跨城市快速路鋼箱梁整體式吊裝施工方法研究

李松林

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，武漢 430014）

1 工程概況

武漢全力二路A5 聯匝道橋為上跨東風大道高架的等高截面鋼箱連續梁，中跨底部凈空4.5 m，跨度布置為60 m，主梁斷面為單箱單式，中心處梁高2.6 m，橋面寬10.5 m，立面位于縱坡、平面位于平曲線上，如圖1 所示。中跨鋼結構總質量約290 t，材質為Q345q-D。

圖1 箱梁平立面布置圖

2 施工方案比選

頂推法、吊裝法施工主要優缺點[1]見表1。吊裝法施工示意圖如圖2 所示。

表1 方案對比分析

圖2 吊裝法施工示意圖

3 吊裝準備

3.1 起重設備選型

中跨箱梁在現場二次拼裝后采用整體吊裝，吊裝半徑24 m，梁體分段重量約1 590 kN（159 t）。吊裝設備采用三一SCC4000A-2 型履帶吊單機作業[2]，履帶踏面寬1.5 m，接地長度9.4 m。在HDB 超起主臂工況主要技術參數：主臂長度54 m，工作幅度24 m，超起重配重2 200 kN（220 t），后配重1 500 kN（150 t），中央配重400 kN（40 t）。

3.2 箱梁拼裝場地基礎處理

原施工區域主要為市政道路基礎[3]，局部C30 混凝土硬化處理，履帶行走范圍鋪設30 mm 厚鋼板，材質Q235，長邊垂直于履帶吊放置。拼裝場地分兩側布置，單側安裝完成后更換至另一側，北側場地協調占用市政道路，如圖3 所示。

圖3 箱梁拼裝場地示意圖

4 鋼箱梁吊裝

4.1 箱梁安裝順序

鋼箱梁由13#墩向14#墩架設[4]，在跨中設置臨時墩。每節箱梁分塊加工按順序運至拼裝場地，依次定位中心線、邊線，試拼滿足精度要求后進行焊接。

4.2 臨時支架設計及安裝

原東風高架橋梁為變截面混凝土現澆箱梁，橫向五箱室布置。梁底設置臨時鋼管支架，鋼管規格φ478 mm×10 mm，順橋向3 根、橫橋向2 根立柱，鋼管底部獨立擴大基礎面積1.8 m×3.5 m，混凝土厚度0.6 m，支架接觸高架橋位置應設置12 個厚度3 cm 的橡膠墊。支架主要技術參數：主分配梁2I40，平聯及斜撐槽鋼C16a，紗筒調節管φ273 mm×8 mm。橋面支架底面為11 m×1 m 矩形基礎，須占用2 股車道，車輛導行按相關規范布置。支架如圖4 所示。

圖4 支架結構設計圖（單位：mm）

計算箱梁吊裝施工過程中的支架滿布加載時強度，驗算其剛度，穩定性及支反力。由MIDAS Civil 建模計算（見圖5）。

圖5 計算模型

約束：立柱下支點處位移全約束。

載荷：（1）自重。（2）最大鋼梁節段重1 590 kN，使用12 個調節管作為支點，豎向施工荷載Fv=鋼箱梁吊裝轉換的節點荷載14.6 kN，水平施工荷載Fh=14.6×0.05=0.73 kN。（3）風荷載，根據JTG/T 3360-01—2018《公路橋梁抗風設計規范》鋼梁風載長度=26 m，鋼梁風荷載轉換的節點荷載Fh1=2.3×26/12（節點數）=5 kN，支架風荷載轉換的單元荷載Fh2=300 N/m。

風荷載分項系數取1.1，組合值系數取0.75。荷載組合=1.2×自重+1.4×施工荷載+0.825×風荷載，最大應力65 MPa≤0.8σ（σ 為鋼材強度，取215 MPa），最大應力在柱中處，如圖6所示。

圖6 荷載計算

位移結果：荷載組合=1×自重+1×施工荷載+1×風荷載，支架最大豎向位移1 mm，根據JTG D64—2015《公路鋼結構橋梁設計規范》，長度L=3 000 mm，1 mm≤L/500=6 mm；根據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》，H=5 m，最大水平位移4 mm＜H/150=33 mm，滿足要求（見圖7）。反力計算：荷載組合=1×自重+1×施工荷載+1×風荷載，最大反力427 kN，有一根鋼管柱有上拔力30 kN（3 t），如圖8 所示。

圖7 豎向位移計算

圖8 反力計算

4.3 起吊點設置

每個大節段拼接整體后焊接吊耳，吊耳固定在梁體腹板上，四點式對稱布置，單個吊耳按設計起重量500 kN（50 t）計算，制造廠根據計算確定構件中心，在場內進行試吊。吊耳材料為Q345qd，厚度δ1=30 mm，寬B=240 mm，高H=250 mm，安全系數30/12.5=2.4。

4.4 大節段箱梁吊裝

在拼裝場地將節段編號A5-D5D6、A5-D7D8 組拼為大節段[5]，最大節段全尺寸為長26 m，寬10.03 m，高2.6 m，節段重量1 590 kN，用SCC4000-2 履帶吊超起主臂工況下，回轉半徑24 m，起吊高度54 m，起吊重量2 190 kN＞1 590 kN，可滿足安全要求。在北側安裝D5D6，南側拼裝場地吊裝D7D8。實際吊裝加載至卸載完成，工期4 d。

4.5 監測點布置

為保證原有橋梁的安全，在東風大道橫向設置監測點，原有高架橋的水平位移、豎向位移監測數據較有代表性，位移點布置和觀測曲線如圖9、圖10 所示。

圖9 原橋梁北側點沉降及監測曲線

圖10 原橋梁南側點沉降及監測曲線

施工過程中從上部箱梁加載至卸載，東風大道高架橋沉降最大變量為（南側點）5.2 mm，施工完畢后東風大道高架橋最大殘余沉降為（南側點）0.1 mm；施工過程中東風大道高架橋水平位移最大變量為（北側點，向北）3.8 mm，施工完畢后東風大道高架橋最大殘余水平位移為（北側點，向南）1.0 mm。整個施工過程中，原橋梁變形在安全范圍。

5 結語

以臨時支架加固原有橋梁，作為新建橋梁的臨時支點，實現上跨橋梁的整體性安裝，既能保證原有橋梁的安全，又能減少對社會交通的影響，在工期和經濟性上有較大的優勢，且切實可行。