響，并將其以預(yù)拱度的形式設(shè)置［1］。該橋設(shè)置2%單向橫坡，槽形鋼主梁成坡原則為：槽形鋼主梁頂?shù)装迤叫性O(shè)置橋面橫坡，橋面橫坡變化通過橋面繞設(shè)計(jì)線剛性旋轉(zhuǎn)形成橫坡，所有橫隔板、端封板均垂直布置。主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖1。

3 鋼主梁節(jié)段分段及吊裝參數(shù)

3.1 節(jié)段分段設(shè)計(jì)

鋼主梁節(jié)段應(yīng)結(jié)合梁體各階段的受力情況、加工條件、安裝方法及運(yùn)輸條件等因素進(jìn)行劃分，施工過程中將部分節(jié)段合并，具體合并組合見表1。板利1號橋各片主梁沿全橋長度方向共設(shè)置21個(gè)節(jié)段，鋼主梁劃分為A、B、C、D、E、F、G共7種類型，節(jié)段長度分別為5 m、8 m、6 m、10 m、10 m、12 m和11 m。

綜合考慮施工條件及成本，且現(xiàn)場吊裝場地良好，選擇采用鋼梁原位吊裝方法，也就是鋼梁按分段情況在制造廠制造成吊裝段，將部分節(jié)段進(jìn)行合并。運(yùn)至安裝現(xiàn)場直接吊裝到已搭設(shè)好的臨時(shí)支架上，完成主箱體吊裝后，再完成橫梁的吊裝，節(jié)段架設(shè)要求調(diào)整至設(shè)計(jì)線形后再進(jìn)行現(xiàn)場焊接。

3.2 吊裝參數(shù)

根據(jù)鋼梁節(jié)段重量，結(jié)合現(xiàn)場場地條件，鋼梁分段吊裝擬采用1臺160 T汽車吊起吊，單節(jié)段最大重量37.75 t。1臺汽車吊作業(yè)時(shí)，應(yīng)考慮動荷載系數(shù)［2］。

荷載計(jì)算公式為：

Qj=K1×Q（1）

式中：Qj——計(jì)算載荷；

K1——動荷載系數(shù)（一般取1.1）；

Q——吊物+索具+吊具的重量。

汽車吊吊鉤重量為1.29 t，索具（暫定）重量為0.3 t，按照單節(jié)段最大重量計(jì)算Qj=43 t。

考慮采用1臺160 T汽車吊抬吊，查160 T汽車吊起升參數(shù)可知：回轉(zhuǎn)半徑10 m，臂長26.8 m，最大起重量為46.5 t；回轉(zhuǎn)半徑12 m，臂長26.8 m，最大起重量為37.2 t；回轉(zhuǎn)半徑14 m，臂長26.8 m，最大起重量為28.6；回轉(zhuǎn)半徑16 m，臂長26.8 m，最大起重量為23.2 t。

4 臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

4.1 鋼管臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)項(xiàng)目鋼箱疊合梁特點(diǎn)并結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，采用鋼管立柱式臨時(shí)支架，立體鋼支墩主要由325 mm×8 mm的鋼管通過槽鋼［14連接而成。支墩頂部采用雙拼Ⅰ32a與鋼管立柱焊接，在雙拼Ⅰ32a工字鋼上安裝200 mm×5 mm鋼管調(diào)節(jié)柱，可對鋼箱梁高度進(jìn)行調(diào)整。臨時(shí)支墩標(biāo)準(zhǔn)大樣見圖2。

4.2 臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

選取載荷跟高度綜合最大的臨時(shí)支墩以及跨高速公路部分臨時(shí)支墩進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。

4.2.1 臨時(shí)支墩1驗(yàn)算

該支墩高度為12.46 m，根據(jù)實(shí)際荷載分布計(jì)算得單管最大受力21.38 t，建立計(jì)算模型，提取最不利工況組合應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見圖3，最大值為52 MPa，小于Q235鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值210 MPa，滿足要求。

從分析結(jié)果可知，臨時(shí)支墩各桿件的應(yīng)力均有較大安全系數(shù)，其穩(wěn)定性對于結(jié)構(gòu)安全更為重要，因此進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計(jì)算得屈曲分析特征值為63.54，＞4，滿足經(jīng)驗(yàn)值要求。

4.2.2 跨線臨時(shí)支墩驗(yàn)算

跨線臨時(shí)支墩兩端設(shè)計(jì)為單排墩，中間設(shè)計(jì)為板凳墩，計(jì)算組合應(yīng)力最大值為48.6 MPa，整個(gè)跨線橋支墩桿件應(yīng)力均較大，提取跨線臨時(shí)支墩屈曲分析模態(tài)一如圖4所示，屈曲分析特征值為55.39，＞4，滿足要求，從圖4可以看出結(jié)構(gòu)最易發(fā)生失穩(wěn)的狀態(tài)是雙拼Ⅰ32a側(cè)向失穩(wěn)，反映了工字鋼側(cè)向剛度弱的特點(diǎn)［3］。

綜上驗(yàn)算結(jié)果，臨時(shí)支墩主要受力桿件的應(yīng)力具備較大的安全系數(shù)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也有較大富余，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮可進(jìn)一步優(yōu)化，但是該項(xiàng)目臨時(shí)支墩主要用于服務(wù)跨越交通繁忙的蘭海高速公路跨線橋施工，安全風(fēng)險(xiǎn)極大，因此臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)加工實(shí)施。

5 施工技術(shù)

5.1 梁段運(yùn)輸

鋼結(jié)構(gòu)總重約2 200 t，所有構(gòu)件的長×寬×高不超過20.5 m×3.8 m×1.75 m。運(yùn)輸起點(diǎn)為廣西扶綏縣空港工業(yè)園，終點(diǎn)為都安互通立交施工現(xiàn)場，結(jié)合該工程的項(xiàng)目特征，所有鋼構(gòu)件通過公路運(yùn)輸至工地現(xiàn)場，基本運(yùn)輸線路是：武橋扶綏基地廠→G7211南友高速公路→G7201南寧繞城高速公路→G80廣昆高速公路→G75蘭海高速公路→鋼梁工程施工現(xiàn)場。

5.2 臨時(shí)支墩安裝

5.2.1 臨時(shí)支墩的地基處理

放樣出基礎(chǔ)位置和輪廓線，將輪廓線內(nèi)和擴(kuò)寬50 cm范圍內(nèi)的地基進(jìn)行夯實(shí)，使其承載力＞350 kPa，若不能滿足要求需進(jìn)行換填處理。在地基周圍挖設(shè)臨時(shí)排水溝防止積水。

5.2.2 臨時(shí)支墩與基礎(chǔ)連接

支架下部用混凝土澆筑成長730 cm×寬60 cm×高30 cm的混凝土條形基礎(chǔ)，鋼管立柱與混凝土條形基礎(chǔ)的預(yù)埋鋼板焊接牢固，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。臨時(shí)支撐底部采用四塊規(guī)格均為400 mm×400 mm×14 mm的鋼板與混凝土基礎(chǔ)固定。

5.2.3 臨時(shí)支墩制作與搭設(shè)

臨時(shí)支架制作分標(biāo)準(zhǔn)段和調(diào)節(jié)段，先制作成單片，再組裝為整體。立柱鋼管用325 mm×8 mm鋼管，臨時(shí)支架橫梁頂部與鋼箱梁底預(yù)留至少50 cm的空間，便于作業(yè)人員對鋼箱梁的找正、卸載。支撐下部墊厚度≥14 mm的整張鋼板，并在縱向設(shè)置十字撐以保證整聯(lián)臨時(shí)支架的穩(wěn)定性。臨時(shí)支架安裝完成后，四周用防撞桶進(jìn)行保護(hù)，防止車輛撞擊［4］。

5.3 臨時(shí)支架施工交通管制

鋼梁吊裝前，以都南高速公路硬路肩及中央分隔帶處為支撐，設(shè)立門洞支架，考慮到施工時(shí)需借用對向車道及車輛超寬，洞門寬度設(shè)置為7.5 m。跨線橋鋼梁吊裝時(shí)，實(shí)施臨時(shí)交通管制，保持半幅通行，即當(dāng)?shù)跹b右幅上方鋼梁時(shí)，臨時(shí)封閉右幅行車道，左幅行車道保持通行并限速60 km/h，當(dāng)?shù)跹b完成后解除封閉，路面設(shè)置水馬、標(biāo)線等交通安全設(shè)施。橋面板施工時(shí)，門洞下方保持車輛通行，車道限速60 km/h，路面設(shè)置水馬、標(biāo)線等交通安全設(shè)施。

5.4 鋼梁吊裝

5.4.1 鋼梁吊裝就位

當(dāng)鋼梁移至就位上空時(shí)，吊車停止移動，就位平衡后通過變化工作幅度來對準(zhǔn)就位，整個(gè)吊裝過程采用儀器跟蹤測設(shè)。

5.4.2 鋼箱梁吊裝方法及調(diào)整

（1）該項(xiàng)目鋼梁安裝位置為道路交叉口，根據(jù)總體施工方案，施工期間，被交叉線路暫時(shí)不通車，因此可以占道施工，但邊跨位于高速公路邊坡上方，支架除了要保證自身的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性之外，還必須做好支架基礎(chǔ)處理以及吊機(jī)作業(yè)位置的整平和硬化，施工期間臨時(shí)占道采用的各類交通防護(hù)措施及標(biāo)志必須符合當(dāng)?shù)亟还懿块T許可。

（2）鋼箱梁吊裝應(yīng)盡量選擇在白天進(jìn)行，并且施工區(qū)域限定于打圍封閉區(qū)間，必要時(shí)需對車輛進(jìn)行導(dǎo)流。板利1號橋上跨的在高速公路路面上進(jìn)行吊裝，選擇在02：00[CD*2]05：00沒有車輛通行的時(shí)段進(jìn)行施工。

（3）鋼梁制造、發(fā)運(yùn)與現(xiàn)場安裝工作應(yīng)統(tǒng)籌安排，鋼梁吊裝前應(yīng)做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作：包括支架布置、支架標(biāo)高測量、施工防護(hù)等，現(xiàn)場沒有存梁位置，鋼梁運(yùn)輸車輛達(dá)到施工現(xiàn)場時(shí)，應(yīng)確保立即吊裝，運(yùn)輸車輛迅速退出施工區(qū)域，否則運(yùn)輸車輛的積壓可能對交通造成嚴(yán)重影響。

5.5 卸載和支架拆除

卸載時(shí)，在鋼箱梁臨時(shí)支架的橫梁上安設(shè)10臺千斤頂，采用液壓同步系統(tǒng)統(tǒng)一操作，保證鋼箱梁卸載時(shí)操作的同步性，卸載按照先中間后兩邊的原則進(jìn)行，在每一支撐體系安排4個(gè)人切割臨時(shí)調(diào)節(jié)支撐。在每一臨時(shí)調(diào)節(jié)支撐一側(cè)500 mm設(shè)置1個(gè)20 t千斤頂，千斤頂上方設(shè)置一塊20 mm×300 mm×300 mm鋼墊板，并與千斤頂頂蓋焊接成整體，千斤頂?shù)鬃椭Ъ軝M梁點(diǎn)焊牢固，確保卸載過程中千斤頂穩(wěn)定。該工程現(xiàn)場地面距橋底面最大高度約為13 m，單體支架重量約為4.5 t，可采用25 t汽車吊直接進(jìn)入橋梁下方對支架進(jìn)行吊裝轉(zhuǎn)移；臨時(shí)支架由立柱和橫梁兩部分組成，先將鋼管立柱和橫梁切割開，并采用25 t汽車吊對橫梁進(jìn)行拆卸轉(zhuǎn)移，再吊裝轉(zhuǎn)移鋼管立柱［5］。

6 結(jié)語

高速公路大跨徑鋼箱疊合梁跨線橋施工技術(shù)經(jīng)過了實(shí)踐的檢驗(yàn)，本文從分段、加工、運(yùn)輸、吊裝方案等開展分析，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際條件研究認(rèn)為，核心控制點(diǎn)在于鋼主梁分段及臨時(shí)支墩的布置，臨時(shí)支墩的設(shè)置要保證現(xiàn)有高速公路車輛順暢通行，同時(shí)具備應(yīng)有的承載能力和抗傾覆能力，總結(jié)臨時(shí)支墩施工，現(xiàn)場應(yīng)做好幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的控制：

（1）地基承載力≥350 kPa。

（2）鋼管立柱條形基礎(chǔ)應(yīng)與地面連接牢固，防止傾覆或滑移。

（3）鋼管立柱的安裝垂直度必須滿足設(shè)計(jì)要求，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏心受壓。

（4）Ⅰ32a工字鋼側(cè)向應(yīng)與鋼管柱頂部形成可靠約束，可采用型鋼加撐焊接。

參考文獻(xiàn)

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［3］胡欒喬，梁昕曄.跨線橋鋼混疊合梁的安裝施工技術(shù)［J］.智能城市，2021，7（3）：153-154.

［4］張熙偉.鋼混疊合梁跨線施工技術(shù)分析［J］.運(yùn)輸經(jīng)理世界，2020（14）：31-32.

［5］顧江淮.跨線橋鋼箱梁安裝工程施工技術(shù)探討［J］.交通科技與管理，2023，4（20）：92-94.

作者簡介：黃 強(qiáng)（1990—），工程師，主要從事道路橋梁施工管理工作。