城市立交桥钢箱梁节段吊装施工技术

城市立交桥钢箱梁节段吊装施工技术

程建华

中铁大桥局第七工程有限公司 武汉 430050

摘  要：钢箱梁结构自重轻，跨越能力大,现场施工周期短，施工对城市交通及周围环境影响小，在城市桥梁建设中具有巨大优势。本文以某立交匝道钢箱梁安装为实例，对跨越既有道路的钢箱梁节段吊装施工技术进行分析研究。

关键词：钢箱梁、节段吊装、施工技术

中图分类号：U445.4; U441+.5    文献标志码：A

1工程概况

梅家山立交分为主线高架桥以及A、B、C、D、E五座匝道桥。其中C匝道钢箱梁临近建筑物（最小距离2.5m），且跨越白沙洲大道和津水路既有道路，施工条件极为复杂。

C匝道钢箱梁为25+27.9+25m等截面连续钢箱梁，平面位于R=60m的圆曲线上。钢箱梁宽8.25m，高度2m，总重275吨；钢箱梁截面详见图1。

图1钢箱梁横截面图（单位：m）

2钢箱梁安装方案

2.1钢箱梁安装总体方案

根据钢箱梁桥结构特点，结合施工现场作业条件，采用临时支墩+节段吊装的施工方案。施工过程分为钢梁节段划分→单元件制作→梁段匹配制造→临时支架搭设→钢箱梁吊装、焊接、涂装→临时支架拆除六个阶段。

由于施工场地狭小、交通繁忙，地下管线复杂,施工前需对钢梁进出场道路进行仔细考察，确定运输线路、运梁车、起重设备及临时支架方案[1]。对沿线管线、绿化带、地基等不满足要求部位进行必要的加固处理，确保施工顺利实施。

2.2钢梁运输方案

钢箱梁梁段进场需要经过主城区，部分钢箱梁分段运输属超限运输构件，要做好运输线路选择和超限申报工作[2]。

钢箱梁施工前组织相关技术、安全人员及卡车司机对运输线路实地考察，对沿线桥梁、收费站等影响运输的隘口及障碍物进行详细调查。

对超限运输车辆，依照规定向公路管理机构提出超限运输申请，对运输路线进行勘测，选定运输路线，计算公路、桥梁承载能力，制定通行与加固方案。

现场安装时按安装顺序运输构件，合理安排运输时间及临时停放，减少大件运输对市区交通的影响。做好钢梁运输备选方案，如遇城市市政施工等其他情况，需要改道的，以便对运输路线做适当调整。

2.3运输设备选型

根据钢梁划分节段方案，最不利运输分段为YCF2节段，该分段最大外形尺寸为2000×5670×16158mm，重量为39.2吨，选择采用6台东风斯太尔15.4米半拖挂运输车辆。

2.4吊装设备选型

钢箱梁构件一般采用双机台吊，由于施工场地狭小，交通拥挤，只能单机作业。根据施工场地地面承载力和周围的施工环境，考虑起吊安全距离、最大吊重及作业半径等因素[3]，决定采用一台QAY240汽车起重机进行吊装作业。

2.5钢箱梁节段划分

钢箱梁节段划分应在制造前完成，分段划分方案报设计院认可后方可进行施工。

钢箱梁节段划分原则采用纵向划分的方式，综合钢箱梁厂内制造、运输、现场安装等因素，尽量减少环向焊缝[4]。分段控制宽度6米以内，长度16米左右，吨位50吨以内，钢箱梁节段划分详见图2。

图2 钢箱梁节段划分示意图

3临时支墩设计

钢箱梁安装临时支架采用格构柱结构形式。

3.1临时支墩布置及结构

临时支墩结合钢箱梁节段划分进行布设，尽量布置在对交通安全影响较小的区域。

本钢箱梁在C2、C3桥墩旁及跨中各设置一榀支墩，径向布置间距为15.0+11.5+10.0+15.0+11.5+15.0m，临时支墩具体布置详见图3。

图3 临时支墩布置示意图

3.2临时支墩结构

临时支墩结构采用Φ273mm×8mm的钢管，横断面2m×2m；顶部采用HM440型钢与钢管焊接，型钢上设置四根Φ273mm×8mmmm调平钢管。临时支墩调节钢管旁各设置一台25t液压千斤顶，用以线形调整。临时支墩高度为12米～16米，临时支墩结构详见图4。                      

支墩钢管纵、横向均采用L70×5的角钢连接，加强结构的整体稳定性。

                                                 图4 临时支墩结构图（单位：cm）

3.3临时支墩结构设计

3.3.1受力分析与建模

钢箱梁吊装时临时支墩最不利工况为C1～C2间支墩，支架系统按节点集中力模拟分析。钢箱梁自重系数取1.4，立柱自重分项系数取1.1。施工人员及设备荷载按单柱20kN考虑，柱顶横向荷载按竖向荷载的10%计算。

采用Midas Civil建模，杆件采用空间梁单元模拟，根据结构支承条件，假定立柱的柱脚不发生沉降和转动，分别对临时支墩的强度、刚度及稳定性进行验算[5]。

3.3.2临时支墩强度验算

经分析计算，支架立柱最大应力为25.2MPa，分配梁最大应力为20.6MPa，强度满足要求；应力计算图详见图5。

3.3.3临时支墩刚度验算

经分析计算，支墩最大竖向变形为1.3mm。

根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)，最大变形容许值为2000/750=2.7mm，支架刚度满足要求；变形计算图详见图6。

3.3.4临时支墩稳定性验算

经分析计算，支架系统的最大支点反力为158KN。支架系统所有的受力点均在立柱的正上方，不考虑分配梁及连接系受力，近似取每根立柱支点受力为158KN。

钢管支墩最大高度1600cm，φ273钢管的回转半径为9.37cm，长细比λ=l/i=1600/9.37=170。查《钢结构设计规范》，得钢管柱的稳定性系数φ=0.27，钢管柱最大压应力σ=Nt/φΑ=158000/(0.27×6660)=87.8MPa＜205MPa,满足稳定性安全要求；稳定性计算图详见图7。

图5 应力计算图（单位：MPa）图6 变形计算图（单位：mm）图7 稳定性计算图（单位：mm）

4钢箱梁节段吊装施工

4.1节段吊装施工顺序

根据施工现场作业条件，确定钢箱梁节段吊装顺序为：节段A→节段B→节段C→节段D→节段E→节段F,节段制造时钢箱梁的接口设置要与吊装顺序匹配。

4.2钢箱梁节段吊装

吊装前结合施工现场制定节段吊装施工方案，绘制节段吊装施工图，明确每个节段运梁台车与吊机站位，吊重、工作半径、臂长以及吊机把杆转动方向，然后进行吊装作业，节段吊装示意图详见图8。

                                             图8 节段吊装示意图

4.3钢箱梁节段定位

吊装前做好分段横向和纵向分段处的定位轴线标识，安装好调节段，调整好相邻分段纵向焊缝及横向焊缝的临时卡具，进行找正、定位。用测量仪器校核标高、轴线，使用两台千斤顶架在支架梁墩上将箱梁分段顶起、加垫板，直至达到标高要求，再进行固定，点焊。

4.4钢箱梁焊接及检验

钢箱梁在大风及雨天焊接时做好遮挡防护措施，严禁焊接火花落地。现场焊接完成后，进行焊缝无损探伤检，报监理和第三方进行检测。

4.4钢箱梁卸载

钢箱梁采用整体卸载方案，卸载前检查确认成桥线形，卸载过程中对临时支架点沉降及箱梁顶板标高进行监测，确保成桥线形[6]。

在钢箱梁纵腹板位置正下方对应的调节钢管旁设置有千斤顶，先将千斤顶顶至临时支架高度，与箱梁底部紧密贴实，再将调节钢管全部拆除，将各千斤顶同时缓慢下降，钢箱梁落在支座垫板上，全部荷载由桥墩自身承受，卸载完毕。

卸载遵循结构内力传递特点，按照先中间后两边，纵横两个方向分级同步卸载的原则进行；卸载点要对称，过程要缓慢，使各组临时支架都处于均匀受荷状态。

4.5临时支墩拆除

临时支墩最大高度为16m，单个支墩重量约为10吨，采用25吨汽车吊吊出，将钢管立柱和横梁切割后转运。

5钢箱梁安装安全防护

5.1防止高空坠物

钢梁施工区域有车辆、行人通行，在钢箱梁两侧设置防护栏杆，挂设安全网；在钢箱梁下方作业区设置满铺操作平台，侧方挂阻燃帆布，防止施工时工具、楔铁、焊条、焊渣等坠落，如图9所示。

5.2防止车辆碰撞

施工区域有为交通要道，防止车辆通行时碰撞支墩,发生安全事故,采用安装防撞护栏、堆砌沙袋防撞墙等措施防护。增设减速带，在醒目处做好限速标示牌，在变道区域临时设置交通锥桶及警示牌。

5.3隔热及防雨设施

钢箱梁吊装就位后，为保证高温和雨季焊接施工安全及质量，采取活动式隔热防雨棚防护措施，如图10所示。

图9 安全防护示意图                    图10 隔热防雨棚图（单位：mm）

5.4防烟雾设施

钢箱梁箱室内部空间狭小且封闭，焊接时产生的大量烟雾无法排出，为保证施工环境、防止工人烟雾中毒，在每个分段箱梁面板开设2-4个Ø200*250mm的椭圆孔，安装消防柜式离心风机抽风换气。

6结束语

采取钢箱梁节段吊装施工技术，优化设计，精心组织，即克服了跨越既有交通要道，紧邻建筑物，施工场地狭小，又解决了地下管线多，车流、人流量大，施工环境复杂，安全风险高等重重困难[7]，安全顺利完成各项施工任务，为项目顺利实施奠定坚实的基础。

[参考文献]

[1]刘廷君，覃东强.钢箱梁吊装施工关键技术[J].智能城市，2020，6（10）：173-174.

[2]孙建波，朱武华.港珠澳大桥长节段钢箱梁吊装施工技术研究[J].中国水运，2015，15（04）：196-197.

[3]孔庆东.城市钢结构桥梁吊装施工研究[J].四川水泥，2021，（05）：271-272.

[4]欧静.南宁大桥曲线钢箱梁吊装关键施工技术[J].山西建筑，2014，40（02）：180-182.

[5]路坤. 钢箱梁吊装施工技术分析[J].有色金属文摘，2015，30（03）：134-135.

[6]郜振宇，孙晓军.钢箱梁施工中的吊装及测控技术[J].公路交通科技，2008，（01）:71-74.

[7]陈克军，邓玉鑫.大节段钢箱梁吊装施工技术[J].中华建设，2019，（04）：154-155.

作者简介：程建华，1972年07月生，大学本科，高级工程师，研究方向桥梁工程

通讯地址：湖北省武汉市经济技术开发区春晓路8号中铁大桥局七公司，430050，13517273587，45100989@qq.com

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