鋼箱梁桁架組合橋安裝施工關(guān)鍵技術(shù)研究

沈 偉

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市200433）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)橋梁作為常見的橋梁型式，一般具有美觀輕型、型式多樣、跨越能力大、抗震性能好、施工快捷等優(yōu)點，尤其能夠顯著地解決混凝土抗裂性能差的問題[1]。通常有鋼板梁橋、鋼桁架梁橋、鋼箱梁橋及鋼混疊合梁橋等多種形式。其中，鋼桁架梁橋不僅能夠滿足當今快速、重載交通的需求，且架設(shè)速度快，對交通影響小，其優(yōu)美的外觀也給城市增添了一道風景線。箱梁橋指主梁為薄壁閉合截面形式的梁橋，其主要優(yōu)點是抗彎能力大，抗扭剛度強，穩(wěn)定性好，構(gòu)造簡單，施工便捷。然而，采用鋼箱梁桁架組合橋的形式并不多見，上海市春申港橋項目正是采用了該種型式的橋梁，主箱梁上部設(shè)兩道三角形箱型桁架，設(shè)計成“魚眼”狀，即滿足了黃浦江沿線橋梁景觀的要求，又能利用鋼箱梁構(gòu)造優(yōu)點，是一個典型的組合結(jié)構(gòu)鋼橋梁型式。

1 工程背景及概況

本文依托工程為龍騰大道（龍水南路～羅秀東路）道路工程-春申港橋，該項目位于徐匯區(qū)內(nèi)，全長約190 m。橋址位于春申港匯入黃浦江河口處，橋位處河口形狀為喇叭口，規(guī)劃河道寬26.2～35.1 m，春申港河道級別為區(qū)管支河。現(xiàn)狀的春申港兩岸均建有鋼筋混凝土防汛墻。

橋梁跨徑布置為20 m+20 m+40 m+58 m+30 m，主橋采用跨徑40 m+58 m+30 m 的三跨連續(xù)鋼箱梁桁架組合結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)主箱梁上部設(shè)兩道三角形箱型桁架，跨中桁高9 m，橋梁總寬33.5 m，主橋總長128 m。北側(cè)接主橋為20 m+20 m 簡支板梁，南側(cè)接主橋為20 m 落地梁。橋梁斷面布置為：1.0 m（桁架）+7.0 m（有軌電車）+1.5 m（機非分隔帶）+7.5 m（車行道）+2.5 m（中央分隔帶）+7.5 m（車行道）+1.5 m（機非分隔帶）+5.0 m（非機動+人行道）。橋梁設(shè)計結(jié)構(gòu)見圖1 和圖2。

圖1 橋梁立面示意圖（單位：mm）

圖2 橋梁橫截面示意圖（單位：mm）

本文依托工程的結(jié)構(gòu)體量大、構(gòu)件多，需要合理制定運輸方案；同時，該工程現(xiàn)場場地條件復雜，南北兩岸情況各異，需要綜合考慮現(xiàn)場實際情況，制定合理的安裝方案；鋼結(jié)構(gòu)安裝過程也將涉及各種臨時設(shè)施，其安全性能也是施工控制的要點之一；此外，鋼結(jié)構(gòu)安裝的精度控制是施工控制的重點難點。因此，本文針對依托工程的特點，研究制定了分段運輸方案，并分析計算了臨時支撐和吊點型式的受力性能，因地制宜地制定了安裝方案。同時，也總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量控制措施，為今后類似工程起到參考作用。

2 運輸及安裝方案的制定

2.1 運輸方案

通過考察現(xiàn)場地形及道路運輸條件，研究決定采用低平板加液壓平板車的陸地運輸方式。為滿足構(gòu)件實際運輸條件需求，構(gòu)件尺寸需要符合以下要求：分段長度應(yīng)小于40 m、寬度需小于6.5 m、高度應(yīng)小于4.2 m。因此，根據(jù)實際情況制定了運輸分段方案，全橋共分為主分段32 件（不含挑臂），具體分段見圖3。其中，分段最大運輸外形尺寸為35 m（長）×6 m（寬）×3.2 m（高），重量約108 t。根據(jù)運輸條件和構(gòu)件尺寸要求，長度30 m 以下的鋼梁選用平板車運輸，長度30 m 以上的鋼梁選用兩支點運輸。

圖3 運輸分段軸測示意圖

2.2 臨時支撐方案

依托工程橋面標高約8.3 m，現(xiàn)狀地面標高約5.0 m, 主橋基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)施工完成并回填壓實后，分別在邊墩跨內(nèi)側(cè)和中墩兩側(cè)鋪設(shè)路基箱，路基箱上面設(shè)置支撐凳，主梁在支撐凳上拼裝焊接。其中，根據(jù)構(gòu)件重量及安裝順序分析可知，最不利支撐凳位于最大縱梁的兩端，其中最不利位置支撐凳構(gòu)造見圖4。

圖4 縱梁下的最不利支撐凳構(gòu)造圖（單位：mm）

經(jīng)計算分析可知，最大縱梁下部最不利支撐凳位置的最大豎向受力約為154.2 t，每處設(shè)置兩個支撐凳， 單個支撐凳最大豎向受力為154.2/2=77.1 t，支撐凳高度約1.8 m，計算簡圖見圖5。

圖5 最不利支撐凳計算簡圖（單位：mm）

依據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D64—2015），對最不利位置處的支撐凳進行強度、剛度驗算。采用Midas Civil 建立有限元模型，支撐凳中心作用771 kN 的壓力。結(jié)構(gòu)計算模型及計算結(jié)果分析見圖6～圖9，計算結(jié)果匯總見表1。

圖6 結(jié)構(gòu)計算模型圖

圖7 支撐凳荷載狀態(tài)下組合應(yīng)力云圖

圖8 支撐凳荷載狀態(tài)下位移量圖

圖9 支撐凳荷載狀態(tài)下彎矩圖

表1 支撐凳荷載作用下強度及剛度驗算結(jié)果

驗算結(jié)論：支撐凳強度及剛度滿足規(guī)范要求。在應(yīng)力較大處應(yīng)加大焊腳尺寸，在上橫梁中間位置處加設(shè)勁板，加強受力點的承載力，以提高支架凳的整體穩(wěn)定性。在支架凳的四個落地點確保支腳與路基箱固結(jié)。

2.3 安裝方案

2.3.1 安裝流程

依據(jù)構(gòu)件吊裝重量及現(xiàn)場實際情況，選用350 t汽車吊和350 t 浮吊進行吊裝。最大吊裝外形尺寸為56.2 m（長）×5.9 m（寬）×10.6 m（高），重量約230 t?？傮w吊裝順序采用先邊跨再中跨、先端橫梁再縱梁。南邊跨安裝采用350 t 汽車吊單機吊裝，北邊跨采用350 t 汽車吊與350 t 浮吊雙機抬吊，中跨采用350 t 浮吊吊裝。具體安裝流程見圖10。

圖10 安裝流程圖

2.3.2 場地要求

運輸通道：施工便道寬度不小于6 m，原地面壓實后上鋪50 cm 道渣并壓實，地基承載力滿足100 kPa。吊裝場地：汽車吊作業(yè)范圍內(nèi)采用12 t 壓路機將原有土基壓實，上鋪50 cm 道砟，加固至地基承載力滿足100 kPa，同時，汽車吊支腿處放置重型路基箱。鋼梁拼裝場地：原有土基壓實，上鋪50 cm 道砟并壓實，上方澆筑20 cm 素混凝土墊層。河道清淤要求：現(xiàn)狀春申港不通航，河口淤泥多，現(xiàn)狀水深不滿足浮吊作業(yè)要求，需對浮吊作業(yè)區(qū)域按照浮吊吃水深度2.5 m 以上要求進行清淤。

2.3.3 現(xiàn)場組拼

依托工程中跨2 個桁架鋼箱梁吊裝節(jié)段屬于超大構(gòu)件，無法滿足市政道路運輸要求，故需在工地采用350t 浮吊進行現(xiàn)場總體組拼，登高作業(yè)采用登高車。根據(jù)現(xiàn)場場地條件，鋼箱梁節(jié)段的現(xiàn)場組拼場地設(shè)置在南岸東側(cè)。鋼箱梁組拼平臺承重能力將直接影響全橋整體拼裝精度[3]。因此，采用以下措施確保組拼場地的承載力：

（1）對組拼場地地基進行整平并壓實，上鋪200 mm 混凝土墊層找平，并在兩側(cè)設(shè)置排水溝。

（2）組拼胎架采用鋼性路基箱上設(shè)置支撐凳，下方鋪設(shè)重型承重路基箱，路基箱規(guī)格為0.224 m×2 m×6 m，該種路基箱承載能力較高，鋪設(shè)范圍為寬15 m×長70 m 整個組拼平臺范圍。

2.3.4 吊裝工況分析

依據(jù)總體吊裝順序，先進行南岸兩個墩（4# 和5#墩）的端橫梁和縱梁吊裝，由于南岸現(xiàn)場條件寬裕，可直接采用350 t 汽車吊進行陸地吊裝，該工況下，汽車吊和運梁車均停在邊跨之間，跨中地面路基事先進行了壓實處理，且在汽車吊停放位置設(shè)置路基箱板，確保地基承載力滿足吊裝要求。

北岸的兩個墩（2# 和3# 墩）的橫梁和縱梁需要在南岸組拼完成后，由350 t 浮吊“送梁”至北岸。其中北岸靠近江邊的主墩（3#墩）的橫梁直接采用350 t 浮吊進行吊裝；遠離江邊的邊墩（2#墩）橫梁由浮吊“送梁”，再由350 t 汽車吊陸地上安裝；鑒于北岸場地條件限制，汽車吊單獨吊裝無法滿足邊跨部分縱梁的要求，故邊跨西半幅縱梁采用350 t 汽車吊配合350 t 浮吊共同進行，先由350 t浮吊將縱梁“送梁”至北岸指定位置，然后按照自西向東的順序依次進行“雙機抬吊”，見圖11；剩余東半幅縱梁在350 t 浮吊的作業(yè)半徑以內(nèi)，單獨采用浮吊進行安裝即可。

主跨桁架梁、橫梁及小縱梁均采用350 t 浮吊進行安裝，按照西側(cè)桁架梁(東側(cè)桁架梁(橫梁(縱梁(挑臂的安裝順序依次進行，其中最不利工況在兩側(cè)的桁架梁安裝，該工況下，桁架梁最大吊重約237 t（含吊具重），350 t 浮吊采用作業(yè)半徑20.2 m，扒桿長度45 m，額定吊重265 t，滿足吊裝要求。

圖11 汽車吊和浮吊雙機抬吊工況示意圖（單位：mm）

2.3.5 吊點的布設(shè)

吊點一般設(shè)置在鋼梁隔板和勁板相交處的鋼梁頂面，當設(shè)有隔板和勁板時，可自行設(shè)置假隔板和加勁肋進行加固[5]。為確保吊裝過程中構(gòu)件的穩(wěn)定，吊點位置的選定極為關(guān)鍵。針對一般構(gòu)件而言，每個分段設(shè)置4 個吊耳，4 個吊耳的對角線交點須是鋼梁自身的重心位置。由于常規(guī)構(gòu)件較易找到其重心位置，其吊點設(shè)置也較為容易，但對于偏心構(gòu)件來說，設(shè)置吊點位置就顯得極為重要。

本文依托工程的中跨桁架梁就是典型的偏心構(gòu)件，也是吊裝重量最大的構(gòu)件，故其吊點的設(shè)置務(wù)必成為吊裝控制的重點。首先，利用CAD 三維模型選取其構(gòu)件重心；其次，考慮吊裝過程中防止構(gòu)件變形的因素，將其中兩個吊點設(shè)置在其桁架下緣板上，其余六個吊點均勻設(shè)置在縱梁頂面；然后，綜合考慮其重心位置、構(gòu)件特征及索具配置，利用計算機模擬確定其吊點位置；最后，針對吊耳和吊具的選擇進行受力驗算。其吊點設(shè)置見圖12。

圖12 桁架梁吊點設(shè)置圖

表2 桁架梁吊點驗算結(jié)果匯總

吊耳采用A-60 型吊耳，安全負載60 t，桁架梁重約230 t，單機吊裝，設(shè)置四組吊耳（每組兩個），按三組吊耳受力計算，吊耳板材質(zhì)選用Q345B，角焊縫系數(shù)取0.7，其吊耳驗算結(jié)果見表2。

3 安裝質(zhì)量控制措施

（1）構(gòu)件就位過程控制措施

首先，吊車或浮吊應(yīng)停在構(gòu)件起吊工作半徑范圍內(nèi)，運梁車開到起吊范圍內(nèi)；然后，掛索并緩慢上力；先進行試吊，將鋼梁吊離運輸車30 cm 時暫停，觀查吊車或浮吊是否穩(wěn)定，然后再起吊，把鋼梁吊過墩柱，吊車或浮吊旋轉(zhuǎn)移動到安裝位置，緩慢落鉤，將鋼梁上的支座線對準柱頂上的定位線進行就位，然后逐步松鉤，待吊車或浮吊只承擔10%鋼梁重量時，觀察臨時支撐凳、墩柱、墊石及鋼箱梁有無變形，確定安全后方可卸荷；此時，安排工人安裝騎馬板，進行腹板立縫焊接，然后再脫鉤，安裝就位完成[4-5]。

（2）構(gòu)件高程和水平位置調(diào)整措施

鋼梁架設(shè)前，必須對墩柱頂標高、中線以及跨徑進行復測，誤差應(yīng)在設(shè)計和規(guī)范允許范圍內(nèi)。同時，在墩柱頂上劃出縱橫向十字線，以便于安裝支座和鋼箱梁架設(shè)。鋼梁架設(shè)完畢后現(xiàn)場采用千斤頂來調(diào)節(jié)鋼梁位置及標高，待線型和標高調(diào)整完畢后再進行焊接定位，見圖13。

（3）支座保護措施

鋼橋在安裝未形成整體前，支座暫不能受力，故在支座四周設(shè)置保護支撐，支撐面高出支座頂面5mm，以避免吊裝時梁底與支座接觸。待全橋安裝焊接完成后，采用火焰切割拆除保護支撐。同一橋墩處兩側(cè)同時對稱操作，同一支座處兩個保護支撐同時對稱操作。

圖13 鋼梁平面位置及標高調(diào)節(jié)示意圖

4 結(jié)論

（1）在制定鋼結(jié)構(gòu)橋梁安裝方案時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，因地制宜地選擇適合的施工方案。本文依托工程通過合理制定施工方案，嚴格進行施工質(zhì)量管控，最終順利完成了全橋的安裝工作，實踐證明選擇浮吊和汽車吊配合的“雙機抬吊”的安裝方案，既能解決吊裝現(xiàn)場的場地需求，又能滿足施工質(zhì)量和安裝精度要求。

（2）施工前，應(yīng)綜合考慮運輸條件和現(xiàn)場場地情況，制定合理的運輸分段方案，選擇適宜的運輸車輛和路線，確保構(gòu)件在運輸過程中不受損傷。此外，尚應(yīng)對吊裝場地進行地基加固，確保地基承載力滿足吊裝作業(yè)要求。

（3）鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中的臨時設(shè)施的安全性也是施工控制的重點之一，故應(yīng)針對施工過程中的臨時支撐和吊點等構(gòu)造設(shè)置進行分析驗算，確保其受力性能滿足規(guī)范要求，使施工過程安全可控。

（4）安裝精度控制是鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中的重點及難點，文中提出了構(gòu)件就位過程控制措施、高程和水平位置調(diào)整措施以及支座保護措施，對今后類似工程有借鑒參考價值。