城市低凈空立體交錯立交節段梁架設施工技術★

張清超

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001)

預制節段拼裝橋梁施工技術發展迅速，并已廣泛應用到常規基礎設施橋梁工程中。該項目主線及立交匝道典型預制橋梁采用短線匹配法節段預制懸臂拼裝法施工，其中中墩和邊墩墩頂0號塊采用現澆，1號塊采用支架法原位吊裝，T構及邊跨不平衡段采用大中型的龍門吊、上行式架橋機、履帶吊等設備進行懸臂拼裝，拼裝完成后施工合龍段，形成整體連續剛構梁橋，張拉預應力完成體系轉換。而架設過程中的立體交錯互通立交預制節段梁低凈空架設施工成為本項目控制的重難點，國內常見的立體交錯預制梁上跨下穿架設施工，凈空較高，縱坡較緩，已實施的類似施工方案針對該項目可操作性不強、經濟適用性不高。

1 工程概況

南四環—鄭少高速立交為渦輪型樞紐互通立交，該立交依托現狀鄭少高速改擴建而成，共設置8條匝道，分為上下5層。其中主線橋梁位于立交最上層(主線高架按照節點要求已先行通車)，匝道位于第3層～第4層，自北向南依次為B，H，D，F匝道共計6聯(B02，B03，H05，H0，D06，F03)典型預制梁梁下穿主線高架。匝道與匝道上下層位置多處于邊跨不平衡段重疊，其中B,H匝道下穿主線橋梁的同時又下穿F匝道。經統計建模發現主線高架橋梁與立交下穿段匝道具有以下特點:1)立交建成后下層匝道距主線梁底最小凈空為5.6 m，上下匝道凈空僅有5.4 m；2)立體交錯匝道均位于曲線轉彎段，曲線最小半徑為158 m；3)因匝道下穿主線高架的同時需上跨位于第2層的鄭少高速和第1層的地面主路，縱坡起伏變化大，最大縱坡為4%；4)下穿匝道箱梁距主線墩柱最小凈距僅0.7 m。該項目的既有特點決定了無法采用常規施工方案進行實施。

2 低凈空立體交錯立交節段梁特點分析及施工方案選擇

2.1 典型直線常規預制節段梁懸臂拼裝施工工藝

懸臂拼裝是一種新型的橋梁架設工藝，直線或曲線半徑大的梁型采用軌道式或輪胎式龍門吊架設，墩柱高、曲線半徑大的梁型采用上行式架橋機或橋面吊機設備架設，橋墩低的平行匝道采用組合支架+起重式吊車原位吊裝，曲線半徑比較小的立交匝道同平行匝道架設方案，遇到上下凈距較大的多層立交匝道時，應按先施工上層后施工下層的順序采用橋面吊或汽車吊架設[1]。下面以采用上行式架橋機架設為例簡述典型直線常規3孔一聯節段梁懸臂拼裝施工工藝，如圖1所示。

在中墩、邊墩0號塊下方搭設臨時鋼管柱并澆筑墩頂現澆0號塊→安裝上行式架橋機并進行試吊作業→使用架橋機將中墩、邊墩的1號段吊裝就位，并進行1號濕接縫現澆，等強后張拉T1鋼束預應力→使用架橋機原位吊裝邊跨節段、懸臂對稱進行中跨2號～7號段的吊裝及膠拼，并依次張拉T2～T7鋼束預應力→澆筑邊跨和中跨合龍段→等強后進行通長束預應力張拉成聯→架橋機過孔前移進行下一聯節段梁拼裝施工。

2.2 低凈空立體交錯立交節段梁特點分析

1)立交建成后下層匝道距主線梁底最小凈空5.6 m，同時上述6聯立交匝道梁中27B006,27B008,27H013,27H015號中墩，27D021,27F010號邊墩均位于主線高架橋梁正下方。

根據典型預制梁拼裝施工步驟，先搭設中墩兩端1號塊節段梁承重支架，然后采用起重吊裝設備進行吊裝，經計算匝道1號塊重量約為40.1 t，考慮距離上層主線梁底吊裝安全距離及下方已安裝好的支撐架后凈空高度將不能滿足上行式架橋機、橋面吊機、龍門吊等大型吊車吊裝需要，同時無法喂梁，進而無成功架設[2-3]。

2)上述立體交錯匝道均位于曲線轉彎段，曲線最小半徑為158 m。

因為曲線半徑小，架橋機與梁平面上下投影面不重合，架橋機支腿無處安放，同時無法喂梁，進而無法采用常規直線段使用的上行式架橋機或龍門吊架設。曲線段節段梁后期體內通長束預應力穿束難度大，其中B02聯為3×38 m，B1通長束長度為113 m，曲線段節段梁接頭預應力管道定位精度要求高，摩阻力均大。

3)下穿匝道箱梁距主線墩柱最小凈距僅0.7 m。

匝道節段梁距主線墩柱平面距離較近，該空間無法提供龍門吊行走軌道的位置，進而無法采用軌道式或輪胎式龍門吊吊裝設備進行架設。

4)因匝道下穿第5層主線高架的同時需上跨第2層的鄭少高速及第1層的地面主路，縱坡起伏變化大，最大縱坡為4%。

因縱坡橫坡的設置，節段梁梁底不在一個平面上，精確調整就位難度大，安全風險高。

5)匝道與匝道上下層位置多處于邊跨不平衡與邊跨不平衡段重疊，例如B,H匝道下穿主線的同時又下穿F匝道(B02聯、H05聯既下穿主線又下穿F06,F07聯)，上下匝道凈空僅有5.4 m。

匝道立體交錯，施工先后順序的選擇直接決定了施工難易程度、施工進度快慢、安全風險高低、施工成本大小。

2.3 低凈空立體交錯立交節段施工方案選擇

針對立體交錯互通立交預制節段梁低凈空架設施工，充分考慮跨越車流量較大地面道路、下穿已通車的主線高架及其自身的曲線、交錯特點，運用BIM技術預演吊裝過程中遇到的問題，考慮施工成本的同時充分優化施工工藝，選用汽車吊、短臂履帶吊、多功能折臂吊的組合設備，采用實用新型發明的一種占用空間小的節段梁起吊吊具，由先安裝支架后架設1號塊改為采用實用新型發明的一種高強度模數式支架跟進方案，以切實解決凈空低的難題，較常規架設方案節省架支撐材料租賃費的同時提高架梁速度，同時降低了對道路通行的影響；采用實用新型發明的一種用于預制裝配式節段梁拼裝施工的多向千斤頂，接觸面積大，有效解決重疊匝道凈空小、縱橫坡大難點。該立交不同交錯部位的預制節段梁架設方案如下：

1)B匝道下穿主線部位架設：27B06 T構下穿主線右幅08聯，右幅08聯梁底距離地面17.057 m,該T構橋面位于右幅08聯梁底7.603 m處；27B008 T構下穿主線左幅09聯，左幅09聯梁底距離地面15.128 m,該T構橋面位于左幅09聯梁底5.6 m處,采用常規架設工藝，履帶吊+吊具的高度需滿足不小于6 m。 經對比分析擬采用的架設方案為使用180 t履帶吊(采用1節大臂)加一種占用空間小的節段梁起吊吊具吊裝，待1號塊吊裝至設計位置后，采用叉車將模數式整體支架跟進安裝到位，隨后采用多向千斤頂支撐，進而完成1號塊架設。

2)H匝道下穿主線部位架設：H05聯(27H011-012 邊跨)由東向西下穿F06聯(27F019-018邊跨)，F06聯(27F019-018邊跨)梁底距離地面14.094 m,H05聯(27H011-012 邊跨)位于F06聯(27F019-018邊跨)梁底5.431 m處,擬采用60 t+120 t折臂吊進行臺梁架設(比單臺架梁設備使用的鋼絲繩占用空間小，進而適應低凈空架設)，如圖2所示，待1號塊吊裝至設計位置后，采用叉車將模數式整體支架跟進安裝到位，隨后采用千斤頂支撐，完成1號塊架設。架設完成后效果如圖3所示。

3)B，H匝道下穿F匝道(B02聯、H05聯邊跨下穿F06，F07聯邊跨)，重疊匝道部位架設有先架下后上和先架上后下兩種順序：

a.方案一先架設下部節段梁，需在已架設完成的節段梁上方搭設跨匝道門洞或者直接在梁面上部直接搭設鋼支撐進行上部節段梁架設。施工難點為：采用搭設門洞跨越下部已施工節段梁以承受上部節段梁架設，施工成本高；下部節段梁可承受點荷載小，直接在梁頂面搭設鋼支撐，受力復雜，存在較大安全隱患。

b.方案二先架設上部節段梁，待上部節段梁張拉完成后，及時拆除下部承重鋼支撐，期間可以提前進行下穿匝道2個T構及1個邊跨架設；架設原理同典型預制梁施工。施工難點為，由于上部箱梁架設完成后再次面臨下部梁架設空間小的難題。

根據BIM技術模擬預制梁上跨下穿架設全過程施工，針對不同重疊部位的實際情況，分析不同的架設方案的實際成本，對比分析后選擇科學、安全、經濟適用的架設組合方案。

3 低凈空立體交錯立交節段梁架設重難點

1)因距離上部梁底凈空低，同時距離地面高度有限，節段梁喂梁及就位難度大。

應對措施：運用BIM技術模擬預制梁上跨下穿架設全過程施工，結合現場實際收集真實凈空、凈距等空間位置關系，使架梁方案更加科學；采用拆解組合式大臂的履帶吊、汽車吊和折臂吊組合使用，待梁段提升至設計高程，使用叉車將本項目發明改造的一種節段箱梁懸臂拼裝用裝配式可移動支架跟進安放，同時采用多向液壓千斤頂精確就位。

2)下穿匝道節段梁距主線墩柱凈距。

應對措施：控制吊裝設備勻速起吊，同時在節段梁4個角安裝牽引繩索，勻速起吊節段梁的同時通過操作工人控制牽引繩根據起吊平面位移情況進行糾偏，防止碰撞。

3)立交匝道因上穿下跨需要，縱橫較常規梁大。

應對措施：1號塊及邊跨不平衡段由4個千斤頂增加為6個，同時采用針對此項目實際需要，項目團隊發明了一種用于預制裝配式節段梁拼裝施工的多向千斤頂實用新型專利，螺旋式360°可調球頭千斤頂，較好的適應梁底的縱橫坡，接觸面積大；同時在T構縱坡低的方向4號段增加不平衡支架，以防止梁體失衡，產生傾覆。

4)立交立體交錯節段梁曲線半徑小，穿束施工困難。

應對措施：針對節段梁通長束長，曲線半徑小孔道摩阻力大[4]，穿束困難，施工效率低，項目團隊發明了一種節段預制拼裝梁通長預應力束穿束施工方法，首先采用單根鋼絞線一端焊接等同鋼絞線束直徑的圓環，試穿孔道，提前處理影響穿束因素，避免整束穿進去退出來，耽誤施工進度，其次采用提前將孔道內設計預應力總根數，按編號編束整束穿設，避免鋼絞線纏繞現象，保證預應力張拉質量，提高施工質量，最后利用卷揚機穿束，節約人工，加快施工進度，減少施工成本；尤其是對多聯連續箱梁，采用兩臺卷揚機，交替穿束，穿束施工效率顯著提高。

5)立體交錯節段梁線形多變，線形控制難度大。

應對措施：采用全站儀對架梁的控制點，尤其曲線縱橫坡多變處，進行控制點加密，運用BIM軟件進行繪制模擬，確保線形控制點精準，上跨下穿吊梁過程中全過程監控，同時采用全自動激光水平儀進行監控和復核，確保上跨及下穿梁體吊裝一次到位，確保架梁過程的線型及高程。

a.1號塊調整。

1號塊運輸至現場，先用記號筆在預先規劃的梁頂面上做好縱、橫軸線標記，待1號塊節段梁落位時通過目視節段梁縱橫軸線標記與現澆墩頂0號塊控制線對準與否，進行梁段粗調就位。首先先調整梁頂面上6個坐標點高程，待坐標點高程調至允許誤差范圍后，測設1號塊中軸線2個坐標點與設計的偏差值，利用支架上方三向千斤頂小范圍調節，直至中軸線2個坐標點標高、平面位置均在允許范圍內。然后測量左右兩側4個坐標點，根據偏差進行小范圍調整，直至6個坐標點的標高、平面位置均在允許范圍內，隨即進行臨時鎖定。

b.2號～7號懸臂拼裝塊調整。

在基準塊控制精度以及中間梁段預制精度較高的情況下，孔跨內節段均采用順拼方式。為盡量減小曲線平面合龍差以及高程合龍差，在張拉臨時預應力時，先張拉靠近理論線形側的臨時預應力，再張拉靠近順拼線形側的臨時預應力。在順拼線形偏差調整不滿足順拼條件時，采取適當增加局部環氧樹脂膠厚度進行調整，單次增加厚度應小于2 mm。

調整方式一：根據已安裝節段位置，總體偏轉預制線形，使調整線形前端與已安裝節段相連，后端指向拼裝的末端。該法中，除已安裝節段與第二片之間存在接縫差，需要增加局部環氧樹脂膠厚度外，其余梁段均不需要增加。

調整方式二：多段調整法是指在偏差較大，在采用如上調整方式不能滿足接縫調整需求時，可以采用多段調整方式，每段調整量都不超過接縫縫隙限值，以指向拼裝梁端為最終目標。

4 結語

立體交錯立交節段梁架設施工根據低凈空的不同要求，在無法采用常規設備架設的情況下，認真進行了機械租賃費用的對比研究，選用了折臂吊、汽車吊、拆解組合式大臂履帶吊的組合設備形式，結合項目團隊根據施工需要所實用新型發明的一種占用空間小的節段梁起吊吊具、一種高強度模數式整體支架等輔助工器具，同時根據立體交錯的難點有針對性采取一系列的解決措施，進而科學、靈活、安全可靠、高效、優質地實現低凈空下預制節段梁的架設施工，保證了特殊凈空下的預制梁的架設質量，經對比分析較傳統的支架搭設架梁施工節省架體材料租賃費用95萬元，同時施工速度加快了1.5倍，保證了施工工期，得到了業主的認可，對于今后同類工程施工具有重要的指導意義。