城市復雜環境下大跨度鋼箱梁施工技術研究

劉添俊，安關峰,張洪彬

（廣州市市政集團有限公司，廣東廣州 510060）

0 引言

隨著我國鋼鐵工業和鋼結構技術的發展,鋼結構市政橋梁的數量也在不斷增加,箱形截面抗扭剛度大、整體性好的特點使得鋼箱梁結構在市政橋梁設計及建造過程中得到廣泛的應用,現已成為主梁形式的首選[1-4]。

由于橋梁工藝的發展和交通疏導的要求，城市鋼箱梁的跨徑也在不斷增長，并呈大幅度增長的趨勢；同時由于市政鋼箱梁施工環境的復雜性、功能要求的多樣性、大跨度等特點，給市政鋼箱梁的制作、安裝施工帶來了很多不同于鐵路、公路鋼箱梁施工的技術難題。其中，尤為突出的是如何減少大跨度鋼箱梁施工對交通、周邊構造物的影響。

1 工程背景

1.1 工程概況

廣州市獵德大橋系統北延線二標段位于廣州市黃埔大道與獵德大道交界處（見圖1），工程項目主線為10跨高架橋，其中Z4—Z7軸采用鋼箱梁結構，共計有三跨鋼箱梁，跨徑為38+60+48=146（m），鋼結構工程量約3300 t。鋼箱梁橋體總長約146 m，總寬約41 m，懸臂翼板挑出段長2.5 m，箱體高度2 m。最大跨度在Z5—Z6軸，橫跨黃埔大道隧道，約60 m。部分箱形梁結構為工廠制作，現場吊裝；部分箱型梁為工廠下料，現場拼裝焊接完成。箱梁頂板、腹板、底板、翼板等主受力構件均采用Q345qc鋼材，橫隔、加勁肋等次受力構件采用Q235c鋼材。

1.2 工程施工難點

1.2.1 黃埔大道交通疏解要求

黃埔大道每天交通流量巨大，是廣州市東西方向的一條主要交通動脈，采用設立臨時中間支墩架設拼裝鋼梁分塊方式施工，勢必較長時間占用現行車道，使擁堵的交通更加雪上加霜。

1.2.2 黃埔大道下穿隧道的限制

原設計施工方案對于中跨（60 m）跨越黃埔大道采用分塊吊裝，中間設立臨時中間墩架設拼裝鋼梁分塊，但設立臨時中間支墩必須避開隧道范圍，不能直接壓重在隧道上方，大大增加了支墩平面布設的困難。

2 大跨度鋼箱梁施工方案比選

該工程跨黃埔大道新采用（38+60+48）m的鋼箱梁結構，最大跨度在Z5—Z6軸，橫跨黃埔大道隧道，約60 m。原設計施工方案對于中跨（60 m）跨越黃埔大道采用分塊吊裝，中間設立臨時中間墩架設拼裝鋼梁分塊。但由于實際施工中出現以上的工程難點，需要變更中跨鋼箱梁吊裝方案。

在綜合考慮了施工場地周圍的復雜環境影響及施工可實施性基礎上，提出了整體一次吊裝的方案。

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整體一次吊裝與分塊吊裝比較，最大的優點是解決了中間設立臨時支墩對道路交通及周邊構造物的影響，同時在工藝方面有自己的優點。

2.1 拼接安裝簡易性

一次吊裝整跨鋼梁，在地面胎架上拼接，減少了中間塊傳統在臨時支墩上拼接的工序，吊裝后只需焊接在兩端鋼橫梁上即完成安裝，簡單省時。

2.2 整體安裝的穩定性

由于減少在中間臨時連接鋼梁的步驟，避免鋼梁每節在吊裝過程中的水平撞擊，從而提高了安裝的穩定性。

2.3 良好的施工性

以往需在臨時支墩上焊接每節箱體，分塊越多，焊接過程越長，在繁忙交通要道上施工增加的不安全因素越大。改在地面臨時胎架上拼接箱體，既減少這種不安全因素，又方便組織流水施工，加快施工進度。

2.4 施工快捷性

根據Z6-Z7軸吊裝過程比較，吊裝設備占用道路時間Z6-Z7軸采用中間臨時支墩拼裝每榀鋼梁需3 d，而Z5-Z6軸采用一榀整跨拼裝只需5 h，由此可見其快捷性。

3 大跨度鋼箱梁整體吊裝工藝研究

3.1 整體吊裝需要解決的問題

（1）單榀鋼箱梁施工過程中下撓度是否會超出設計值。采用中間臨時支墩方式吊裝由于單塊鋼梁支承在臨時支墩上，施工過程中的下撓度幾乎可以不用考慮。但采用整體式吊裝，則單榀鋼箱梁施工中的下撓度卻是一個重要指標。由于設計時并沒有考慮采用整體方式吊裝，因此單榀鋼梁下撓度缺乏設計值。施工中項目部采用實測法監控，單榀鋼梁在胎架完成拼接后，根據實際安裝支點位置，模擬出鋼梁安裝后的支承狀況，然后從跨中到支點每5 m實測出鋼梁下撓值。實測值與完成后的設計值比較，跨中最大設計下撓值為10 cm,實測值為6.5 cm，在設計限值以內，滿足設計要求。

（2）吊裝過程中鋼梁就位。受現場場地制約和臨時邊墩限制，鋼梁不能一次到達吊裝點，需要分次就位，就位方案的選擇成為吊裝成敗的關鍵。施工中就位方式采用兩套方案。

a.臨時寄梁在臨時邊墩上，汽車吊分三到四次就位，把鋼梁吊裝就位。該方式相對比較安全，但耗費時間長，對于受封閉交通時間限制來說，無疑是一大缺點。所以該方式只在吊裝X24號梁時采用。

b.另一方案采用一端用汽車吊起吊，跨越臨時邊墩，成為活動點，另一端固定在平板車上平移就位。該方式減少了汽車吊機就位時間，吊裝效率大大提高。但吊裝過程中由于單端起吊，形成固定端容易水平滑移，造成安全隱患。實際施工中起吊角度經計算后得出在8～9°，符合吊裝規范要求，并且施工時起吊端緩慢起吊，到預定高度后靜止數分鐘，觀測固定端是否有滑移跡象，沒出現位移才繼續進行下步吊裝工作。

3.2 單點起吊的安全計算分析

鋼箱梁吊點及鋼絲繩夾角如圖2所示。

受現場場地制約和臨時邊墩限制，鋼梁不能一次到達吊裝點，需要分次就位，就位方案的選擇成為吊裝成敗的關鍵。該工程采用一端用汽車吊起吊，跨越臨時邊墩，成為活動點，另一端固定在平板車上平移就位，在這個過程中涉及到鋼箱梁的起吊角的控制。

由于吊機通過鋼絲繩傳力來起吊鋼箱梁，在鋼箱梁被吊起的過程中鋼絲繩拉力的大小與方向都在發生變化，甚至在拉力調整的瞬間，鋼箱梁的重力由支撐端的支撐力和水平摩擦力來平衡（見圖3）。

鋼箱梁與鋼板車之間的摩擦系數取μ=0.15[5]，有力系的平衡條件，可得：

G·cosα·μ=G·sinα

式中：G為鋼箱梁的重力，由上式可得到單點吊裝的起吊角度的極限值；α=arttg μ=8.53°。

即實際施工中起吊角度應控制在8°～9°。

4 結語

大跨度鋼箱梁整體吊裝方法在廣州市獵德大橋系統北延線二標跨黃埔大道隧道位置使用，整體60 m跨度吊裝預制鋼箱梁滿足黃埔大道繁忙交通，以及黃埔大道隧道上層不能布設臨時支墩的要求。經過優化后的吊裝方案，減少黃埔大道及各跨跨中臨時支墩22個，按照每個臨時支墩需2.1萬元計算，吊裝施工措施費節省了22×2.1=46.2（萬元），各種交通設施、臨時改道措施等費用節省了210萬元。上述合共節省施工措施費用46.2萬元+210萬元=256.2萬元。大跨度吊裝鋼箱梁技術上的優勢在該工程中得到了充分的體現。

該方法在廣州市獵德大橋系統北延線二標跨黃埔大道隧道位置的成功應用，為其他類似交通繁忙道路，道路下有其他構筑物不能負荷受壓的要求，而且吊裝跨度較大的橋梁預制鋼箱梁工程提供了借鑒和指導。

[1]鄭凱鋒，唐繼舜.大跨度懸索橋流線形箱梁技術[J].公路.1994，（6）.

[2]同濟大學路橋工程系.城市橋梁設計施工經驗選編[M].北京：中國建筑工業出版社，1980.

[3]彭建兵，程為和.城市高架連續曲線鋼箱梁設計若干問題探討[J].城市道橋與防洪.2003,(3).

[4]李玉安，曾智明.城市高架橋鋼箱梁制作安裝施工技術[J].安裝，2001，（5）.

[5]江正榮.建筑施工工程師手冊(第二版)[M].北京:中國建筑工業出版社，2002.