跨既有立交橋鋼箱梁大跨度貝雷梁架設(shè)施工技術(shù)研究

王 祥

（中鐵四局集團(tuán)第五工程有限公司，江西 九江 332000）

隨著建筑市場的飛速發(fā)展，城市高架橋建設(shè)的數(shù)量也越來越多。在進(jìn)行上跨既有立交橋鋼箱梁架設(shè)施工時，如何保證下部既有立交橋及橋下互通匝道的安全運(yùn)營，是施工中的重難點(diǎn)問題。針對上述問題，目前常用的解決辦法如下：一是頂推法施工，但對鋼梁自身強(qiáng)度和剛度要求高，成本高，尤其對于匝道連接部位變截面鋼箱梁不適用；二是在既有立交橋上搭設(shè)支架施工，但難以確定舊橋的實際受力狀況，施工時必須對舊橋進(jìn)行全面檢測、安全評估和施工監(jiān)測，存在安全隱患；三是采用大噸位吊車吊裝施工，吊車所需施工場地、大節(jié)段鋼梁運(yùn)輸及吊裝，受到施工區(qū)域環(huán)境影響難以實現(xiàn)。文章采用大跨度貝雷梁式鋼箱梁支架設(shè)計與施工技術(shù)，解決了此類條件下高架橋鋼箱梁的架設(shè)施工難題。

1 工程概況

長青街跨二環(huán)高架橋設(shè)計為一聯(lián)156.91m（57.11m+49m+50.80m），三跨連續(xù)變截面鋼箱梁橋，位于長青街62～65號橋墩，在62號墩處與E、F匝道橋相接，在65號墩處與G匝道橋相接。鋼箱梁橋標(biāo)準(zhǔn)段總寬21.5m，高2.3m，每跨左右設(shè)置兩個橋墩，橋墩與既有二環(huán)橋橋墩位置對應(yīng)，如圖1所示。63～64號墩鋼箱梁上跨既有二環(huán)橋，高架橋與二環(huán)橋凈空為5.2m。既有二環(huán)橋采用變截面鋼筋混凝土連續(xù)梁，全寬30m，全長41m。

圖1 長青街高架橋與二環(huán)立交示意圖

2 施工問題

上跨既有運(yùn)營橋梁鋼箱梁架設(shè)一般采用頂推法施工、在既有立交橋上搭設(shè)支架施工、采用大噸位吊車吊裝施工等方法，但這些方法用于長青街跨二環(huán)高架橋鋼梁施工存在以下問題：

（1）頂推法施工問題。①因需在長青街搭設(shè)鋼管支架臨時拼裝平臺，嚴(yán)重影響二環(huán)匝道及長青街的正常通行，影響相鄰62號至65號橋梁施工；②鋼梁南端接G匝道口，北端接E、F匝道口，鋼梁寬度不一致，且對鋼梁剛度有一定要求，需對鋼梁進(jìn)行驗算及加固。

（2）既有立交橋上搭設(shè)支架施工問題。既有二環(huán)橋為1993年建成的老橋，無法確定該橋現(xiàn)在的實際受力狀況，需對二環(huán)橋進(jìn)行驗算、檢測、安全評估，工序復(fù)雜、時間長且存在安全隱患。

（3）大噸位吊車吊裝施工問題。為保證既有長青街車道寬度，高架橋每跨左右設(shè)置兩個橋墩，橋墩與既有二環(huán)橋橋墩位置對應(yīng)，既有二環(huán)橋兩側(cè)均為匝道口，沒有大型吊裝設(shè)備足夠的站位空間且吊裝設(shè)備作業(yè)半徑不滿足要求。

3 解決方案

針對以上問題，在既有橋梁上部中央分隔帶處，順既有橋梁方向布設(shè)三層加強(qiáng)型貝雷跨越既有橋梁作為上跨高架橋鋼梁支架的施工方法，解決了以上鋼箱梁跨既有橋梁施工中存在的各項難題。該技術(shù)在保證既有二環(huán)橋及橋下長青街正常通行的情況下，避免了對既有橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安全隱患，同時又給跨線鋼箱梁提供了穩(wěn)定的支架基礎(chǔ)，保證了鋼梁的施工質(zhì)量、降低了施工難度并節(jié)約了施工成本。

4 支架設(shè)計方案

貝雷梁采用加強(qiáng)型貝雷梁，設(shè)計為兩端簡支結(jié)構(gòu)，支點(diǎn)位于臺背過渡段既有路面上，如圖2所示。為避開橋梁結(jié)構(gòu)，貝雷梁兩端支點(diǎn)間距最小需51m（支點(diǎn)外懸挑3m）。貝雷梁采用19片貝雷片，寬度為18×0.45=8.1m，三層高度為1.5×3=4.5m（上下弦加強(qiáng)型）。既有二環(huán)橋為雙向六車道通行，為滿足最低限度雙向4車道通行要求，貝雷梁僅占用既有二環(huán)橋中間兩車道和中央分隔帶。高架橋與既有二環(huán)橋面間距為5.2m，貝雷梁高度為4.5m，剩余上下空間為70cm。上部橫梁及調(diào)節(jié)管占用空間高度為40cm，貝雷梁底部變形空間預(yù)留30cm。貝雷梁上部支撐采用H200mm×200mm×8mm×12mm型鋼橫梁，橫梁對應(yīng)鋼箱梁隔板中心，橫梁上放置20cm高的4排Φ245mm×16mm調(diào)高管并滿焊于橫梁上，梁段安裝時與橋底板段焊接，防止梁段側(cè)移。貝雷梁下部支點(diǎn)采用雙拼28b工字鋼，工字鋼下墊3cm厚鋼板，鋼板尺寸為8.5m×3m×3cm，鋼板直接鋪設(shè)在既有臺尾道路瀝青路面上。

圖2 二環(huán)上貝雷梁布置示意圖

5 支架結(jié)構(gòu)計算

（1）荷載工況及鋼梁荷載模擬如表1和圖3所示。荷載取值說明：二環(huán)橋上設(shè)置19排貝雷片，間距為450mm，總寬度為18×0.45=8.1m。跨二環(huán)橋的橋塊總重351t，梁段總長30m，重11.7t/m。貝雷片承受荷載為11.7×8.1+11.7×（30-8.1）÷2=223t。1片貝雷片所受荷載為223÷19=11.7t。現(xiàn)計算模型中施加5點(diǎn)集中力24×5=120kN＞117kN。

表1 荷載工況

圖3 鋼梁荷載模擬（單位：m）

（2）貝雷梁整體變形，如表2所示。其中，工況三（1.0倍貝雷梁自重荷載+1.2倍鋼梁自重作用下）的最大變形值為：

表2 貝雷梁整體變形

（3）組合應(yīng)力。①弦桿組合應(yīng)力如表3所示。其中，工況三（1.0倍貝雷梁自重荷載+1.2倍鋼梁自重作用下）的最大組合拉應(yīng)力為：

表3 弦桿組合應(yīng)力

最大組合壓應(yīng)力：

②腹桿組合應(yīng)力如表4所示。其中，工況三（1.0倍貝雷梁自重荷載+1.2倍鋼梁自重作用下）的最大組合拉應(yīng)力：

最大組合壓應(yīng)力：

表4 腹桿組合應(yīng)力

③支撐架組合應(yīng)力如表5所示。其中，工況三（1.0倍貝雷梁自重荷載+1.2倍鋼梁自重作用下）的最大組合拉應(yīng)力：

最大組合壓應(yīng)力：

表5 支撐架組合應(yīng)力

經(jīng)計算，在以上各工況下，最大組合應(yīng)力均滿足設(shè)計要求。

6 支架施工技術(shù)

支架主要為鋼結(jié)構(gòu)，施工順序從下往上搭設(shè)，支架搭設(shè)順序如下：交通調(diào)流并封閉二環(huán)橋中間2車道→清理并硬化中央分隔帶→鋪設(shè)鋼板焊接分配梁→組裝貝雷梁→安裝貝雷梁頂分配梁→支架加載預(yù)壓→焊接梁底調(diào)節(jié)管。

為了解決支架地基非彈性變形及支架本身彈性變形問題，獲取支架非彈性變形參數(shù)和檢驗支架安全性，支架搭設(shè)完畢后必須對支架進(jìn)行加載預(yù)壓。預(yù)壓荷載按照支架承受恒載的1.1倍控制，加載預(yù)壓采用成捆的鋼筋原材進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載模擬支架實際承受的荷載分布，預(yù)壓荷載的加載按照20%、40%、60%、80%、100%、110%分級進(jìn)行。為了使鋼箱梁結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求，支架預(yù)壓完后設(shè)置預(yù)拱度，施工預(yù)拱度根據(jù)預(yù)壓獲取的彈性變形和非彈性變形值進(jìn)行確定。鋼箱梁焊接成型，所有焊縫檢測合格后方可進(jìn)行落架，支架拆除順序應(yīng)遵循從上往下，先搭的后拆、后搭的先拆原則。

7 結(jié)束語

沈陽長青街高架橋63～64號墩上跨既有二環(huán)橋鋼箱梁架設(shè)，采用大跨度貝雷梁支架，經(jīng)過有限元模擬計算，支架強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均滿足設(shè)計要求。支架成功地應(yīng)用于上跨既有立交橋工程中，解決了由于現(xiàn)場環(huán)境受限，不適用頂推施工、在既有橋梁上搭設(shè)支架施工及大噸位吊車吊裝施工的問題，使得跨既有二環(huán)立交鋼箱梁架設(shè)施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度得到保障，直接節(jié)約工程成本約100萬元，施工進(jìn)度提前25d，為以后類似工程提供了成功的施工經(jīng)驗。