跨既有線鋼混組合梁鋼結構分段吊裝施工技術

趙志成

（中交一公局海威工程建設有限公司，北京 100000）

1 引言

隨著我國基礎設施的快速建設發展，山區高速公路發展迅猛，繼而出現了很多山區高速公路拼接、跨線施工。由于山區地勢高低起伏大，溝壑穿插，地形險隘，新建高速橋梁跨過既有高速，需要采取一種跨徑滿足要求、施工便捷、對既有高速影響小的橋梁類型，目前國內多采用鋼混組合梁的形式。

在既有線高速鋼混組合梁鋼結構安裝中，需要結合現場實際情況，充分考慮各種因素，如橋梁荷載、地基承載力、既有高速通行等，如何在保證安全質量的前提下，減小對既有高速的影響，快速地完成鋼結構安裝施工，是鋼混組合梁鋼結構安裝施工中面臨的主要問題。

2 工程概況

銅仁市沿河經印江（木黃）至松桃高速公路TJ-10 合同段九江樞紐F 匝道大橋為整體式橋梁，橋長627.63 m，最大橋高50 m，其中第六聯第21 跨為鋼混組合梁，跨徑42 m，上跨既有松銅高速，梁高2.2 m，橋寬10 m，梁體為Q345qC鋼材+混凝土，斷面如圖1、圖2所示。

圖1 縱斷面圖

圖2 標準斷面圖

鋼混組合梁鋼結構材料清單如表1所示。

表1 鋼混組合梁鋼結構材料清單

3 施工方案設計

F 匝道鋼混組合梁鋼結構安裝施工有3 種方案可供選擇：①采用頂推施工安裝鋼結構；②采用架橋機，一次性架設鋼結構；③采用汽車吊吊裝鋼結構。

F 匝道第24 跨位于松銅高速正上方，兩端頭均位于陡壁處，不滿足搭設臨時支架條件，因此無法進行頂推施工。由于該鋼混組合梁位于匝道橋，且鋼結構重量較大，體型較大，無法滿足架橋機拼設及吊裝條件。該處橋高46 m，吊車無法站在橋下吊裝，根據實際情況，借用既有松銅高速，采用汽車吊分段吊裝鋼結構。

3.1 總體思路

將F 匝道鋼混組合梁鋼結構主梁分為6 個節段（見表2），鋼結構采用工廠分段制造，在既有高速左右幅中間搭設1處臨時支架，鋼結構分段運至既有松銅高速對應橋位處，臨時封閉既有高速，用150 t 汽車吊站在既有松銅高速上起吊至臨時支架上。

表2 分段明細表

3.2 施工驗算

本文僅列舉松銅高速甲子山大橋4#～5#跨T 梁受力計算，同時還應采用常規驗算方法對臨時支架結構穩定性進行驗算，此處不再敘述。既有線松桐高速甲子山大橋第一聯上部結構為5×3 000 預應力砼（后張）先簡支后連續T 梁，新建F 匝道鋼混組合梁鋼結構吊裝汽車吊布置占用甲子山大橋4#～5#跨。

3.2.1 主要計算荷載

結構自重+預應力+二期+150 t 汽車吊自重、配重及吊重等。中聯牌ZLJ5663JQZ150H 汽車起重機主要技術參數：自重64500kg；最大額定總起重量150000kg；支腿縱向距離7.04m；支腿橫向距離8.5 m（全伸）、6.5 m（半伸）。

3.2.2 起吊荷載布置

吊裝各制作段鋼梁荷載情況分析如下：吊裝A-1 制作段：1 臺150 t 汽車吊，鋼結構重約40 t，回轉半徑9 m，主臂長25.6 m，額定吊裝55 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結構重40 t+吊具。吊裝A-2 制作段：1 臺150 t 汽車吊，鋼結構重約26 t，回轉半徑8 m，主臂長25.6 m，額定吊裝60 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結構重26 t+吊具。吊裝A-3 制作段：1 臺150 t 汽車吊，鋼結構重約32 t，回轉半徑8 m，主臂長25.6 m，額定吊裝60 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結構重32 t+吊具。吊裝B-1 制作段：1 臺150 t 汽車吊，鋼結構重約32 t，回轉半徑8 m，主臂長25.6 m，額定吊裝60 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結構重32 t+吊具。吊裝B-2 制作段：1 臺150 t汽車吊，鋼結構重約22 t，回轉半徑10 m，主臂長25.6 m，額定吊裝50 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結構重22 t+吊具。吊裝B-3 制作段：1 臺150 t 汽車吊，鋼結構重約38 t，回轉半徑9 m，主臂長25.6 m，額定吊裝55 t。荷載為自重64.5 t+配重45 t+鋼結構重38 t+吊具。根據分析可知，吊裝A-1 段鋼梁為荷載最大情況，吊具按3 t 計算，荷載總重量為144.5 t。

由于汽車吊性能參數中未明確底盤和懸掛系統的各項參數，因此出于安全考慮，汽車吊自重及吊重全部作用于單側支腿，且鋼梁安裝側支腿荷載由兩片T 梁承擔。

3.2.3 結構計算

通過有限元軟件Midas/Civil 建立三維模型進行T 梁計算，橋面鋪裝作為荷載施加到梁單元，預應力鋼束采用兩端同時張拉，錨下控制應力為0.75 fpk=1 395 MPa，結構計算模型如圖3所示。

圖3 甲子山大橋4#～5#跨結構計算模型

①以荷載作用于距支座10 m 位置處計算。由計算結果得出，T 梁上部最大壓應力為8.8 MPa＜22.4 MPa，上部未出現拉應力，T 梁底部最大壓應力為11.9 MPa＜22.4 MPa，底部未出現拉應力，混凝土強度滿足要求；T 梁最大剪力747.6 kN。

②剪力驗算。T 梁截面受彎構件，當配置箍筋時，其斜截面抗剪承載力計算按下式計算：γ0νd≤νcs+νsb+νpd+νpb，ex

式中：νd為剪力設計值（kN），按斜截面減壓區對應正截面處取值。νcs為斜截面內混凝土和箍筋共同的抗剪承載力設計值（kN）。νsb為與斜截面相交的普通彎起鋼筋抗剪承載力設計值（kN）。νpb為與斜截面相交的體內預應力彎起鋼筋抗剪承載力設計值（kN）。νpb，ex為與斜截面相交的體外預應力彎起鋼筋抗剪承載力設計值（kN）。α1為異號彎矩影響系數，計算簡支梁和連續梁近邊支點梁段的抗剪承載力時，α1=1.0；計算連續梁和懸臂梁近中間支點梁段的抗剪承載力時，α1=0.9。α2為預應力提高系數，對鋼筋混凝土受彎構件，α2=1.0；對預應力混凝土受彎構件，α2=1.25；當由鋼筋合力引起的截面彎矩與外彎矩的方向相同時，或允許出現裂縫的預應力混凝土受彎構件，取α2=1.0。α3為受壓翼緣的影響系數，對矩形截面，取α3=1.0；對T 形和I 形截面，取α3=1.1。b 為斜截面剪壓區對應正截面處矩形截面寬度（mm），或T 形和I 形截面腹板寬度（mm）。h0為截面的有效高度（mm），取斜裁面剪壓區對應正藏面處、自縱向受拉鋼筋合力點至受壓邊緣的距離。P 為斜截面內縱向受拉鋼筋的配筋百分率，P=100 ρ，ρ=（Ap+As）/bh0，當ρ＞2.5 時，取P=2.5。fcu，k是邊長為150 mm 的混凝土立方體抗壓強度標準值（MPa）。ρsν、ρpν為斜截面內箍筋、豎向預應力鋼筋配筋率，ρsν=Asν/（s=sνb），ρpν=Apν/（s=spb）。fsν、fpν為箍筋、豎向預應力鋼筋的抗拉強度設計值（MPa）。Asν、Apν為斜截面內配置在同一截面的箍筋豎向預應力鋼筋的總截面面積。Sν、Sp為斜截面內箍筋、豎向預應力鋼筋的間距（mm）。σpe，ex為使用階段體外預應力鋼筋扣除預應力損失后的有效應力（MPa）。Asb、Apb、Aex為斜截面內在同一彎起平面的普通彎起鋼筋、體內預應力彎起鋼筋和體外預應力彎起鋼筋的截面面積（mm2）。θs、θp、θex為普通彎起鋼筋、體內預應力彎起鋼筋和體外預應力彎起鋼筋的切線與水平線的夾角，按斜截面剪壓區對應正截面處取值。

根據《公預規》5.1.2 規定γ0取1.1，最大剪力747.6 kN，則1.1×747.6 kN≤1 240 kN，即T 梁的剪應力滿足要求。

③支反力計算如圖4所示。

圖4 支反力計算

支反力為1 031.9 kN，滿足《貴州省松桃至從江高速公路松桃至銅仁段裝配式預應力砼簡支T 梁上部構造橋梁設計通用圖》設計要點一片梁梁端最大支點反力。

4 施工工藝

4.1 工藝流程

工藝流程如圖5所示。

圖5 工藝流程圖

4.2 測量放樣

對鋼混組合梁使用全站儀進行放樣，測出臨時支架、支座墊石中心點和沉降觀測點的位置，并做好標記。使用水準儀進行標高復核，確保各控制點高程準確無誤。每節段臨時固定前均采用全站儀進行坐標復核，同時，對已安裝的各節段重新復核，確保鋼混組合梁安裝位置準確無誤。

4.3 場地回填平整、夯實

對臨時支架基礎進行整平、夯實，寬度4.5 m，長度10 m。夯實后對地基承載力進行檢測，若承載力小于300 kPa，則需對地基進行換填處理。

4.4 臨時支架基礎施工、支架搭設

對支架基礎采用C30 混凝土進行硬化，尺寸為10 m×1.5 m×1 m?；A內設兩層鋼筋，同排間距20 cm，同時，預埋地腳螺栓用于搭設臨時支架，支架為9 m×3 m×41.5 m，材質為Q235B，采用標準節搭設，標準節尺寸為3 m×2 m×3 m，各節段采用法蘭盤連接，每個法蘭盤設置8 個高強螺栓。

4.5 鋼結構檢測

鋼結構進場需附帶產品合格證、鋼材和其他材料的質量證明書和檢驗報告、施工圖、拼裝簡圖、焊縫無損檢驗報告和焊縫重大修補記錄、產品的試驗報告，并按照現行標準規定抽樣復檢。

4.6 吊裝前準備工作

①臨時支架搭設完成，并通過驗收；150 t 汽車吊、鋼絲繩和吊裝設備安全自檢完成；吊裝方案、安全措施及注意事項交底完成；吊車及鋼結構運輸車輛開至指定位置（服務區）。②聯合松銅高速交警、路政等單位對松銅高速進行交通管制，提前發布施工信息，提醒車輛繞行，在松桃北及梅江收費站將車輛導流出松銅高速。鋼結構吊裝前安排巡查人員對松銅高速封閉施工路段逗留車輛進行驅離，并及時將巡查結果通知鋼結構吊裝人員。③施工區域封閉后，對既有高速墩頂支座位置進行放樣，確定吊車支腿位置，采用2 m×2 m×0.04 m的鋼板作為吊車支腿墊板，確保受力均勻。

4.7 吊裝

采用1 臺150 t 汽車吊進行鋼結構節段吊裝，每節段吊裝前均進行試吊。右線鋼結構吊裝及運輸順序為A-1、A-2、A-3，左線鋼結構吊裝及運輸順序為B-1、B-2、B-3。臨時固定的鋼結構，復核其軸線和標高位置，符合要求后按設計要求固定。鋼結構安裝至臨時支架后，吊車緩慢進行卸力，由測量組對支架沉降情況及水平變形情況進行監測。

4.8 縱、橫向接口焊接

采用CO2氣體保護進行焊接，先縱向接口焊接后橫向接口焊接，焊接完畢之后，所有焊縫均進行外觀檢查。外觀檢查合格后，進行無損檢測，檢測合格后及時進行防腐處理，防腐材料應有良好的附著性、耐久性。上翼緣板頂面和剪力連接器均不得涂裝，在安裝前應進行除銹、防腐處理。

5 結語

九江樞紐互通F 匝道大橋鋼混組合梁，上跨松銅高速，為本項目重難點工程，項目高度重視，多次請教各級領導和專家，集思廣益，根據實際情況，多次踏勘運輸路線，選取最佳吊裝方案、分節長度及運輸方式，從設計圖到實體制作完成，項目多次與專業廠家、設計單位溝通，全過程跟蹤鋼結構制作。同時，多次與松銅高速相關管理單位進行協商，確定鋼結構吊裝時松銅高速交通管制方案，確保松銅高速通行車輛安全。方案順利的實施，為后續F 匝道橋梁T 梁架設奠定了基礎，有效地節約了施工工期，取得了較好的經濟效益，得到了上級單位的認可，為今后同類工程施工積累了寶貴經驗、數據。