大跨度多箱單室鋼箱梁復(fù)雜交通環(huán)境下斜交正做施工技術(shù)探析

岳粹歌 （合肥市重點(diǎn)工程建設(shè)管理局，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

暢通二環(huán)（西南環(huán)）金寨路、合作化路節(jié)點(diǎn)工程主線橋標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30m，標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?5.55m。上部結(jié)構(gòu)采用等截面連續(xù)鋼箱梁，梁高1.6m。為適應(yīng)鋼箱梁運(yùn)輸及吊裝要求，橋梁橫斷面采用多箱單室結(jié)構(gòu)。邊梁懸臂寬1.5m，單個(gè)箱室底板寬2.5m，箱室間橫向間距為2.5m左右，變寬段可通過調(diào)整箱室橫向間距實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)線形。相鄰箱室間設(shè)置橫隔梁，橫隔梁通過高強(qiáng)螺栓連接。箱梁頂板厚16mm，底板厚標(biāo)準(zhǔn)段采用14mm，加厚段采用30mm，腹板厚14mm，頂板設(shè)置U 型加勁肋，加勁肋中心間距600mm，底板設(shè)置板肋，加勁肋中心間距400mm。上部結(jié)構(gòu)典型橫斷面如圖1所示。

圖1 上部結(jié)構(gòu)典型橫斷面圖

主線橋跨路節(jié)點(diǎn)處均采用變截面連續(xù)鋼箱梁，見表1所示。

主線橋跨線段橋型布置表 表1

其中金寨路鋼箱梁架設(shè)采用斜交正做的手段進(jìn)行鋼箱梁吊裝，臨時(shí)支撐系統(tǒng)在平面上布置在金寨路兩側(cè)，沿著金寨路高架方向進(jìn)行布設(shè)，每側(cè)支撐體系在線型上平行于金寨路高架，斜交于南二環(huán)主線高架，但在鋼箱梁架設(shè)效果上達(dá)到了正做的目的，圖2 為臨時(shí)支撐斜交正做布設(shè)的俯瞰圖，圖3 為臨時(shí)支撐布置現(xiàn)場示意圖。

圖2 臨時(shí)支墩平面相對(duì)位置圖

圖3 現(xiàn)場布置圖

2 臨時(shí)支墩設(shè)置

本項(xiàng)目臨時(shí)支撐系統(tǒng)按組設(shè)置，每組下設(shè)一個(gè)基礎(chǔ)，上附有4 根φ 420mm×8mm 的鋼管樁通過10#槽鋼或10#工字鋼的剪刀撐和圍檁焊接組合而成。每組臨時(shí)支墩的長寬尺寸（中到中）為：2.65m×1.65m。鋼管樁上下端頭焊接封板，封板采用14mm 厚度的鋼板，封板尺寸為600×600mm,具體尺寸可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要適當(dāng)調(diào)整。封板與鋼管樁間設(shè)置4 個(gè)加勁肋，加勁肋尺寸為200×100×12mm。

鋼管樁組頂部設(shè)置雙拼工字鋼作為分配梁，雙拼工字鋼焊接成一體，中間設(shè)置加勁肋補(bǔ)強(qiáng)，工字鋼直接承受鋼箱梁架設(shè)分段重量。

鋼管樁組底部設(shè)置C30混凝土基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)，且條形基礎(chǔ)中心連接線平行于金寨路高架，基礎(chǔ)厚度為0.6m。混凝土基礎(chǔ)澆筑時(shí)預(yù)埋650×650×14mm 的預(yù)埋鋼板,鋼板下方焊有錨固鋼筋錨入條形基礎(chǔ)。支撐系統(tǒng)材料在廠家下料后運(yùn)輸至現(xiàn)場焊接組裝成需要的高度。成組后用吊車吊裝安裝到基礎(chǔ)上，鋼管樁與基礎(chǔ)預(yù)埋件、鋼管樁之間的連接采用剛性連接（焊接）。

3 施工工藝流程

圖4 臨時(shí)支墩側(cè)立面圖

上跨金寨路高架A節(jié)段各節(jié)段鋼箱梁參數(shù)值 表2

荷載工況 表3

施工工藝流程為測量放樣-臨時(shí)支墩基礎(chǔ)澆筑-支撐系統(tǒng)搭設(shè)-上跨金寨路高架中護(hù)欄破除-A1 節(jié)段梁現(xiàn)場焊接為整體-臨時(shí)封閉金寨路高架-炮車、梁車就位-A1 節(jié)段鋼箱梁吊裝-（A2-A5）節(jié)段循環(huán)施工-吊裝完成恢復(fù)交通。

鋼箱梁吊裝施工臨時(shí)封閉范圍為金寨路高架兩側(cè)橋下輔道及人行道以及橋上交通及橋下快車道。

本次吊裝采用斜交正做的方法進(jìn)行架設(shè)，根據(jù)節(jié)段劃分，在沿著金寨路高架兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)支撐體系，并在既有高架金寨路架設(shè)區(qū)域破除一定長度中護(hù)欄用于梁車的停靠，臨時(shí)支墩搭設(shè)及梁片吊裝時(shí)，需臨時(shí)封閉金寨路高架橋橋上交通。

采用2臺(tái)350t級(jí)別汽車吊分別分布在既有高架兩側(cè)進(jìn)行組合搭配吊裝，汽車吊將其吊裝到臨時(shí)支墩上，通過鋼墊塊配合吊車及千斤頂調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高。現(xiàn)場焊接成型后拆除支撐體系。

4 鋼箱梁吊裝施工

上跨金寨路高架各節(jié)段均采用2 臺(tái)350t 吊車雙機(jī)抬吊。以重量最重、吊裝高度最高的上跨金寨路高架的A 段為例計(jì)算。 A 節(jié)段分為A1、A2、A3、A4、A5共5 個(gè)節(jié)段，長度約36m，重量約96.4t。梁片吊裝離地高度按25.7m；A 節(jié)段吊裝前在現(xiàn)場將兩片梁焊接為一整片后，運(yùn)送到金寨路高架已破除的中央護(hù)欄位置，2 臺(tái)吊車分別站位于高架兩側(cè)地面道路上。夜間臨時(shí)封閉金寨路高架，運(yùn)梁車在金寨路高架上進(jìn)行喂梁，從而完成上跨金寨路高架的首片鋼箱梁吊裝，以此類推，直至完成上跨金寨路的所有鋼箱梁吊裝。在整個(gè)吊裝過程中會(huì)借助BIM 模擬軟件來提前模擬吊車的站位、吊臂旋轉(zhuǎn)順序、角度等參數(shù)。

圖5 吊車站位、轉(zhuǎn)動(dòng)BIM模擬示意圖

圖6 吊車站位、轉(zhuǎn)動(dòng)BIM模擬示意圖

圖7 臨時(shí)支撐系統(tǒng)和南二環(huán)高架斜交正做示意圖

5 承載力驗(yàn)算

本次吊裝工藝采用梁車將梁運(yùn)至既有金寨路高架上，并停放在已破除好的中央護(hù)欄位置給高架兩側(cè)的350t 吊車進(jìn)行喂梁，進(jìn)而完成鋼箱梁的架設(shè)。在上跨金寨路高架上共有5 片主梁，分為節(jié)段A1-A5，每片的重量約為96.4t。因此，對(duì)金寨路老橋的承載力復(fù)驗(yàn)工作極為重要，本項(xiàng)目采用midas civil 2020(V895)來完成計(jì)算。

圖8 梁車荷載圖

5.1 縱向整體計(jì)算

根據(jù)原設(shè)計(jì)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004），荷載為公路Ⅰ級(jí)，具體車道荷載：均布荷載qk=10.5kN/m，橋梁主跨68m＞50m，其集中力PK 取360kN，計(jì)算剪力效應(yīng)時(shí)PK乘以1.2系數(shù)。

施工荷載為434kN，無論是計(jì)算彎矩，還是剪力，施工荷載均小于設(shè)計(jì)荷載，縱向整體計(jì)算略。

5.1.1 橋面板計(jì)算

①計(jì)算模型

圖9 模型視圖

②荷載工況及荷載組合

a.自重系數(shù)：-1.04。

b.荷載組合列表：

cLCB1: 基 本；1.000(D) +1.000(D1)+1.000(D2)+1.000(D3)；

cLCB2: 基 本；1.000(D) +1.000(D1) +1.000(D2) +1.000(D3) +1.000(MCRL)；

cLCB3: 基 本；1.000(D) +1.000(D1)+1.000(D2)+1.000(D3)；

cLCB4: 基 本；1.000(D) +1.000(D1) +1.000(D2) +1.000(D3) +1.000(MCRL)。

③分布系數(shù)計(jì)算

見表4、表5。

跨中分布系數(shù) 表4

腹板處分布系數(shù) 表5

④持久狀況承載能力極限狀態(tài)

a.正截面抗彎驗(yàn)算

結(jié)論：按照《橋規(guī)》第5.1.5-1 條驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)×作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)最大值≤構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值，滿足規(guī)范要求。

b.斜截面抗剪驗(yàn)算

圖10 使用階段正截面抗彎驗(yàn)算包絡(luò)圖

圖11 使用階段斜截面抗剪驗(yàn)算包絡(luò)圖

結(jié)論：按照《橋規(guī)》第5.1.5-1 條驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)*作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)最大值≤構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值，滿足規(guī)范要求。

按照《橋規(guī)》第5.2.9 條進(jìn)行抗剪截面驗(yàn)算，滿足規(guī)范要求。

⑤持久狀況應(yīng)力驗(yàn)算

a.正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算

按《橋規(guī)》第7.1.5-1 條公式，荷載取其標(biāo)準(zhǔn)值，汽車荷載考慮沖擊系數(shù)。

受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力：

未開裂構(gòu)件：σkc+σpc≤0.5fck；

允許開裂構(gòu)件：σcc≤0.5fck。

結(jié)論：按照《橋規(guī)》第7.1.5-1 條公式驗(yàn)算：

頂 緣=10.262MPa≤=16.200MPa，滿足規(guī)范要求；

底 緣=9.550 MPa≤=16.200MPa，滿足規(guī)范要求。

圖12 使用階段正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算(頂)包絡(luò)圖

圖13 使用階段正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算(底)包絡(luò)圖

⑥受拉區(qū)鋼筋拉應(yīng)力驗(yàn)算

按《橋規(guī)》第7.1.5-2 條公式、第7.1.5-3 條公式，荷載取其標(biāo)準(zhǔn)值，汽車荷載考慮沖擊系數(shù)。

受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋的最大拉應(yīng)力：a.對(duì)鋼絞線、鋼絲

未開裂構(gòu)件：σpe+σp≤0.65fpk；

允許開裂構(gòu)件：σpo+σp≤0.65fpk。b.對(duì)精軋螺紋鋼筋

未開裂構(gòu)件：σpe+σp≤0.80fpk；

允許開裂構(gòu)件:σpo+σp≤0.80fpk。

結(jié)論：按照《橋規(guī)》第7.1.5 -2 條公式 驗(yàn) 算：=25.648 MPa≤=1209.000 MPa，滿足規(guī)范要求。

⑦斜截面主壓應(yīng)力驗(yàn)算

按《橋規(guī)》第7.1.6 條公式，混凝土的主壓應(yīng)力應(yīng)符合下式規(guī)定：σcp≤0.6fck。

圖14 使用階段斜截面主壓應(yīng)力包絡(luò)圖

結(jié)論：按照《橋規(guī)》第7.1.6-1 條公式驗(yàn)算：=10.262 MPa≤=19.440 MPa，滿足規(guī)范要求。

經(jīng)驗(yàn)算，整體計(jì)算和橋面板計(jì)算各項(xiàng)內(nèi)容均滿足工藝規(guī)范要求。

6 技術(shù)安全保障措施

①鋼箱梁后場加工過程中，采用BIM 技術(shù)輔助加工，必須按照設(shè)計(jì)的坡度、縱坡度、預(yù)拱度、焊接變形因素、氣溫變形因素等來確定節(jié)段的劃分尺寸。

②為保證鋼箱梁在臨時(shí)支墩上準(zhǔn)確就位，防止鋼箱梁在支墩上拖移，應(yīng)注意鋼箱梁的落梁。落梁前，根據(jù)測量放樣結(jié)果在臨時(shí)支墩上標(biāo)記落梁參照線。落梁時(shí)待吊車、梁片狀態(tài)穩(wěn)定后，用人工牽引繩保持，吊裝指揮人員指揮雙機(jī)同時(shí)緩慢落梁。一次就位不準(zhǔn)確時(shí)，雙機(jī)均衡同步起吊，抬起后重新落梁。防止落梁過快對(duì)支架造成沖擊和拖移引起支架失穩(wěn)。

③臨時(shí)支墩位置地基承載力需滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)測地基承載力為180kPa。吊裝場地內(nèi)無地下水外露，為保證地基穩(wěn)定，在場地周圍設(shè)置臨時(shí)排水溝，保證地基不被水泡；預(yù)埋件、支撐鋼拱、剪刀撐、橫聯(lián)、支點(diǎn)等構(gòu)件焊接牢固。

④對(duì)每一次預(yù)拼裝的鋼箱梁采取立體階梯推進(jìn)方式，即按照鋼箱梁組裝順序，從胎架一端向另一端進(jìn)行施工，使同一工序在相鄰段上形成階梯，這樣有利于各階段的匹配，避免上下層同時(shí)作業(yè)，提高生產(chǎn)安全性，確保整體質(zhì)量。

⑤注意鋼箱梁吊裝過程中的人員安全，當(dāng)鋼箱梁吊裝過程中，對(duì)橋面交通進(jìn)行臨時(shí)控制，保證架梁過程中的安全。

7 結(jié)語

①本技術(shù)在跨金寨路節(jié)點(diǎn)通過將梁車駛至破除的中護(hù)欄位置，采用雙炮車進(jìn)行組合吊裝，與原計(jì)劃安裝導(dǎo)梁進(jìn)行對(duì)比，不僅降低鋼材使用，也減少了人力物力的投入。

②本技術(shù)在交通量大的金寨路和南二環(huán)交叉口位置采用斜交正做的方法布置臨時(shí)支墩，很大程度上降低了鋼箱梁架設(shè)對(duì)路口交通帶來的影響。

③本技術(shù)在跨橋范圍內(nèi)采用兩階段運(yùn)輸，一階段架設(shè)的方法，不僅可以滿足梁車在運(yùn)輸管制上的要求，同時(shí)也節(jié)省了架設(shè)需要的時(shí)間和成本。