復(fù)雜環(huán)境下超大跨度鋼-混凝土組合梁施工技術(shù)

楊 旭

1. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200090；

2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

城鎮(zhèn)快速化改造工程中，常會(huì)遇到復(fù)雜環(huán)境下橋梁施工的情況，如跨道路、跨河流等。對(duì)于這種復(fù)雜環(huán)境超大跨徑的橋梁施工，國(guó)內(nèi)外研究者研發(fā)了一系列施工方法，如懸掛對(duì)稱澆筑法、架橋機(jī)建造法、大型機(jī)具吊裝法等，對(duì)于稍小跨徑的，有臨時(shí)立柱法、臨時(shí)支架現(xiàn)澆法、兩側(cè)澆筑立柱法、旋轉(zhuǎn)橋面法等。本工程參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)[1]，結(jié)合本工程復(fù)雜環(huán)境的實(shí)際特點(diǎn)，經(jīng)過比對(duì)優(yōu)化，選擇了組合梁吊裝法。

1 工程概況

1.1 總體概況

兩港大道（新四平公路—S2）快速化工程位于中國(guó)上海市臨港新片區(qū)內(nèi)。工程實(shí)施范圍西起新四平公路，東至老蘆公路以東，接兩港大道現(xiàn)狀跨線橋，全長(zhǎng)約10.9 km。其中，新四平公路至新楊公路為高架段，長(zhǎng)度為2.4 km；新楊公路至妙香路為地面道路段，長(zhǎng)度為2.3 km；妙香路至終點(diǎn)為高架段，長(zhǎng)度為5.9 km。

兩港大道道路規(guī)劃采用“主線高架＋地面道路”的形式，紅線寬度為60.0～99.5 m。主線道路等級(jí)為城市快速路，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，采用雙向六車道規(guī)模的高架橋形式；地面道路等級(jí)為城市主干路，設(shè)計(jì)速度為50 km/h，采用雙向六快車道＋二慢車道規(guī)模。兩港大道全線分別在妙香路西側(cè)、鴻音路東側(cè)、重霄路東西側(cè)、奔騰路東側(cè)設(shè)置1對(duì)匝道，共設(shè)置4對(duì)匝道。

1.2 鋼-混凝土組合梁概況

項(xiàng)目妙香路路口、玉宇路路口跨徑大，且跨河流，因此在這2個(gè)路口處設(shè)鋼結(jié)構(gòu)組合梁。P162—P166跨妙香路與馬泐港，設(shè)計(jì)為（50 m＋70 m＋70 m＋50 m），本聯(lián)質(zhì)量2 478.2 t；P192—P196跨玉宇路與小泐港，設(shè)計(jì)為（50 m＋75 m＋75 m＋50 m），本聯(lián)質(zhì)量2 651.6 t。鋼結(jié)構(gòu)工程量總計(jì)為5 129.9 t，鋼材材質(zhì)為Q345qD。橋面板鋪裝模板采用厚1.5 mm壓型鋼板上覆0.5 mm鋼板作為澆筑橋面板混凝土支承，橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)采用CRB550級(jí)φ10 mm@100 mm冷軋帶肋焊接鋼筋網(wǎng)，鋪裝混凝土采用C50防水鋼筋混凝土（圖1）。

圖1 （50＋75＋75＋50）m聯(lián)鋼-混凝土組合梁示意（單位：m）

2 工程難、特點(diǎn)

1）超大跨度（妙香路跨長(zhǎng)240 m，玉宇路跨長(zhǎng)250 m）鋼-混凝土組合梁體量大，鋼構(gòu)深化加工要求高，安裝精度及預(yù)拱度設(shè)置控制難度大。

2）本工程鋼-混凝土組合梁位于保通道路主線，跨路口、跨河道，且約1/5的鋼-混凝土組合梁投影面位于地面橋上部，對(duì)地面橋梁、河道駁岸周邊管線保護(hù)要求高，施工環(huán)境復(fù)雜。

3）涉及河道地面橋保護(hù)及保通道路，鋼梁吊裝作業(yè)面狹小，最狹窄處僅12 m，需充分進(jìn)行吊裝工序、鋼梁分節(jié)、臨時(shí)支墩設(shè)置等的深化設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析及選擇

3.1 原設(shè)計(jì)方案

原設(shè)計(jì)圖紙中，跨河段鋼梁根據(jù)斷縫在受力最小處的原則進(jìn)行分段，分別為5 m墩橫梁＋15 m縱梁＋40 m縱梁＋15 m縱梁＋5 m墩橫梁。臨時(shí)支墩隨斷縫布置如圖2所示。

圖2 支墩分布

原設(shè)計(jì)方案的隱患有：

1）原設(shè)計(jì)圖紙中鋼梁分段方式經(jīng)深化后發(fā)現(xiàn)，臨時(shí)支墩分布于原有地面橋橋面板上部，經(jīng)核查老橋圖紙及復(fù)算，原有地面橋?yàn)榭招陌辶航Y(jié)構(gòu)，若直接架設(shè)在橋面板中部，無法滿足安全驗(yàn)算，影響老橋結(jié)構(gòu)安全使用和鋼-混凝土組合梁成品質(zhì)量，造成一定安全隱患。

2）原設(shè)計(jì)鋼-混凝土組合梁分段考慮整聯(lián)鋼-混凝土組合梁正負(fù)彎矩區(qū)的分布影響，但在跨河段受地面橋及駁岸保護(hù)要求，吊車無法正常分段吊裝，影響施工進(jìn)度與質(zhì)量。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

1）對(duì)于鋼-混凝土組合梁分段，經(jīng)多次討論后，綜合考慮施工進(jìn)度及吊裝機(jī)械，將跨河段75 m跨分為5 m墩橫梁＋35 m縱梁＋35 m縱梁＋5 m墩橫梁。其中縱梁在加工廠內(nèi)分段預(yù)制成2段35 m的節(jié)段，運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)在地面拼接后，在河岸兩側(cè)雙機(jī)抬吊跨河段鋼-混凝土組合梁（圖3）。

圖3 鋼梁分段

2）鋼-混凝土組合梁跨河段支墩位置經(jīng)受力驗(yàn)算，結(jié)合原地面橋結(jié)構(gòu)圖紙，布置于原地面橋橋墩位置，因新建高架線形與原地面橋線形存在夾角，故按原地面橋橋墩正上方斜向布置。

3）鋼-混凝土組合梁經(jīng)過深化后，采用BIM模擬施工技術(shù)及吊裝工況復(fù)算，提高焊接及預(yù)拱度精度，確保豎曲線及橋梁線形。

4）根據(jù)施工工況，優(yōu)化跨內(nèi)組合鋼梁橫向分段，道路中心線位置處不設(shè)置鑲嵌段，兩側(cè)設(shè)置鑲嵌段，將整段墩橫梁橫向分段，可有效減小構(gòu)件運(yùn)輸寬度，滿足加工運(yùn)輸?shù)囊螅▓D4）。

圖4 墩橫梁橫向分段

4 鋼-混凝土組合梁施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 臨時(shí)支墩設(shè)置

本工程支架均支撐在承臺(tái)、原地面橋墩或現(xiàn)有兩港大道路面上。墩橫梁支墩布置在承臺(tái)上可滿足300 t支撐力要求，無需設(shè)置基礎(chǔ)，超出承臺(tái)范圍需要設(shè)置300 t支撐力的臨時(shí)支架基礎(chǔ)。縱梁支墩設(shè)置在地面橋墩或路面上，其中地面橋墩經(jīng)驗(yàn)算可滿足175 t支撐力要求，無需設(shè)置基礎(chǔ)，路面按一級(jí)公路路基填筑厚度0～2 m考慮，道路地基承載力按13 t/m2計(jì)算，需設(shè)置175 t支撐力的臨時(shí)支架基礎(chǔ)（圖5～圖7）。

圖5 175 t支架基礎(chǔ)

圖6 墩橫梁位置處臨時(shí)支架

圖7 跨內(nèi)分段梁底支架

4.2 鋼構(gòu)吊裝

本工程選用1臺(tái)350 t履帶吊、1臺(tái)320 t履帶吊和1臺(tái)50 t汽車吊對(duì)橋結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件、分段構(gòu)件、臨時(shí)支架等進(jìn)行組裝與吊裝。1臺(tái)履帶吊進(jìn)行作業(yè)時(shí)，設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)；2臺(tái)履帶吊雙機(jī)抬吊時(shí)，每臺(tái)履帶吊設(shè)置2個(gè)吊點(diǎn)，共4個(gè)吊點(diǎn)。

履帶吊采用專用重型路基箱，尺寸為2 m×3 m。履帶吊路基箱與臨時(shí)支架基礎(chǔ)之間均有2 m以上的安全距離，可有效避免壓力的重疊作用，防止路面沉降（圖8）。

圖8 履帶吊路基箱布置

根據(jù)本工程的地理位置與施工條件以及進(jìn)度計(jì)劃，合理安排了構(gòu)件吊裝順序和進(jìn)場(chǎng)方向，并由此制定構(gòu)件出廠裝車的方向。本工程鋼梁選擇安排在夜間進(jìn)場(chǎng)和吊裝，現(xiàn)場(chǎng)配合交警協(xié)管交通，保證施工環(huán)境安全。所有構(gòu)件直接吊裝就位，原則上不在現(xiàn)場(chǎng)卸車堆放。雙機(jī)抬吊構(gòu)件需先在地面組焊，然后利用運(yùn)梁車運(yùn)輸至吊裝位置。

跨路口或施工區(qū)域外構(gòu)件的拼裝、焊接和最終噴涂需晚間進(jìn)行，做好焊接部位下方的遮掩措施，安排專人監(jiān)護(hù)，臨時(shí)封閉相關(guān)車道。墩橫梁吊裝采用1臺(tái)350 t履帶吊單機(jī)吊裝（圖9）。

圖9 墩橫梁吊裝

河道上方的跨內(nèi)分段鋼梁吊裝，選用1臺(tái)350 t履帶吊和1臺(tái)320 t履帶吊跨外雙機(jī)抬吊吊裝（圖10）。履帶吊雙機(jī)抬吊作業(yè)時(shí)，2臺(tái)吊機(jī)均在現(xiàn)有兩港大道路面上作業(yè)，混凝土路面均平整，承載力均能滿足設(shè)計(jì)要求。

圖10 跨河段縱梁抬吊

其他鋼梁分段采用350 t或320 t履帶吊進(jìn)行單機(jī)吊裝。鑲嵌段吊裝采用1臺(tái)50 t汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝。

4.3 橋面混凝土施工

澆筑橋面板混凝土?xí)r，采用壓型鋼板作為鋼梁腹板中間部分模板。壓型鋼板厚1.5 mm，上覆0.5 mm鋼板作為澆筑橋面板混凝土支承。

澆筑順序：綁扎橋面板鋼筋，澆筑兩邊跨和中跨正彎矩區(qū)橋面板混凝土→待正彎矩區(qū)混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%，拆除正彎矩區(qū)臨時(shí)支撐→澆筑墩頂負(fù)彎矩區(qū)混凝土→養(yǎng)護(hù)→張拉中橫梁處預(yù)應(yīng)力鋼束并錨固，真空輔助壓漿→連接后澆帶處縱向鋼筋，綁扎橫向鋼筋→澆筑后澆帶鋼纖維補(bǔ)償收縮混凝土→養(yǎng)護(hù)。

先安裝壓型鋼板，綁扎橋面板鋼筋，澆筑兩邊跨和中跨正彎矩區(qū)橋面板混凝土。接著拆除正彎矩區(qū)臨時(shí)支撐，澆筑墩頂負(fù)彎矩區(qū)混凝土，養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%，張拉中橫梁處預(yù)應(yīng)力鋼束并錨固，真空輔助壓漿。連接后澆帶處縱向鋼筋，綁扎橫向鋼筋，澆筑后澆帶鋼纖維補(bǔ)償收縮混凝土，養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%，且齡期不少于7 d（圖11）。

圖11 橋面混凝土澆筑分區(qū)示意

5 質(zhì)量管控措施

1）鋼-混凝土組合梁體量大，對(duì)吊裝精度要求高，測(cè)量放樣過程需進(jìn)行嚴(yán)格把控。建立專業(yè)放樣與復(fù)核制度，由測(cè)量員組織對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量放樣，項(xiàng)目工程師進(jìn)行復(fù)核。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)放樣復(fù)核情況，布置相應(yīng)的水準(zhǔn)點(diǎn)、控制點(diǎn)、基準(zhǔn)線，精準(zhǔn)建立控制點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)的控制體系。

2）保持構(gòu)件存放場(chǎng)地的平整堅(jiān)實(shí)、干燥通風(fēng)，按各構(gòu)件的種類、型號(hào)、安裝順序等分區(qū)存放。在鋼構(gòu)件底層設(shè)置墊枕，保證底層有足夠的支承面，防止支點(diǎn)下沉。疊放相同型號(hào)的鋼構(gòu)件時(shí)，各層鋼支點(diǎn)應(yīng)在同一垂直線上，以防構(gòu)件被壓壞或變形，影響施工質(zhì)量。

3）安裝前，對(duì)進(jìn)場(chǎng)構(gòu)件逐一查驗(yàn)，檢查構(gòu)件的產(chǎn)品合格證，并核對(duì)是否與設(shè)計(jì)文件一致。安裝前，由項(xiàng)目施工員和質(zhì)量檢查員一同對(duì)半成品和成品進(jìn)行檢查，加強(qiáng)對(duì)成品與半成品的質(zhì)量監(jiān)督工作，確保安裝前構(gòu)件質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

通過工程實(shí)例，簡(jiǎn)述了大跨度鋼-混凝土組合梁在復(fù)雜環(huán)境下城鎮(zhèn)快速化改造中的運(yùn)用。對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整連續(xù)跨河跨路口吊裝的施工工藝，從而充分體現(xiàn)了鋼-混凝土組合梁自重輕、施工便利、節(jié)約成本、綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。總結(jié)的施工經(jīng)驗(yàn)可為之后鋼-混凝土組合梁在城鎮(zhèn)化改造中的推廣與應(yīng)用提供一定的借鑒。

[1] 肖毅.型鋼—混凝土組合梁的施工質(zhì)量控制[J].山西建筑,2020,46(13):146;158.