山區樞紐橋梁工程鋼箱梁架設方法研究

中圖分類號：U445.46 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wCcst.2025.04.040

文章編號：1673-4874（2025）04-0145-04

0 引言

隨著我國公路交通建設的快速發展，大量公路工程構建成密集的公路交通網，樞紐工程成為交通網的關鍵節點[1-3]。山區地形地貌復雜，地勢高差較大，溝谷縱橫，故山區樞紐工程常需設置高墩和曲線橋。樞紐工程的平面布置受限，為了節省工程造價，常采用較小半徑的曲線梁橋。曲線梁橋力學復雜，特別是曲率半徑較小時，只有鋼箱梁才能滿足其復雜的力學性能。此外，為了滿足樞紐工程的互通性，樞紐橋梁?？缭蕉鄺l道路，需要利用鋼箱梁跨越能力大、施工速度快的特點。因此，鋼箱梁成為樞紐工程的重要橋梁形式[4-5]。

鋼箱梁在焊接、涂裝等方面要求較高，特別是曲線橋梁對下料尺寸及制作要求更高，因此鋼箱梁需要在技術成熟的工廠制作，廠區常選擇在工業水平高的地區。在山區地形復雜、道路等級低、與廠區距離遠的條件下，運輸道路的運能將決定鋼箱梁的施工方法。因此，有必要研究經濟安全可行的山區樞紐橋梁工程鋼箱梁架設技術，以適應當前我國交通建設發展的需要。

本文結合某高速公路樞紐互通工程項目，開展山區樞紐鋼箱梁架設方法研究，分析山區樞紐工程的特點，并依托項目的技術特點提出鋼箱梁施工方法。

1工程背景

工程項目所在地位于廣西的西部，是國家西南地區出海的大通道，是交通運輸部確定的國家公路運輸樞紐。境內山岳連綿、河流縱橫、地勢落差大，屬于典型的山區地貌。該樞紐互通平面布置如圖1所示。項目區地形地址特點：剝蝕低山地貌，山峰多高聳陡峻，山間溝谷深切，地面高程為 850～980m ，自然斜坡角一般為 30^°～40^° ，局部達 ^60° ；場區覆蓋層為厚 1～2.5 m的黃褐色粉質黏土，下伏灰色砂巖，節理縫隙較發育，巖質較軟。因此，場區地質條件復雜、屬于典型的山區場地。

該樞紐互通采用T形布置，根據公路走向功能，由編號為A、B、C、D的4個匝道橋組成；全部采用梁式橋結構，橋梁上部結構采用預應力混凝土T形梁或鋼箱梁。匝道地形特征、曲線參數及橋跨布置見表1。鋼箱梁無橫隔板處和橫隔板處的截面如圖2所示（圖中330cm為D匝道鋼箱梁高度，210cm為其他匝道鋼箱梁高度）。

從表1可看出，該項目中鋼箱梁用于平曲線半徑較小或者平曲線半徑較大且橋下凈空要求較大的橋位。從施工方法來看，架橋機架設方法應用于預制預應力混凝土橋，支架上橫向分片縱向分塊拼裝法（簡稱支架法）適用于曲率半徑較小的鋼箱梁，場地低位拼裝整體提升法（提升法）適用于跨度大且曲率半徑亦較大的鋼箱梁。

圖1樞紐互通平面布置示意圖

圖2鋼箱梁控制截面圖

表14個匝道橋的工程參數表

2山區樞紐工程橋梁特征及鋼箱梁的架設方法

山區樞紐工程場地多為陡坡和溝谷，平面布置受限，常采用較小半徑的曲線梁。橋跨為直線梁或直徑較大的曲線梁時，橋梁力學性能簡單，鋼筋混凝土或預應力混凝土橋梁因其技術成熟、施工方便及工程造價低等優點成為主要橋梁形式[6-7]。但當橋梁平曲線半徑較小時，橋梁受力復雜，預應力混凝土橋梁不宜采用。而鋼箱梁因自重輕、穩定性好、力學性能好、抗扭剛度大及施工效率高等優點，在小半徑曲線橋梁建造中得到了廣泛應用。

山區橋址處不具備大而平整的施工場地，無法在橋位處加工焊接鋼箱梁；同時為保證曲線鋼箱梁下料準確和焊接和涂裝質量，鋼箱梁需要在技術成熟的工廠制作，廠區常選擇在工業水平較高的地區。鋼箱梁制作時，采用分節分段下料、分塊預拼焊接、單元組合及涂裝后經陸路運到橋位現場吊裝的方法。而廠區與施工現場運輸道路的運能是決定鋼箱梁制作尺寸的關鍵。山區道路窄，道路回轉半徑小，鋼箱梁的運輸只能采用分塊運輸。

鋼箱梁現有施工方法主要有頂推法[8-9]、支架法[10]和整體提升法[11-12]。頂推法是指在橋頭平臺分段拼裝，以千斤頂沿橋跨方向施加推力，通過導梁使鋼箱梁越過臨時支架頂或橋墩頂，從而完成整座橋施工的方法。該方法需要大型的推力裝置和橋頭寬廣的作業場所，技術要求高。支架法是指在橋位處的鋼箱梁縱向分塊接縫處搭建支架，逐塊吊裝焊接直至完成整座橋梁的施工。該施工方法不受橋梁軸線曲與直的影響，具有適用范圍廣泛的特點，但需要搭設專門支架且施工周期長、工程措施費用高。整體提升法是指在橋位地面場地上搭設平臺，將分塊鋼箱梁吊裝到平臺上施加橫向及縱向焊縫，完成整段梁段的拼接，然后利用提升設備將整條梁提升至設計標高，完成橋梁的架設。該方法主要適用于直線梁或者彎曲直徑比較大的梁段，具有較高的施工效率，但對提升設備要求較高、施工較為復雜。

針對山區樞紐橋梁，常缺乏開闊的作業場地，頂推法受限。支架法使用范圍廣泛，常用于跨度不大、曲線半徑較小的梁段，施工時需要綜合考慮鋼箱梁的曲線半徑、鋼箱梁的制作尺寸及現場起吊能力，采用橫向分片縱向分塊焊接成橋。而整體提升法可用于高墩及跨越既有道路且對工期嚴格要求的橋梁工程，特別適用于山區樞紐跨度大、橋梁平面曲線半徑較大的橋跨。綜上所述，山區樞紐工程的曲線橋選擇鋼箱梁橋橋型時，其施工方法應依據施工場地條件、曲線半徑、工期要求及工程經濟性等因素進行選擇。

3鋼箱梁橋架設方法在依托樞紐工程中的應用

依托樞紐工程有3個匝道上構采用鋼箱梁橋。其中，A匝道鋼箱梁曲線半徑為 125m ，屬于小半徑圓曲線，采用兩聯共6跨，最大跨度為 48m ，采用支架法施工；C匝道鋼箱梁曲線半徑為 130m ，屬于小半徑圓曲線，采用1聯3跨，最大跨度為 60m ，采用支架法施工；D匝鋼箱梁曲線半徑為2 200m ，屬于大半徑曲線，采用 （57+76+ 57）m 布置，其中76m橋跨跨越既有市政道路，兩邊跨采用支架法，中跨采用提升法。A匝道與C匝道對工期沒有明確的要求，D匝道中跨工期要求2個月，而實際工期為18d。兩種施工方法的具體關鍵技術如下。

3.1支架法關鍵技術

山區樞紐工程橋梁所處地形為陡坡和溝谷，為減少對陡坡的大面積開挖和減少支架搭設工程量，同時考慮汽車運輸到現場吊裝的運輸能力，鋼箱梁沿橫橋向和縱橋向進行分節預制。為此，現場鋼箱梁采用裝配式高大支架分節段吊裝施工方法，根據分節段長度設置裝配式支架排數，支架設在節段焊接處。支架體系由基礎、標準節支架、可調節支架和支架頂部組成。圖3為支架結構圖，圖4為鋼箱梁橫向分片縱向分塊焊接布置圖。

由圖3可知，采用支架上橫向分片縱向分塊拼裝法施工鋼箱梁時，鋼箱梁是在裝配式鋼管支架上焊接成型的，經濟安全型支架設計及箱梁底標高控制是該方法成功應用的關鍵，其關鍵技術點如下：

（1）基礎設計：根據支架高度及受力分析選擇基礎形式，設計時必須驗算基底承載力和基礎抗傾覆能力?；A中需要設置預埋鋼板與支架相連，預埋件底部焊接倒刺錨固結構，澆筑時調平頂面標高。

（2）支架結構設計：裝配式鋼管支架體系主要通過頂部支架（工字鋼 + 非標準節 + 千斤頂）和標準節鋼管立柱依次從上到下將鋼箱梁荷載傳遞至基礎地基上；標準節大管徑鋼管作為支架承受豎向荷載的主要構件，所有的接頭均采用螺栓連接。

（3）支架搭設：由圖3可知，支架由標準節、支架頂部和纜風繩等三部分組成。裝配式標準節支架由工廣加工焊接，運輸到現場拼裝成單元標準節，根據支架高度搭配標準節數和頂部支架。標準節搭設：第一標準節通過吊裝安裝在調節鋼管立柱上，后用排架橫聯支撐把兩個架體連接成整體，增加穩定性；搭設過程中檢查豎直度符合要求后擰緊節間螺栓。支架頂部搭設：支架頂部根據所在場地處標高及梁底標高計算其高度，其主要由非標準節支架、分配梁、調節鋼管、千斤頂組成；標準節安裝完成后即可安裝非標準節，節間用螺栓栓接穩固；橫橋向每排鋼管立柱頂部安裝分配梁，待分配梁調整好位置后焊接在支架的法蘭上或用騎馬螺栓連接，使其與支架成為一體；調節鋼管高度根據設計鋼箱梁底、工字鋼高度和千斤頂高度而定；把千斤頂放在分配梁上，擰緊螺栓或點焊固定好。纜風繩拉設：支架安裝完成后，沿縱橋向放點位擺放地錨，用手拉葫蘆預緊后用三套莢扣夾緊，同時設置安全警示。

圖3支架結構圖

圖4鋼箱梁橫向分片縱向分塊焊接示意圖

（4）鋼箱梁吊裝施工：鋼箱梁橫向分片運輸到橋位處，按設計加工的節段順序吊裝。吊裝采用大噸位汽車吊，根據現場條件、吊裝高度、鋼箱梁單元體重量和汽車吊工作半徑選用大噸位汽車車型號。

（5）支架拆除：支架拆除程序應遵守“先支后拆，后支先拆，由上而下\"的原則，嚴禁上下交叉和從側面直接拉翻后拆解。

3.2提升法關鍵技術

D匝道鋼箱梁跨越既有市政道路，采用1聯3跨布置方式，中跨76m跨越合那高速公路，原設計采用頂推施工，而根據橋位處地勢現狀，兩端邊跨處在山坡上，不具備頂推施工的作業條件。項目部提出了低位拼裝懸臂整體提升施工方法，提升段長度為69.1m，由5個節段組成，重443.0t，于地面上設計線形及預拱度，要求拼裝焊接成為整體，在兩端已吊裝完成的鋼箱梁上安裝懸臂提升架和提升設備系統，試吊脫離胎架、異縱坡精準調整姿態后整體提升，就位后與懸臂段對接合龍連接形成整體，完成體系轉換。該方法的關鍵技術點如下：

（1）低位拼裝焊接：按設計圖紙放樣施工地胎和支撐架，支撐架高度考慮設計縱橫坡、設計預拱度和施工預拱度疊加曲線等因素。低位拼裝時各分塊吊裝過程中用儀器復核各點位，精準調整到位后點焊連接縫和工藝碼板固定。

（2）整體提升架和提升段錨固梁：懸臂提升架由鋼箱梁的懸臂梁、枕梁、后壓梁、提升梁、整體提升段錨固梁、后錨錨固梁組成。整體提升段錨固梁設置于鋼箱梁箱室內部，用于提升索通過。錨固梁兩端與鋼箱室腹板采用對接焊縫焊接固定，并加設加勁板焊接增強錨固。

（3）鋼箱梁整體提升：鋼箱梁整體提升系統安裝完成檢測合格后即可進行試提升、姿態調整、整體提升、精準合龍焊接。采用1.25倍荷載試吊，按五級加載開始提升鋼箱梁，使其上升0.3m后停止提升，靜置約2h，進行各項檢查和檢測，收集相關參數。超重卸載完成后，在整體提升段面板上放樣邊跨懸臂端口投影點，并測量標高，根據設計縱坡和橫坡，測量組收集相對四個角的標高、平面位置大小樁號、側邊跨端口標高差和橫坡，確定提升段的縱坡和橫坡，并將測量結果反饋至提升設備操作組，根據數據進行姿態調整。姿態調整完成后，啟動提升系統同步提升，同時實施監測，為提升系統提供調整依據，以便及時采取措施防止意外發生。各小組人員按工作部署要求全程在崗，各司其職，發現異常及時報告總指揮妥善處理，確保同步提升準確至合龍。

（4）合龍施工：合龍施工宜采用一天中溫度較低（20° ）的時間段進行。作業人員對頂板、腹板和底板做標記并復核無誤后精準切除，縫隙控制在10mm以內，提升就位并精準調整后鎖死提升系統，合龍口臨時固結。合龍口對接焊接在20℃時進行，焊接順序為：中腹板→邊腹板→底板→橫肋→頂板。焊縫檢測合格后進行卸載，提升系統拆除，體系轉換提升完成。

4結語

工程應用結果表明，支架法和整體提升法各具特點，可作為山區樞紐工程鋼箱梁架設的重要方法。山區樞紐工程中的鋼箱梁選擇架設方法時，要充分考慮橋梁特點及場地特征：曲線半徑小的鋼箱梁盡量采用支架法，可保證施工質量和施工過程安全，但施工效率低；高墩大跨且曲線半徑大的鋼箱梁采用提升法較為安全可靠，施工效率高，但對施工設備和工藝要求比較高。

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