高速公路大跨徑鋼箱疊合梁跨線橋施工技術(shù)

黃強

摘要：高速公路鋼箱疊合梁跨線橋施工會干擾現(xiàn)有道路交通，存在較大的安全風(fēng)險。文章依托實際工程，介紹了大跨徑鋼箱疊合梁跨線橋的施工技術(shù)，包括鋼主梁節(jié)段分段及臨時支墩的合理布置、針對核心結(jié)構(gòu)臨時支墩開展有限元結(jié)構(gòu)分析、補強支架的薄弱點、輔以合理的施工組織等。該工程施工期間交通總體順暢，無安全質(zhì)量事故發(fā)生，其施工經(jīng)驗可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：大跨徑；鋼箱疊合梁；跨線橋；臨時支墩

中圖分類號：U448.17? ?文獻標識碼：A

文章編號：1673-4874（2024）04-0109-03

0 引言

隨著交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，新建高速公路經(jīng)常與現(xiàn)有公路形成空間的交叉。大多數(shù)現(xiàn)有高速公路都是雙向四車道，這就需要新建的跨線橋具備較大的跨越能力。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁或T梁目前常規(guī)最大跨度是40 m，而同等條件下鋼箱疊合梁可以突破40 m跨徑的要求，且通常采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝的工藝，施工進度快。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)性分析鋼箱疊合梁跨線橋施工技術(shù)的文獻較少，且大多不具有施工的指導(dǎo)性，因此本文通過實際工程案例，詳細闡述鋼箱疊合梁跨線橋的節(jié)段分段、吊裝參數(shù)選取、臨時支墩設(shè)計驗算及施工技術(shù)，施工組織及施工技術(shù)具備較高水平，總結(jié)的工藝技術(shù)可復(fù)制可推廣。

1 工程概況

都安南互通式立交位于都安縣地蘇鄉(xiāng)板利村附近，屬樞紐性互通式立交。該立交共設(shè)置跨線橋鋼箱梁橋兩座，分別為ZK365+084.5～YK365+082.5都安南互通板利1號跨線橋、AKO+190都安南互通板利2號跨線橋，兩座橋均上跨蘭海高速公路。本文主要闡述都安南互通板利1號跨線橋施工技術(shù)，該橋左右線橋梁均分為三聯(lián)進行設(shè)計：（24+32+45+32+24）m+4×30 m+4×30 m；上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱疊合梁，橋面凈寬11.75 m，下部結(jié)構(gòu)左右線0號橋臺均為肋板式臺、樁基礎(chǔ)，13號橋臺均為柱式臺、樁基礎(chǔ)，橋墩為柱式墩、樁基礎(chǔ)。

2 板利1號橋鋼主梁設(shè)計參數(shù)

板利1號橋梁高2.1 m，高跨比約為1/21.4。混凝土橋面板寬12.75 m，懸臂長1.5 m，邊跨跨中設(shè)置30 mm向上預(yù)拱，次邊跨跨中設(shè)置40 mm向上預(yù)拱，中跨跨中設(shè)置60 mm向上預(yù)拱，中間部分按二次拋物線變化。預(yù)拱度值不含制作拱度和支架墩彈性變形，施工時應(yīng)考慮其影響，并將其以預(yù)拱度的形式設(shè)置［1］。該橋設(shè)置2%單向橫坡，槽形鋼主梁成坡原則為：槽形鋼主梁頂?shù)装迤叫性O(shè)置橋面橫坡，橋面橫坡變化通過橋面繞設(shè)計線剛性旋轉(zhuǎn)形成橫坡，所有橫隔板、端封板均垂直布置。主梁標準橫斷面見圖1。

3 鋼主梁節(jié)段分段及吊裝參數(shù)

3.1 節(jié)段分段設(shè)計

鋼主梁節(jié)段應(yīng)結(jié)合梁體各階段的受力情況、加工條件、安裝方法及運輸條件等因素進行劃分，施工過程中將部分節(jié)段合并，具體合并組合見表1。板利1號橋各片主梁沿全橋長度方向共設(shè)置21個節(jié)段，鋼主梁劃分為A、B、C、D、E、F、G共7種類型，節(jié)段長度分別為5 m、8 m、6 m、10 m、10 m、12 m和11 m。

綜合考慮施工條件及成本，且現(xiàn)場吊裝場地良好，選擇采用鋼梁原位吊裝方法，也就是鋼梁按分段情況在制造廠制造成吊裝段，將部分節(jié)段進行合并。運至安裝現(xiàn)場直接吊裝到已搭設(shè)好的臨時支架上，完成主箱體吊裝后，再完成橫梁的吊裝，節(jié)段架設(shè)要求調(diào)整至設(shè)計線形后再進行現(xiàn)場焊接。

3.2 吊裝參數(shù)

根據(jù)鋼梁節(jié)段重量，結(jié)合現(xiàn)場場地條件，鋼梁分段吊裝擬采用1臺160 T汽車吊起吊，單節(jié)段最大重量37.75 t。1臺汽車吊作業(yè)時，應(yīng)考慮動荷載系數(shù)［2］。

荷載計算公式為：

Qj=K1×Q（1）

式中：Qj——計算載荷；

K1——動荷載系數(shù)（一般取1.1）；

Q——吊物+索具+吊具的重量。

汽車吊吊鉤重量為1.29 t，索具（暫定）重量為0.3 t，按照單節(jié)段最大重量計算Qj=43 t。

考慮采用1臺160 T汽車吊抬吊，查160 T汽車吊起升參數(shù)可知：回轉(zhuǎn)半徑10 m，臂長26.8 m，最大起重量為46.5 t；回轉(zhuǎn)半徑12 m，臂長26.8 m，最大起重量為37.2 t；回轉(zhuǎn)半徑14 m，臂長26.8 m，最大起重量為28.6；回轉(zhuǎn)半徑16 m，臂長26.8 m，最大起重量為23.2 t。

4 臨時支墩設(shè)計及驗算

4.1 鋼管臨時支墩結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)項目鋼箱疊合梁特點并結(jié)合以往工程經(jīng)驗，采用鋼管立柱式臨時支架，立體鋼支墩主要由325 mm×8 mm的鋼管通過槽鋼［14連接而成。支墩頂部采用雙拼Ⅰ32a與鋼管立柱焊接，在雙拼Ⅰ32a工字鋼上安裝200 mm×5 mm鋼管調(diào)節(jié)柱，可對鋼箱梁高度進行調(diào)整。臨時支墩標準大樣見圖2。

4.2 臨時支墩結(jié)構(gòu)驗算

選取載荷跟高度綜合最大的臨時支墩以及跨高速公路部分臨時支墩進行結(jié)構(gòu)驗算。

4.2.1 臨時支墩1驗算

該支墩高度為12.46 m，根據(jù)實際荷載分布計算得單管最大受力21.38 t，建立計算模型，提取最不利工況組合應(yīng)力計算結(jié)果見圖3，最大值為52 MPa，小于Q235鋼強度設(shè)計值210 MPa，滿足要求。

從分析結(jié)果可知，臨時支墩各桿件的應(yīng)力均有較大安全系數(shù)，其穩(wěn)定性對于結(jié)構(gòu)安全更為重要，因此進行穩(wěn)定性分析，計算得屈曲分析特征值為63.54，＞4，滿足經(jīng)驗值要求。

4.2.2 跨線臨時支墩驗算

跨線臨時支墩兩端設(shè)計為單排墩，中間設(shè)計為板凳墩，計算組合應(yīng)力最大值為48.6 MPa，整個跨線橋支墩桿件應(yīng)力均較大，提取跨線臨時支墩屈曲分析模態(tài)一如圖4所示，屈曲分析特征值為55.39，＞4，滿足要求，從圖4可以看出結(jié)構(gòu)最易發(fā)生失穩(wěn)的狀態(tài)是雙拼Ⅰ32a側(cè)向失穩(wěn)，反映了工字鋼側(cè)向剛度弱的特點［3］。

綜上驗算結(jié)果，臨時支墩主要受力桿件的應(yīng)力具備較大的安全系數(shù)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也有較大富余，從經(jīng)濟性角度考慮可進一步優(yōu)化，但是該項目臨時支墩主要用于服務(wù)跨越交通繁忙的蘭海高速公路跨線橋施工，安全風(fēng)險極大，因此臨時支墩結(jié)構(gòu)按設(shè)計加工實施。

5 施工技術(shù)

5.1 梁段運輸

鋼結(jié)構(gòu)總重約2 200 t，所有構(gòu)件的長×寬×高不超過20.5 m×3.8 m×1.75 m。運輸起點為廣西扶綏縣空港工業(yè)園，終點為都安互通立交施工現(xiàn)場，結(jié)合該工程的項目特征，所有鋼構(gòu)件通過公路運輸至工地現(xiàn)場，基本運輸線路是：武橋扶綏基地廠→G7211南友高速公路→G7201南寧繞城高速公路→G80廣昆高速公路→G75蘭海高速公路→鋼梁工程施工現(xiàn)場。

5.2 臨時支墩安裝

5.2.1 臨時支墩的地基處理

放樣出基礎(chǔ)位置和輪廓線，將輪廓線內(nèi)和擴寬50 cm范圍內(nèi)的地基進行夯實，使其承載力＞350 kPa，若不能滿足要求需進行換填處理。在地基周圍挖設(shè)臨時排水溝防止積水。

5.2.2 臨時支墩與基礎(chǔ)連接

支架下部用混凝土澆筑成長730 cm×寬60 cm×高30 cm的混凝土條形基礎(chǔ)，鋼管立柱與混凝土條形基礎(chǔ)的預(yù)埋鋼板焊接牢固，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。臨時支撐底部采用四塊規(guī)格均為400 mm×400 mm×14 mm的鋼板與混凝土基礎(chǔ)固定。

5.2.3 臨時支墩制作與搭設(shè)

臨時支架制作分標準段和調(diào)節(jié)段，先制作成單片，再組裝為整體。立柱鋼管用325 mm×8 mm鋼管，臨時支架橫梁頂部與鋼箱梁底預(yù)留至少50 cm的空間，便于作業(yè)人員對鋼箱梁的找正、卸載。支撐下部墊厚度≥14 mm的整張鋼板，并在縱向設(shè)置十字撐以保證整聯(lián)臨時支架的穩(wěn)定性。臨時支架安裝完成后，四周用防撞桶進行保護，防止車輛撞擊［4］。

5.3 臨時支架施工交通管制

鋼梁吊裝前，以都南高速公路硬路肩及中央分隔帶處為支撐，設(shè)立門洞支架，考慮到施工時需借用對向車道及車輛超寬，洞門寬度設(shè)置為7.5 m。跨線橋鋼梁吊裝時，實施臨時交通管制，保持半幅通行，即當?shù)跹b右幅上方鋼梁時，臨時封閉右幅行車道，左幅行車道保持通行并限速60 km/h，當?shù)跹b完成后解除封閉，路面設(shè)置水馬、標線等交通安全設(shè)施。橋面板施工時，門洞下方保持車輛通行，車道限速60 km/h，路面設(shè)置水馬、標線等交通安全設(shè)施。

5.4 鋼梁吊裝

5.4.1 鋼梁吊裝就位

當鋼梁移至就位上空時，吊車停止移動，就位平衡后通過變化工作幅度來對準就位，整個吊裝過程采用儀器跟蹤測設(shè)。

5.4.2 鋼箱梁吊裝方法及調(diào)整

（1）該項目鋼梁安裝位置為道路交叉口，根據(jù)總體施工方案，施工期間，被交叉線路暫時不通車，因此可以占道施工，但邊跨位于高速公路邊坡上方，支架除了要保證自身的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性之外，還必須做好支架基礎(chǔ)處理以及吊機作業(yè)位置的整平和硬化，施工期間臨時占道采用的各類交通防護措施及標志必須符合當?shù)亟还懿块T許可。

（2）鋼箱梁吊裝應(yīng)盡量選擇在白天進行，并且施工區(qū)域限定于打圍封閉區(qū)間，必要時需對車輛進行導(dǎo)流。板利1號橋上跨的在高速公路路面上進行吊裝，選擇在02：00[CD*2]05：00沒有車輛通行的時段進行施工。

（3）鋼梁制造、發(fā)運與現(xiàn)場安裝工作應(yīng)統(tǒng)籌安排，鋼梁吊裝前應(yīng)做好各項準備工作：包括支架布置、支架標高測量、施工防護等，現(xiàn)場沒有存梁位置，鋼梁運輸車輛達到施工現(xiàn)場時，應(yīng)確保立即吊裝，運輸車輛迅速退出施工區(qū)域，否則運輸車輛的積壓可能對交通造成嚴重影響。

5.5 卸載和支架拆除

卸載時，在鋼箱梁臨時支架的橫梁上安設(shè)10臺千斤頂，采用液壓同步系統(tǒng)統(tǒng)一操作，保證鋼箱梁卸載時操作的同步性，卸載按照先中間后兩邊的原則進行，在每一支撐體系安排4個人切割臨時調(diào)節(jié)支撐。在每一臨時調(diào)節(jié)支撐一側(cè)500 mm設(shè)置1個20 t千斤頂，千斤頂上方設(shè)置一塊20 mm×300 mm×300 mm鋼墊板，并與千斤頂頂蓋焊接成整體，千斤頂?shù)鬃椭Ъ軝M梁點焊牢固，確保卸載過程中千斤頂穩(wěn)定。該工程現(xiàn)場地面距橋底面最大高度約為13 m，單體支架重量約為4.5 t，可采用25 t汽車吊直接進入橋梁下方對支架進行吊裝轉(zhuǎn)移；臨時支架由立柱和橫梁兩部分組成，先將鋼管立柱和橫梁切割開，并采用25 t汽車吊對橫梁進行拆卸轉(zhuǎn)移，再吊裝轉(zhuǎn)移鋼管立柱［5］。

6 結(jié)語

高速公路大跨徑鋼箱疊合梁跨線橋施工技術(shù)經(jīng)過了實踐的檢驗，本文從分段、加工、運輸、吊裝方案等開展分析，結(jié)合現(xiàn)場實際條件研究認為，核心控制點在于鋼主梁分段及臨時支墩的布置，臨時支墩的設(shè)置要保證現(xiàn)有高速公路車輛順暢通行，同時具備應(yīng)有的承載能力和抗傾覆能力，總結(jié)臨時支墩施工，現(xiàn)場應(yīng)做好幾個關(guān)鍵點的控制：

（1）地基承載力≥350 kPa。

（2）鋼管立柱條形基礎(chǔ)應(yīng)與地面連接牢固，防止傾覆或滑移。

（3）鋼管立柱的安裝垂直度必須滿足設(shè)計要求，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏心受壓。

（4）Ⅰ32a工字鋼側(cè)向應(yīng)與鋼管柱頂部形成可靠約束，可采用型鋼加撐焊接。

參考文獻

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［5］顧江淮.跨線橋鋼箱梁安裝工程施工技術(shù)探討［J］.交通科技與管理，2023，4（20）：92-94.

作者簡介：黃 強（1990—），工程師，主要從事道路橋梁施工管理工作。