跨既有城市道路鋼箱梁整體吊裝施工技術(shù)

張小剛

摘要：本文針對既有城市交通系統(tǒng)復(fù)雜，存在新建橋梁與既有道路交叉多、施工環(huán)境復(fù)雜、施工難度增加等問題，鑒于鋼箱梁跨度大、架設(shè)方便等優(yōu)點，對跨越既有城市道路的鋼箱梁整體吊裝施工技術(shù)進行了研究，重點分析了吊裝施工方案比選、鋼箱梁節(jié)段分塊設(shè)計、鋼箱梁吊裝施工技術(shù)，為存在交叉施工現(xiàn)象、城市道路交通流大等復(fù)雜施工環(huán)境的鋼箱梁吊裝施工提供指導(dǎo)和借鑒。

Abstract： In view of the complicated traffic system in existing cities， there are many problems such as the bridge between newly built bridges and existing roads， complex construction environment and difficulty of construction. Considering the advantages of large span of steel box girder and convenient erection， the whole hoisting construction technology of the beam is studied. The comparison and selection of the hoisting construction scheme， the section block design of the steel box girder and the hoisting construction technology of the steel box girder are mainly analyzed， in order to provide guidance and reference for the steel box girder hoisting construction in complicated construction environment， such as cross construction phenomenon， large urban road traffic flow.

關(guān)鍵詞：鋼箱梁；整體吊裝；城市道路；分塊設(shè)計

Key words： steel box girder；holistic hoisting；urban road；block design

中圖分類號：U445 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）12-0104-05

0 引言

近些年由于我國城鎮(zhèn)化的加快，城市的現(xiàn)有交通設(shè)施已不滿足城市擴張規(guī)模后的需求，所以需新修建道路或者改擴建現(xiàn)有道路。而既有城市交通系統(tǒng)復(fù)雜，新修建道路與既有道路的交叉越來越多，施工環(huán)境也越復(fù)雜，施工難度也越來越高。鑒于鋼箱梁自重輕、強度高、跨度大、易維修和架設(shè)方便等優(yōu)點，使其在跨越既有線路的大型橋梁建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用[1]。鋼箱梁一般由頂板、底板、腹板和橫隔板及加勁肋等通過全焊接的方式連接而成。本文以武漢市跨越竹葉海互通C匝道橋和武漢市三環(huán)橋的硚孝高速D匝道2號橋為例，對鋼箱梁吊裝方案比選、鋼箱梁分塊設(shè)計、吊裝技術(shù)進行了分析，為同類鋼箱梁吊裝工程施工提供參考。

1 項目背景

硚孝高速D匝道2號橋第三聯(lián)鋼箱梁位于武漢市東西湖區(qū)竹葉海公園內(nèi)，該聯(lián)長橋墩編號為D9#、D10#、D11#，跨度為：45m+45m=90m，依次跨越竹葉海互通C匝道橋和武漢市三環(huán)橋。鋼箱梁橋面寬10m，梁高1.9m，鋼結(jié)構(gòu)重量約480t，材質(zhì)為Q345q-D。圖中C匝道橋為其它施工單位與筆者所在單位同期施工工程，存在交叉施工的現(xiàn)象，造成了筆者所在單位施工的不便利。

2 鋼箱梁吊裝方案選擇

2.1 吊裝方案比選

通常鋼箱梁吊裝一般都采用分段吊裝和分段拼裝方案[2]。原設(shè)計方案為分段支架吊裝，共分為31個節(jié)段，按照線路方向單向順序施工，而現(xiàn)場施工環(huán)境條件復(fù)雜，存在交叉施工現(xiàn)象，施工難度大，故需進行方案比選。

2.1.1 原設(shè)計分段支架吊裝方案

原設(shè)計將D9#～D11#鋼箱梁分成31節(jié)段，單塊重量約為21t。搭設(shè)支架分段進行吊裝施工，按照線路方向單向順序施工。

此方案優(yōu)點是：①單塊重量小；②加工工藝較簡；③現(xiàn)場吊裝安全性大；④可采用小噸位吊裝設(shè)備。缺點是：①設(shè)計施工分段施工方案占有武漢三環(huán)線行車道，支架需架立在三環(huán)橋空心板上，故需考慮三環(huán)橋的承載能力能否滿足施工要求；②沒有考慮同期施工C匝道需從D9#～D10#鋼箱梁下穿施工，存在交叉影響。

2.1.2 吊裝+頂推施工方案

先將D9#～D10#鋼箱梁采用支架吊裝施工完畢后，再在施工結(jié)束的鋼箱梁上組裝D10#～D11#鋼箱梁后，采用頂推法施工，跨越武漢三環(huán)線橋。

此方案優(yōu)點是相比吊裝跨域三環(huán)線安全可靠性高，對三環(huán)線交通影響較小。缺點是D10#～D11#鋼箱梁位于曲線上，頂推施工工藝較復(fù)雜，施工成本高。

2.1.3 梁式支架跨越C匝道+大節(jié)段整體吊裝跨域三環(huán)線施工方案

D9～D10#節(jié)段跨越C匝道部分采用梁式支架跨越，D10～D11#節(jié)段在三環(huán)橋中央分割帶設(shè)置支架，跨越三環(huán)部分焊接成兩個大的節(jié)段整體吊裝。鋼箱梁共劃分為27個節(jié)段（其中6節(jié)為懸挑段）。

此方案優(yōu)點為支架施工法工藝簡單，避免占用三環(huán)行車道，大量焊接工作在地下完成，高空焊接量小，僅需吊裝時封閉交通3個小時，安全可靠性較好。缺點是需要在較狹小的施工空間尋找二次拼裝場地。

經(jīng)過綜合考慮施工安全和避免施工交叉影響等因素，選擇采用方案3。

2.2 吊裝設(shè)備選擇

選擇時吊裝設(shè)備是根據(jù)吊物重量和起吊半徑確定機型和起吊噸位，本項目由于D2L3-13～D2L3-16、D2L3-17～D2L3-20需在現(xiàn)場二次拼裝成整體后，再進行整體吊裝，故根據(jù)整體節(jié)段的重量（最大自重約為68t），選擇一臺350t汽車吊進行吊裝，工況：起重半徑R=14m，桿長L=31m，額定起重量78t。

另外其它節(jié)段重量均較小（約為24t），故選擇一臺160t汽車吊，吊裝D2L3-1～D2L3-12、D2L3-21，工況：起重半徑R=9m，桿長L=30.4m，額定起重量46t。

3 鋼箱梁節(jié)段劃分設(shè)計

3.1 橫向分塊設(shè)計

本項目鋼箱梁橫向分塊設(shè)計考慮因素為箱梁的結(jié)構(gòu)受力、梁體、翼板橫向斷面形式、吊裝設(shè)備的起吊能力等。本項目依據(jù)鋼箱梁其單箱單室的結(jié)構(gòu)特點，并結(jié)合施工現(xiàn)場的支架搭設(shè)方案，D9#～D10#鋼箱梁常規(guī)節(jié)段采用橫向劃分，主箱室和挑臂整體劃分，而在跨三環(huán)線部分D10#～D11#鋼箱梁橫向劃分同時，挑臂也進行單獨劃分。（圖4）

3.2 縱向分塊設(shè)計

本項目鋼箱梁縱向分塊設(shè)計考慮因素為箱梁的結(jié)構(gòu)受力、梁體、翼板橫向斷面形式、吊裝設(shè)備的起吊能力、現(xiàn)場施工環(huán)境、臨時支架位置等。D9～D11#鋼箱梁縱向分段，節(jié)段號：D2L3-1～D2L3-21，挑臂為：D2L3-1A/B，D2L3-2A/B，D2L3-3A/B，共計27個節(jié)段（其中6節(jié)為懸挑段，其中D2L3-1～D2L3-10節(jié)段重量約為24噸左右）。節(jié)段劃分見圖5所示。

4 鋼箱梁吊裝施工技術(shù)

4.1 施工地基處理

4.1.1 施工區(qū)域地基承載力計算

施工區(qū)域地面進行混凝土硬化。

①支架區(qū)域承載力計算：

由節(jié)段重量可知，經(jīng)計算支架傳遞到地基荷載為112.8kPa。地質(zhì)評價分析為地基基本容許承載力一般為180～320kPa，可滿足施工需求。

②汽車吊施工路面承載力計算：

由350t汽車吊性能可知：

汽車吊自重=84t+107t=191t

構(gòu)件自重=69t

汽車吊四個支腿處均墊設(shè)2.5m×2.5m，厚度30mm的鋼板，則汽車吊傳遞到路面的荷載P2=（191+69）×10/（2.5×2.5×4）kPa=104kPa，根據(jù)設(shè)計及實際現(xiàn)場資料，地面地質(zhì)為200mm厚混凝土路面及硬質(zhì)粘土，σ0=250kPa>104kPa，故滿足地基承載力要求。

4.1.2 施工區(qū)域場地硬化

根據(jù)現(xiàn)場實際情況及吊裝方案，將鋼箱梁投影面范圍、三環(huán)線中間設(shè)置支架位置、吊車站位及二次拼裝范圍土質(zhì)全部進行換填、硬化，如圖6所示。

采用現(xiàn)有地面整平、壓實（表面泥漿、擾動的雜填土均需挖出外運）+50cm毛石+10cm碎石換填+20cmC20砼面層（單層鋼筋網(wǎng)片，縱橫向Ф12@20cm）的結(jié)構(gòu)形式，局部不良部位增加一層50cm毛石+10cm碎石換填，若遇淤泥部位采用拋石擠淤方法實施。

4.2 安裝臨時支架體系

1D2L3聯(lián)鋼箱梁支架體系根據(jù)鋼箱梁節(jié)段劃分和現(xiàn)場實際情況，支架高度按照12米計算穩(wěn)定性，根據(jù)現(xiàn)場實際施工作業(yè)面情況進行調(diào)整。支架體系采用四根鋼管組合成的格構(gòu)式鋼管支架，鋼管規(guī)格設(shè)計？準325×8mm及以上（根據(jù)施工現(xiàn)場資源情況，鋼管規(guī)格可采用？準426×8mm、？準630×8mm），支架上方為H400×400×13×21mm橫梁，橫梁上方為？準219×8mm調(diào)節(jié)短柱，三環(huán)線中間位置的支架由3根？準630×8mm鋼管組成，基礎(chǔ)為60cmC30混凝土現(xiàn)澆而成，且支架底座用24根地腳螺栓錨固，加強其穩(wěn)定性。

4.3 吊點布置

每一分段的箱體按一剛體簡化，按40噸計算，制造廠在箱體上對稱設(shè)置四個吊耳，吊耳采用Q345材質(zhì)的鋼板，設(shè)置吊耳的位置盡量要在主隔板上方，若吊耳未設(shè)置在主隔板上方，焊接吊耳處需要進行加固。整體吊裝最重段吊塊需進行設(shè)計驗算。

4.4 鋼箱梁吊裝順序[3]

現(xiàn)場鋼箱梁節(jié)段吊裝選擇一臺350t汽車吊和一臺160t汽車吊作為主吊機，總體吊裝順序為位節(jié)段的編號大小順序，其中跨三環(huán)線部分的D2L3-13～D2L3-16和D2L3-16～D2L3-20需在現(xiàn)場二次拼裝成整體后采用350t汽車吊吊裝，因場地狹小，為避免圖中D2L3-13～D2L3-16（圖10中1跨）吊裝時與小節(jié)段吊裝發(fā)生沖突，故先整體吊裝D2L3-13～D2L3-16，再吊裝D2L3-16～D2L3-20（圖10中2跨）。其余部分D2L3-1～D2L3-12、D2L3-21由一臺160t汽車吊由南向北依次吊裝。

開始吊裝時，應(yīng)先將構(gòu)件吊離地面200～300mm后停止起吊，并檢查起重機的穩(wěn)定性、制動裝置的可靠性、構(gòu)件的平衡性和綁扎的牢固性等，待確認無誤后，方可繼續(xù)起吊。已吊起的構(gòu)件不得長久停滯在空中。

4.5 大節(jié)段鋼箱梁吊裝

D2L3-13～D2L3-16、D2L3-17～D2L3-20在現(xiàn)場按照設(shè)計標(biāo)高進行二次拼裝，拼裝時設(shè)置好鋼箱梁預(yù)拱度，拼裝焊接完成后，采用350t汽車吊直接將構(gòu)件從二次拼裝區(qū)域吊裝至安裝位置，吊車起吊半徑R=14m，臂長L=31m，額定起重量為78t，可滿足吊裝需求。（圖11）

按照吊裝順序吊裝大節(jié)段鋼箱梁，先吊裝D2L3-13～D2L3-16段，再吊裝D2L3-16～D2L3-20，吊裝鋼箱梁時，臨時封閉道路20～30分鐘，待鋼箱梁吊裝就位后，方可解除封閉。臨時封閉道路應(yīng)與路政部門等單位簽訂協(xié)議。

4.6 懸挑節(jié)段吊裝

跨三環(huán)線的鋼箱梁吊裝完成后，開始吊裝懸挑梁，采用50t汽車吊，R=14m，L=36.2m，額定重量為7.5t，可以滿足吊裝需求。每節(jié)段挑臂安裝使用碼板數(shù)量不少于五塊，設(shè)置在挑臂T型鋼上方。挑臂下方與碼板安裝位置對應(yīng)的T型鋼需與鋼箱梁斜腹板焊接牢固。懸挑段安裝隨主體安裝同時進行，挑梁安裝時先以挑梁卡具固定，再找正、點焊，懸挑段定位安裝完畢要立即把懸掛腳手架搭設(shè)好，腳手架上鋪設(shè)防火棉，防止焊接時火花墜落地面，并在橋面設(shè)置好防護欄桿，避免墜物砸傷過往車輛及行人。

4.7 小節(jié)段鋼箱梁吊裝

D2L3-1～D2L3-12、D2L3-21運抵安裝現(xiàn)場后采用160t汽車吊和構(gòu)件車在硬化便道上站位，從10號橋墩向9號橋墩依次吊裝就位，汽車吊起吊半徑R=9m，臂長L=30.4m，額定起重量為46t，可以滿足需求。本項目因其它施工單位已將C匝道橋施工完畢，所以采用門式支架跨越既有橋。

5 結(jié)論與建議

隨著城鎮(zhèn)化的進程不斷加快，鋼箱梁橋在市政建設(shè)中應(yīng)用越來越多。本項目的吊裝方案的成功應(yīng)用，與精心的設(shè)計謀劃密不可分，充分考慮了各方面的因素。

①鋼箱梁吊裝方案比選應(yīng)充分考慮支架搭設(shè)、施工工藝、現(xiàn)場拼裝、鋼箱梁運輸、吊裝設(shè)備的選用、施工的安全性、經(jīng)濟成本等因素。

②鋼箱梁的分塊設(shè)計必須與結(jié)構(gòu)本身受力、結(jié)構(gòu)形式、吊裝方案相結(jié)合進行優(yōu)化。本項目由原來的31塊分塊吊裝優(yōu)化為27塊（含6塊懸挑段），順利實現(xiàn)了跨三環(huán)線現(xiàn)場組裝整體吊裝，跨C匝道橋門式支架吊裝的施工方案，降低了對既有城市道路的安全風(fēng)險，縮短了施工工期，提高了經(jīng)濟效益。

③鋼箱梁吊裝施工技術(shù)設(shè)計應(yīng)遵從以下三大流程：1）地基處理；2）搭設(shè)臨時支架體系；3）鋼箱梁的組裝與吊裝。

參考文獻：

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