復雜環境下的橋梁預制結構吊裝施工技術

張文貴

（上海市政建設有限公司，上海市 200126）

1 工程概況

上海S3 公路1 標段（以下簡稱“本標段”）起于周鄧公路，終至下鹽公路，全程5.15 km。項目主要分為上下層兩個部分：上層為全預制拼裝高架橋梁，下層為新建城市地面道路。本標段路線南北走向，在規劃七級航道六灶港處設置上下兩層橋梁跨河。

1.1 六灶港北區預制構件設計概況

上層橋梁為預應力混凝土小箱梁、簡支變連續結構，跨徑布置為3×28+2×29 m，5 跨142 m。橋梁立柱、蓋梁和主梁均在后場預制、運輸至前場后使用大型設備進行吊裝安裝。橋梁整幅布置、位于曲線變寬段，橋梁寬度由31.2 m 漸變至25.5 m，前兩跨橋墩為四柱門墩（如圖1），中間兩跨橋墩為三柱門墩（如圖2），后兩跨橋墩為雙柱墩，門墩下布置六灶港地面兩幅機動車橋，機動車橋邊緣布置地面兩幅人非橋。預制立柱平面尺寸1.8×1.8 m（1.5 m），預制最大高度13.462 m，預制立柱最大重量109 t；單個預制蓋梁最大外形尺寸為24.489×2.15×2.6 m（高度），預制最大重量約240 t；預制小箱梁最大預制重量158.6 t（含防撞墻）。

圖2 三柱門墩橋梁橫斷面圖

下層橋梁為部分預制拼裝橋梁，下部結構為現澆鋼筋混凝土結構，上部結構形式與上層橋梁一致，橋梁等寬、分四幅設置，跨徑布置為3×24（25）+3×25 m，共6 跨150 m；預制小箱梁最大預制重量111.7 t。

另外在六灶港地面橋起點附近設置一座鋼結構人行天橋，豎向位于地面橋和高架橋之間，下部結構現澆，上部結構為預制鋼梁；上部結構分為東西側人行鋼扶梯+ 主橋，主橋兩跨、鋼結構重量166.8 t，人行鋼扶梯總重量70 t。六灶港北區橋梁三維效果圖見圖3。

圖3 六灶港北區橋梁三維效果圖

1.2 六灶港北區現場及周邊環境概況

橋梁東側緊鄰軌道交通16 號線和周浦東站，西側緊鄰新建周浦東公交樞紐，南側鄰河，北側臨近已安裝的高架橋梁，橋梁緊鄰既有結構物和河流，橋梁多層重疊布置，吊裝施工環境復雜。六灶港北區現場及周邊環境分布可見圖4。

圖4 六灶港北區現場及周邊環境分布平面圖

2 六灶港北區橋梁工程特點與難點

（1）設計方面：橋梁為兩層和三層結構，上層橋梁變寬下層橋梁等寬，平面上高架橋位于地面橋范圍內；上下層橋梁跨徑布置明顯不同，造成橋墩錯位嚴重；橋梁結構形式類似，橋墩生產工藝不相同，一個為預制拼裝結構，一個為現澆結構；周浦東人行天橋橫向布置，緊鄰地面和高架橋梁，豎向位于上下層橋梁之間。

（2）施工方面：橋梁預制構件吊裝大量共用作業面，上下層橋梁橋墩錯位嚴重和施工工藝的截然不同（地面橋下部結構需預先施工），造成吊裝施工場地受到很大限制，加之橋梁緊鄰既有結構物和河流，且西側新建周浦東公交樞紐無法借地，進一步壓縮了可用吊裝場地，吊裝場地非常狹小，三層次的橋梁和預制構件長、大、重，預制構件的安裝環境復雜，吊裝施工難度大，預制構件的安裝順序至關重要。

3 施工方案比選和優化

六灶港北區橋梁預制構件吊裝環境復雜，吊裝難度大，為有針對性地解決吊裝施工難點，結合本標段橋梁設計特點和現場實際情況，對吊裝施工方案進行比選和優化。

3.1 施工方案比選

（1）施工方案一：采用汽車吊吊裝。汽車吊吊裝時不能帶載移動、生產效率低，大半徑吊裝性能相對較小，結合工程設計情況和現場吊裝環境，僅能滿足小部分構件的吊裝需要，方案不可行。

（2）施工方案二：采用履帶吊吊裝。履帶吊起吊能力大，適應性強，可帶載行走作業，對地基承載力要求較低，生產效率高，而且能夠滿足本區域吊裝需要，方案總體可行，但由于西側第四幅地面橋小箱梁吊裝時，局部吊裝場地不足，無法采用履帶吊安裝，需結合其他設備施工。

（3）施工方案三：高架橋和周浦東人行天橋先用履帶吊完成安裝，地面橋小箱梁采用架橋機施工。由于架橋機行走時，其橫梁會受到高架橋立柱的阻礙，在高架橋下吊裝，空間嚴重受限，且地面橋為四幅橋梁，架橋機需反復拆裝、成本較高，方案不可行。

（4）施工方案四：高架橋梁和周浦東人行天橋先用履帶吊完成安裝，地面橋小箱梁采用頂推法施工。頂推法由于需采用大量的施工臨時措施，施工成本高，且受限于在高架橋跨間作業，上梁非常困難，高架橋關門區域小箱梁安裝困難，頂推法可行性不高。

經比選分析：六灶港北區預制構件吊裝，總體選定采用履帶吊，根據設計和場地情況，局部采用汽車吊。

3.2 六灶港北區預制構件吊裝施工方案優化

考慮到六灶港北區橋梁預制構件吊裝工況復雜、吊裝難度大，結合設計、現場環境和吊裝設備情況等，對吊裝進行優化，確保施工方案的可操作性和安全性，提高施工效率。

（1）吊裝順序的優化。結合設備性能，統籌考慮高架橋和地面橋預制構件吊裝的先后順序，運用BIM 技術，反復模擬和核對構件的前后安裝順序，確保安裝順序正確，吊裝工況可行，盡可能地在同一吊裝區安排更多的構件吊裝，避免設備頻繁的縱向移動，提高工效。

（2）三柱門墩區域吊裝工況優化。三柱門墩區域吊裝，支撐高架橋預制分段蓋梁的臨時支架落地，地面橋小箱梁臨時疊放在同跨已安裝的小箱梁上，騰出臨時支架的安裝位置，待三柱門墩蓋梁預應力施工完成后拆除臨時支架、將疊放的小箱梁歸位，避免在地面橋小箱梁上設置臨時支架。

（3）門墩下地面橋小箱梁吊裝不利工況優化。結合設備性能和構件安裝引起的場地吊裝環境變化，考慮到預制蓋梁明顯重于地面橋小箱梁，先安裝預制蓋梁再安裝地面橋小箱梁。小箱梁采用雙機抬吊，高架橋蓋梁安裝完成后，會阻礙地面橋小箱梁的安裝，為此將最初的小箱梁運梁車停放于蓋梁下、調整為在西側便道取梁、吊裝過程中臨時擱置在地面上，一側吊車換鉤、采用低空兜底吊、另外一臺吊車配合的方法，將小箱梁吊點緩慢移動至蓋梁結構外，帶露出吊點后擱地，再次進行換鉤將小箱梁安裝就位，最后優化為增加一組吊點，避免兜底吊，同時減小吊點距梁端的縱向距離，增加小箱梁臨時疊放工況以利于后續小箱梁安裝，避免換鉤前待安裝的小箱梁碰撞到已安裝的小箱梁，導致無法換鉤。

（4）臨近新建周浦東公交樞紐地面人非橋小箱梁吊裝優化。受制于施工場地狹小原因，該處小箱梁結構邊與新建公交樞紐的距離最近為5.5m，且無法借用新建周浦東公交樞紐場地作為吊裝場地，部分橋跨小箱梁受制于場地原因，吊裝十分困難，常規方法無法安裝，原計劃采用豎向頂升+ 水平橫向平移的方法，優化為使用履帶吊和汽車吊完成安裝，較難安裝的第1-3 跨, 采取雙機跨外倒退吊裝的方式完成：北側汽車吊位于跨外地面上，南側跨外汽車吊從南側空載行使上橋、設置臨時鋼筋混凝土支墩支撐南側汽車吊支腿，將吊裝時汽車吊所受的荷載通過鋼筋混凝土支墩傳遞至地面上（如圖5、圖6）。

圖5 雙機跨外吊裝第3 跨小箱梁平面圖

圖6 雙機跨外吊裝第3 跨小箱梁立面圖

4 六灶港北區吊裝方案實施部署

4.1 施工區劃分

將六灶港北區根據吊裝總體階段細化分成4 個吊裝區（如圖7）。

圖7 吊裝施工區劃分平面圖

4.2 總體施工方法

1-1 區和1-2 區采用1 臺350 t 和1 臺320 t 履帶吊安裝，1-3 區域采用2 臺250 t 汽車吊和2 臺履帶吊安裝，1-4 區采用汽車吊安裝。預制立柱和小蓋梁采用單臺履帶吊吊裝，較大蓋梁采用兩臺履帶吊吊裝，小箱梁采用雙機抬吊。

1-1 區是縱向由北向南安裝，橫向自東向西安裝，總體上先地面后高架，地面橋分幅安裝，先安裝地面橋東幅小箱梁，再安裝高架橋梁下部結構和一半的小箱梁，隨后安裝西幅地面橋機動車橋小箱梁，最后安裝另外剩余高架小箱梁，人行天橋鋼結構根據位置關系穿插安裝。

1-2 區是在跨河跨構件完成后進行安裝，由北向南、自東向西安裝，兩跨小箱梁采用交叉穿插安裝。1-3 區的安裝順序為第4 跨→第5 跨→第6 跨→第3 跨→第2 跨→第1 跨，自東向西安裝。1-4 區是先安裝西側主梁再安裝西側人行扶梯。

4.3 吊裝施工階段

第一階段：首先地面東幅人非橋箱梁由北向南依次安裝，同時安裝對應跨高架橋立柱，安裝遵循自東向西的原則；該階段完成Pz03-05 跨機動車道小箱梁安裝，其中2# 小箱梁臨時疊放在3# 箱梁上，2#梁設計位置內安裝1.8×1.8 m 臨時鋼支架，用于支撐Pm120-121 三門墩分段預制蓋梁（如圖8）。

圖8 第一階段安裝平面圖

第二階段：安裝Pm118-119 左側分段蓋梁、Pm120-121 分段蓋梁，安裝遵循自東向西和由北向南的原則，緊接著施工Pm120-121 三門墩蓋梁現澆段（如圖9）。

圖9 第二階段安裝平面圖

第三階段：安裝東側人行扶梯鋼結構,然后按照下圖數字大小順序統籌安裝，吊裝時由低到高，先地面后高架，自東向西，高架橋小箱梁先吊裝東半幅，地面橋吊裝兩跨后再安裝對應高架橋小箱梁（如圖10、圖11）。

圖10 第三階段安裝順序平面圖

圖11 第三階段完成后三維效果圖

第四階段：由于Pm120-121 蓋梁此時未完成施工，先安裝Pm118-119 右幅立柱和蓋梁，然后安裝地面橋西幅機動車橋小箱梁和人行天橋主橋鋼結構,最后安裝高架橋西半幅小箱梁，完成高架橋Pm117-118 跨小箱梁的安裝，具體順序按照下圖數字大小順序進行統籌吊裝（如圖12、圖13）。

圖12 第四階段安裝順序平面圖

圖13 第四階段完成后三維效果圖

第五階段：待Pm120-121 蓋梁完成預應力施工后首先拆除臨時支架，將疊放在3# 梁上的2# 梁歸位，然后自東向西安裝地面橋和高架橋小箱梁，先地面后高架，安裝時地面橋分幅施工，高架橋按半幅安裝，地面橋安裝完成兩跨后安裝對應跨高架橋小箱梁，具體順序按照下圖數字大小順序進行統籌吊裝（圖14、圖15），至此完成1-1 區安裝。

圖14 第五階段安裝順序平面圖

圖15 第五階段完成后三維效果圖

第六階段：Pz05-07 和Py05-07 跨機動車橋小箱梁和Pm121-123 跨高架橋小箱梁交叉吊裝，先地面后高架，自東向西安裝地面橋和高架橋小箱梁，具體順序按照下圖數字大小順序進行統籌吊裝（如圖16、圖17），至此完成1-2 區施工。

圖16 第六階段安裝順序平面圖

圖17 第六階段完成后三維效果圖

第七階段：安裝1-3 區，前期由于吊裝場地狹小，1-3 區地面橋橋墩不施工，作為吊裝施工場地，待1-1 區和1-2 區預制構件安裝完成后再施工。小箱梁吊裝順序為第4 跨→第5 跨→第6 跨→第3跨→第2 跨→第1 跨，自東向西安裝，至此完成六灶港北區地面標小箱梁安裝（圖18）。

圖18 第七階段完成后三維效果圖

第八階段：采用單臺汽車吊安裝周浦東人行天橋西側剩余鋼結構，至此完成六灶港北區橋梁預制構件安裝。

4.4 門墩下地面橋機動車橋小箱梁吊裝

選取不利的Pz01-Pz02 跨機動車橋小箱梁吊裝進行闡述，其他門墩下小箱梁吊裝技術與此相同。采用1 臺320 t 和1 臺350 t 履帶吊雙機抬吊，1 臺跨內1 臺跨外布置，吊裝允許最大工作半徑18 m。首先完成高架橋Pm118-119 左側立柱和蓋梁安裝，再安裝地面橋小箱梁。

（1）兩臺履帶吊停放到位，在西側便道上以12 m和14 m 工作半徑取梁，其中北側吊車吊鉤吊裝位置為增加一組吊點位置，增加一組吊點位置位于梁端部4 m。

（2）兩臺履帶吊分別以12 m 和14 m 工作半徑進行回轉和帶載作業，行走到位后，兩臺吊車配合移梁，使北側端部吊點移動至高架蓋梁結構外，將小箱梁臨時擱置在地面上，北側吊車準備換鉤（如圖19）。

圖19 雙機抬吊換鉤前工況平面圖

（3）兩臺履帶吊分別以12 m 和14 m 工作半徑進行回轉和帶載作業，行走到位后，兩臺吊車配合，吊鉤緩慢下降，將小箱梁臨時擱置在地面上，小箱梁北側端部吊點需位于高架蓋梁結構外（圖20），北側吊車準備換鉤。

圖20 雙機抬吊帶載行走工況平面圖

（4）北側吊車換鉤，換至梁最端部吊點，然后采用雙機抬吊、行走，精確調整位置后完成小箱梁就位。

（5）采用相同方法將該跨第3 片小箱梁臨時疊放在第1 片上后，完成第2 片梁安裝，完成后再將疊放的小箱梁就位，完成門墩下地面機動車橋小箱梁的安裝。

5 結 語

本標段六灶港北區預制構件吊裝正順利實施，已進入尾聲。實踐表明：采取的吊裝施工技術達到了預期目標，吊裝方案合理可靠、具有很強的可操作性，吊裝設備選用合理，吊裝順序安排合理，實際吊裝進度比預期提前約15d，吊裝施工成本較低。本文以六灶港北區橋梁預制構件吊裝施工為例，論述了復雜環境下的橋梁預制構件吊裝施工技術，可為今后類似項目的吊裝提供參考和借鑒。