上跨正在運營的高速公路鋼—混凝土結合梁施工工法

郭瑞軍

（山西路橋第一工程有限責任公司，山西 太原 030006）

陽西高速H匝道橋第五聯上跨正在運營中的太舊高速公路，受施工條件限制，工期、地形、環境、交通運營安全要求等特點，采用鋼—混凝土結合梁吊裝施工，通過本工法的應用，有效地解決上跨運營高速公路帶來的影響，施工速度快，工期短，保證了工程質量和安全。下面介紹鋼—混凝土結合梁施工工法。

1 工藝原理

鋼—混凝土結合梁的鋼梁和箱間橫梁都是在工廠加工成節段，運輸至現場進行橋位安裝，現場施工包括鋼梁的梁段吊裝，箱間橫梁的吊裝。現場安裝采用在梁段接口處搭設臨時支架的安裝方式，吊裝作業順橋向從鋼橋一端向另一端進行，橫橋向從一側向另一側依次進行四幅的吊裝，并同時吊裝對應的箱間橫梁，吊車采用1臺500 t吊車，鋼箱梁吊裝、連接完成后，每聯3跨鋼箱梁橋面板同步施工，同時一次性現澆混凝土成型。

2 鋼混結合箱梁施工工法及操作要點

2.1 鋼箱梁安裝前準備

a）確定吊車的停放位置，以及運輸鋼梁的車輛停放位置；根據吊車支立位置的實際情況提前對吊車支撐點進行平整、碾壓密實，確保吊車支立點密實。

b）汽車吊正式起吊前張臂到最小半徑、回轉一周用配重壓支腿提前確認地基處理是否滿足要求。

c）對所有參加施工人員在前期教育、培訓考試合格的基礎上，每次施工前都要進行一次工前教育，提高施工人員安全意識[1]。

d）鋼箱梁安裝施工前，備足應急救援物資，協調好機具設備，聯系好物資供應單位，縮短供應時間。

e）清除墩柱頂部的雜物，并在臨時承重支架上標設控制軸線、鋼箱梁擺放的邊線及支座中心線，復測砂箱頂部的標高，使之高出梁底標高30 mm。

2.1.1 臨時墩的地基處理

在鋼箱梁接口位置臨時墩，臨時墩基礎，換填壓實后擬采用10 m×4 m×0.5 m的整體筏板混凝土（C30）基礎平臺。

2.1.2 臨時支架結構形式

臨時支架基礎下鋪設C30混凝土，每個臨時墩上設4根φ426壁厚為8 mm的鋼管支架。

在頂部設直徑為 φ250，高 300 mm壁厚10 mm鋼管柱砂箱，砂箱內設直徑為220 mm，高310 mm，壁厚10 mm活塞。砂箱及活塞下均設開口，并設直徑50 mm×壁厚3 mm漏砂圓管，以調節墩頂高度，如圖1、圖2。

圖1 臨時支架構造圖

圖2 沙箱設計

2.1.3 臨時支架承載計算

a）鋼管臨時墩受力分析，當吊梁段A時，我們近似認為，梁段每延米重量近似相當，為均布載荷，受力情況如圖3。

圖3 吊梁段A時載荷圖

本梁段近似看為簡支梁（不考慮支架與基礎沉降）則受力情況：

F混凝土墩+F鋼管臨時墩=G梁段A，

彎矩：M混凝土墩=M鋼管臨時墩=0，梁段可近似認為兩端受力相等，則：

F混凝土墩=F鋼管臨時墩=G梁段A/2.

b）吊第二段時，梁段A、梁段B未焊接成型時其受力情況如圖4。

圖4 梁段A、梁段B未焊接成型時載荷圖

梁段基本相當于簡支梁，不考慮支架與基礎沉降，則受力為：

F鋼管臨時墩=G梁段B/2.

c）當梁段A與梁段B連接成型時，近似認為是一段連續的簡支梁則受力情況如圖5。

圖5 梁段A與梁段B連接成型時載荷圖

F混凝土墩+F鋼管臨時墩+F鋼管臨時墩=G梁段A+G梁段B，

彎矩：M混凝土墩=M鋼管臨時墩=0，

所以左側混凝土墩受力情況為：F混凝土墩=G梁段A/2，

A、B梁整體受力情況為：F鋼管臨時墩=G梁段A/2+G梁段B/2，

右側鋼管臨時支架受力情況為：F鋼管臨時墩=G梁段B/2.

選擇承重最大的C—B接口處臨時支架計算支架穩定性，C—B段接口臨時支架支撐重量為46 t，支架高度為11.5 m；支架自重按8 t計算，施工載荷按4 kN/m2計算，P=4×5×15.9=318 kN，在確保結構安全的前提下，為簡化力的傳遞和計算過程，計算臨時支架受力時，按承受荷載平均分配4根鋼管計算，但考慮到分配到單根鋼管荷載的不均勻性，所以單根管承受荷載乘以1.3的系數，故單根管的豎向最大載荷為：

選用φ300×8的鋼管作為支架，鋼管的材質為Q235B，故[σ]＝170 MPa ，

計算得鋼管截面積：A＝73.388cm2＝0.0073388m2，

查表得鋼管的回轉半徑：i=10.327cm＝103.27mm，

C段鋼梁處支架鋼管長度：L0=11.5m＝11500mm，

故長細比：λ=L0/i=11 500/103.27=111.36.

根據按已算出長細比數值，查表得出b類截面穩定性系數：φ=0.481，

受壓鋼管柱的穩定性強度：

故系統穩定。

2.2 鋼箱梁吊裝方案

2.2.1 鋼箱梁吊裝流程圖

H匝道鋼箱梁是雙幅開口T梁組成，每幅T梁分為5個吊裝段，一個匝道共10個吊裝段。吊裝流程如圖6。

從主墩柱開始依次進行吊裝1號-A1（內弧）、B1（內弧）、A2（外弧）、B2（外弧）；2 號 -C1（內弧），C2（外弧）；3 號 -B1（內弧）、A1（內弧）、B2（外弧）、A2（外弧）。

H匝道C段吊裝時轉臂就位時太舊高速道路雙向封閉，梁車、吊車均停在高速公路外側進行吊裝作業，梁車、吊車站位不占用高速。

2.2.2 吊裝技術保證

H匝道C制作段為30 m長梁段，自重也最重，且跨路吊裝采用吊車一次站位，吊裝回轉半徑最大，C段跨太舊高速，吊裝時，吊車停在高速公路太原至石家莊外側進行吊裝。

安裝時選用一輛500 t汽車吊,根據500 t汽車吊性能得知，汽車吊吊車臂伸長量為47.3 m時吊重為50 t。鋼箱梁最重段是46 t，采用一臺吊車吊裝。50 t大于46 t，能夠成功吊起。

圖6 吊裝流程圖

500型吊車主臂額定技術性能參數：支腿開距=10×9 m，旋轉角度 360°，標準配重 =135 t，500 t汽車吊結構尺寸見圖7。

2.2.3 鋼箱梁施工概述（以C節段的吊裝為例）

采用一臺500 t吊車一次進行吊裝，C節段吊裝施工是跨太舊高速吊裝，需全幅臨時斷路吊裝。一段鋼梁，從吊車起吊到鋼梁就位大約需40 min時間。在吊裝C段時，施工人員、吊車、梁車全部就位，鋼梁掛鉤等一切起吊前的所有準備工作就緒，等待斷路通知，斷路就緒，吊車開始起吊，直到鋼梁就位，道路可恢復通車，進行下一段的吊裝前準備工作，再次斷路吊裝。

圖7 500 t汽車吊結構尺寸圖

此時吊車回轉半徑為18 m，吊臂長度39.5 m，C1段重44.5 t，C2段重46 t。500 t吊車回轉半徑18 m，吊臂長47.3 m，可吊重量50 t，滿足吊裝要求。

吊裝時間4 h，其中1.5 h雙向全封閉，吊裝C1梁段是封閉45 min，在準備吊第二片梁時，中間高速可短暫放行，吊裝C2梁再封閉45 min。

吊裝完成開口T梁再分別進行相間橫梁的吊裝，其中在太舊高速路上方為7個相間橫梁，吊裝跨太舊高速上方相間橫梁時需焊接相間橫梁及鋼模板。

2.2.4 防護設置

本工程為跨太舊高速匝道橋，太舊高速車流量大，橋面施工時有可能墜落施工時所需構件，存在安全隱患，為消除安全隱患，在跨太舊高速梁段設置防墜落網。

所需材料：角鋼∠50×5；防護網的材質：聚乙烯密目網，8號鐵絲、鋼絞線。

防護網布置：角鋼高為1.2 m，角鋼間距2 m，角鋼下部與梁面剪力釘焊接，角鋼上部開小孔，穿鋼絞線與防護網固定，下部防護網用鐵絲與剪力釘固定。鋼箱梁上部防墜網設置完成后，兩鋼箱梁之間設置防墜網，用鐵絲與鋼箱梁頂部剪力釘固定。

2.2.5 現澆橋面混凝土施工

鋼箱梁吊裝完成后，相應的防護網安裝完畢，就可在橋面現澆混凝土施工。在施工順序上，計劃在鋼箱梁吊裝、連接完成后，每聯3跨鋼箱梁橋面板同步施工，同時一次性澆筑混凝土[2]，在保證安全、質量的前提下爭取最快的工期。澆筑及養生過程中嚴格進行控制，要求做好橋面排水，不得將水漫流至太舊高速公路，造成交通事故。

2.2.6 臨時支架的拆除方案

鋼梁架設及橋面系完工后，將臨時支架上砂箱的堵絲同時打開，砂箱內細沙流出，砂箱泄力，拆除支架頂部砂箱。拆除支架頂部砂箱后，將鋼絲繩掛在支架側翻另一側的2/3高度處起勾，使支架緩緩放倒，再拆除支架連接件。

3 總結

鋼—混凝土結合梁鋼梁采用工廠加工，運輸到施工現場吊裝，橋面板采用搭設臨時支架法施工，橋面板同步施工，一次性現澆混凝土成型。本工法施工不受地形及環境條件影響，能適用于各種地形復雜的環境及上跨正在運營的公路進行施工；結合梁鋼梁由工廠加工，搭設臨時支架現場安裝同時進行，安裝制作較為容易，提高了施工速度，使工期縮短；主梁截面由預制開口鋼箱梁和現澆預應力混凝土橋面板通過抗剪連接器組成，安全性高，穩定性好，保證了工程質量。