高鐵站匝道橋小半徑鋼箱梁施工工藝及要點(diǎn)

趙飛

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司）

1 工程簡(jiǎn)介

鄭州南站配套工程高架進(jìn)出站道路系統(tǒng)工程范圍內(nèi)共24 條匝道，其中G、I、V 匝道跨越了鄭萬(wàn)、鄭阜高鐵和鄭機(jī)城際鐵路，建設(shè)內(nèi)容為新建高鐵站上下橋匝道、橋接坡道路、交通附屬設(shè)施工程及照明工程。本次施工的DU03 等6 聯(lián)鋼箱梁上跨高鐵南站工程建設(shè)指揮部，共計(jì)695m。DU03 鋼箱梁西側(cè)距離鄭萬(wàn)營(yíng)業(yè)線東側(cè)45.4m，臨近既有線，不具備大型起重設(shè)備停靠條件。因場(chǎng)地吊裝受限，無(wú)法對(duì)鋼箱梁全斷面分段進(jìn)行吊裝，因此項(xiàng)目對(duì)鋼箱梁采用分段、分塊的方法施工，過(guò)程中鋼箱梁吊裝、拼接及線型控制等成為項(xiàng)目施工的重難點(diǎn)。

圖1 項(xiàng)目平面圖

2 鋼箱梁安裝施工流程

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置，鋼箱梁施工可分為七個(gè)施工階段。圖2 為DU03 聯(lián)鋼梁分段劃分圖。

圖2 DU03 聯(lián)鋼梁分段劃分

⑴第一階段：DU03 聯(lián)靠（小半徑曲線段）近鐵路一側(cè)，考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境吊車站位、箱梁卸載等因素，優(yōu)先吊裝。先吊裝不易對(duì)接段落J 段，隨后從J 段向南、北兩側(cè)吊裝，最后吊裝B、L 合攏段。

⑵第二階段至第七階段依次為GU02 聯(lián)、EU03 聯(lián)、HU02 聯(lián)（西段）、EU02 聯(lián)，HU02 聯(lián)（東段）、FU02 聯(lián)。吊裝順序及工藝要求與一階段類似。

3 小半徑曲線段鋼箱梁吊裝施工工藝及要點(diǎn)

3.1 鋼箱梁吊裝前檢測(cè)要點(diǎn)

吊裝前重點(diǎn)對(duì)線型、梁總長(zhǎng)及梁接頭坡口加工情況等進(jìn)行檢查，將所有數(shù)據(jù)與工廠加工和預(yù)拼裝數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)出入較大的進(jìn)行標(biāo)記調(diào)整，防止拼裝后造成梁線型與接口質(zhì)量隱患。

由于現(xiàn)場(chǎng)吊裝拼接與工廠內(nèi)預(yù)拼裝梁體支撐和懸挑受力情況不一，容易使接頭產(chǎn)生錯(cuò)位現(xiàn)象，施工前可選段進(jìn)行試吊裝，采用試吊數(shù)據(jù)對(duì)容易產(chǎn)生錯(cuò)位的部位重點(diǎn)標(biāo)注，預(yù)防高空對(duì)接時(shí)不便操作，造成對(duì)接時(shí)間延長(zhǎng)和安全隱患。

鋼箱梁整體長(zhǎng)度與溫差關(guān)系密切，因此在吊裝前需對(duì)吊裝時(shí)間安排和溫度做好記錄和預(yù)判，避免施工時(shí)溫差與場(chǎng)內(nèi)試拼裝數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大差異，并預(yù)留部分間隙現(xiàn)場(chǎng)就實(shí)際狀況進(jìn)行調(diào)整。

3.2 臨時(shí)支架安裝

3.2.1 臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)

為保證鋼箱梁吊裝后落架穩(wěn)定和操作安全，本項(xiàng)目臨時(shí)支架采用綴條格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)。主要材料為φ325mm×8mm 鋼管，格構(gòu)柱連接系采用14#工字鋼。分配梁采用HN400mm×150mm 雙拼H 型鋼。在支架四周設(shè)置警戒帶，防止車輛碰撞支架。

3.2.2 支架基礎(chǔ)及地基處理

支架安裝前，基礎(chǔ)周圍及底部地基夯實(shí)，經(jīng)檢測(cè)DU03、EU02、EU03、GU02 聯(lián)支架條形基礎(chǔ)地基承載力應(yīng)不小于300kPa，且FU02、HU02 聯(lián)支架條形基礎(chǔ)地基承載力應(yīng)不小于250kPa，支架底預(yù)埋尺寸為600mm×600mm×20mm。

根據(jù)六聯(lián)鋼箱梁分段，其中GU02 聯(lián)J1+J2+J3+J4=84.84 噸，為最大梁段，由計(jì)算得出最大反力Fmax=211kN，支架墊板與混凝土接觸面積為S（m2），混凝土基礎(chǔ)受力為F（kN），得混凝土基礎(chǔ)受到的最大壓強(qiáng)如式⑴：

由于S=0.6×0.6=0.36m2，則混凝土基礎(chǔ)受到的最大壓強(qiáng)Pmax=211kN/0.36m2=0.59MPa。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，實(shí)測(cè)地基承載力小于需求承載力，根據(jù)實(shí)測(cè)承載力、需求承載力、擴(kuò)散角（取45°）進(jìn)行承載面積換算，根據(jù)換算承載面積及高度進(jìn)行基礎(chǔ)換填處理。換填基坑開(kāi)挖盡量在枯水或少雨時(shí)進(jìn)行。最后在換填基礎(chǔ)頂面澆筑300cm×700cm×50cm 鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)[1]。

3.3 鋼箱梁起吊選配流程

⑴DU03 聯(lián)橋墩最高31.3m，全聯(lián)吊裝工況均按31.3m 考慮。

⑵吊裝時(shí)按難易程度排序吊裝，首先吊裝J、H、G，J段最重約35t，選用安全系數(shù)為1.2，重約42t；依次吊裝F、E、D 節(jié)段，其中D 節(jié)段上跨宿舍樓，D2 段重約36t；全部采用500t 汽車吊，作業(yè)半徑24m，臂長(zhǎng)60m，起吊重量92t，滿足現(xiàn)場(chǎng)吊裝需求。

⑶吊裝C、A、B（合攏）節(jié)段，其中C 節(jié)段上跨宿舍樓，C2 梁段最重約為31t，采取安全系數(shù)1.2，重約37t；選用500t 汽車吊，作業(yè)半徑20m，臂長(zhǎng)最長(zhǎng)60m，起吊重量92t，滿足吊裝需求。

⑷吊裝N、M 節(jié)段，其中M2 梁段最重約為23t，采用安全系數(shù)1.2，重約28t，選用350t 汽車吊，作業(yè)半徑18m，臂展最長(zhǎng)56.5m，起吊重量34t，滿足吊裝需求。

⑸吊裝K、L (合攏) 節(jié)段，其中K2 節(jié)段最重約為25t，采用1.2 安全系數(shù)后，重約30t，選用350t 汽車吊，作業(yè)半徑18m，臂展最長(zhǎng)56.5m，起吊重量34t，滿足吊裝需求。

3.4 曲線段鋼箱梁吊裝拼接控制要點(diǎn)

鋼箱梁為分段、分塊拼裝，接頭拼接為全焊透對(duì)接，因此吊裝時(shí)要按設(shè)定的梁間距裝配調(diào)整相鄰梁的拼接間隙，用準(zhǔn)備好的定位碼板臨時(shí)定位。對(duì)吊裝過(guò)程中形成的錯(cuò)臺(tái)加裝碼板進(jìn)行校正。

3.4.1 箱梁吊裝定位

鋼箱梁縱向分段時(shí)，頂板與腹板、腹板與底板對(duì)接位置錯(cuò)開(kāi)200mm，對(duì)接焊縫形成“Z”形。梁段1 與梁段2，吊裝時(shí)梁段1 先測(cè)量定位，再吊裝梁段2，到達(dá)預(yù)定數(shù)值后，通過(guò)增設(shè)的手動(dòng)葫蘆和千斤頂?shù)裙ぞ哌M(jìn)行微調(diào)。施工過(guò)程中“Z”形焊縫對(duì)接較為困難，鋼箱梁吊裝需要提前做好水平角度調(diào)整，焊縫部分錯(cuò)臺(tái)較大，通過(guò)增設(shè)的碼板進(jìn)行再調(diào)整，測(cè)量無(wú)誤后用碼板將梁段1 與梁段2 之間的焊縫固定。

安裝中，中線、里程及高程都通過(guò)預(yù)先設(shè)置在臨時(shí)支墩上的控制點(diǎn)、線和鋼箱梁上的點(diǎn)、線對(duì)齊，同步采用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)指揮吊裝擺放，將高程偏差控制在2㎝以內(nèi)。鋼梁就位后高程通過(guò)在分配梁調(diào)節(jié)墩旁設(shè)置的千斤頂上下調(diào)整，標(biāo)高調(diào)整至+3mm 符合驗(yàn)標(biāo)要求。水平位移調(diào)整通過(guò)在分配梁或箱梁頂、底板上臨時(shí)設(shè)置的手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)整，軸線偏差±2 符合驗(yàn)標(biāo)要求。如圖3 所示。挑臂同樣采用此方式安裝，挑臂在對(duì)應(yīng)支架的分配梁頂采用20#槽鋼設(shè)置加固支撐。

圖3 箱梁定位示意圖

3.4.2 挑臂定位

主箱梁吊裝定位后開(kāi)始兩側(cè)挑臂吊裝。挑臂同樣采用吊車吊裝就位，高程及平面位置測(cè)量合格后，在頂板對(duì)接焊縫兩側(cè)及中間共焊接三塊16mm×200mm×400mm的碼板，將挑臂與主箱梁臨時(shí)連接，然后在對(duì)應(yīng)支架的分配梁頂采用20#槽鋼設(shè)置加固支撐。定位碼板、槽鋼支撐全部焊接完畢后吊車松鉤。

在進(jìn)行挑臂焊接時(shí)，為防止焊接、切割時(shí)焊花及雜物墜落損壞地下構(gòu)造物，采用移動(dòng)升降車和移動(dòng)焊接施工平臺(tái)作業(yè)。焊接平臺(tái)由型鋼制作，為保證消防安全，在平臺(tái)底板黏貼陶瓷貼，在頂板進(jìn)行焊接。挑臂嵌補(bǔ)位置焊接或切割，具體構(gòu)造如圖4 所示。

圖4 挑臂定位焊接示意圖

3.4.3 合攏段吊裝

鋼箱梁焊接和環(huán)境溫度對(duì)箱體總長(zhǎng)偏差影響較大，如每段誤差偏差較大，造成誤差超標(biāo)，則會(huì)形成質(zhì)量隱患無(wú)法驗(yàn)收。因此每聯(lián)鋼箱梁廠內(nèi)制作時(shí)合攏段預(yù)留(100mm)不切割，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)合攏時(shí)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)切割余量后再吊裝。

合攏段的長(zhǎng)度測(cè)量取安裝前3 天上午氣溫在15℃左右的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)驗(yàn)算確定合攏段長(zhǎng)度。合攏段的吊裝選在與前三天相同的時(shí)段和溫度進(jìn)行。合攏段吊裝完成后坡口間隙為-3mm，小于規(guī)范值±5mm；接口錯(cuò)位1mm，小于規(guī)范值2mm，驗(yàn)收后立即組織合攏口焊接，使整聯(lián)鋼箱梁形成整體，杜絕因溫度的變化導(dǎo)致合攏口焊縫間隙擴(kuò)大。

4 施工中遇到的問(wèn)題及解決措施

現(xiàn)場(chǎng)施工中，鋼箱梁各單元段接頭對(duì)接錯(cuò)臺(tái)及對(duì)接后線型偏差較大。為有效控制接頭對(duì)接吻合，線型符合規(guī)范要求，采取以下相應(yīng)措施：

⑴鋼箱梁根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)拱度計(jì)算各板件單元的下料尺寸，嚴(yán)格控制加工精度，在支架上施工時(shí)考慮相應(yīng)量值的支架變形和預(yù)拱度疊加情況。各階段施工過(guò)程中嚴(yán)格控制高程和中線實(shí)測(cè)值，預(yù)防誤差值疊加，持續(xù)保證設(shè)計(jì)線型和預(yù)拱度。同時(shí)參考主梁線型溫度變化的曲線，隨時(shí)掌握主梁溫度變形的影響。

⑵施工過(guò)程中“Z”形焊縫對(duì)接較為困難，接口焊縫錯(cuò)臺(tái)較大，要提前對(duì)鋼箱梁吊裝做好水平角度調(diào)整，同時(shí)除碼板外，根據(jù)實(shí)踐建議在鋼箱梁四周增加幾處錐形定位插銷，便于吊裝拼接過(guò)程中提高對(duì)接效率。

⑶施工過(guò)程中重點(diǎn)確保鋼箱梁的應(yīng)力狀態(tài)滿足要求，同時(shí)監(jiān)測(cè)主梁各施工狀態(tài)控制下截面的應(yīng)力值，更準(zhǔn)確的了解主梁控制截面的應(yīng)力狀況，并對(duì)施工過(guò)程中各工況施工荷載變化情況進(jìn)行判斷，確保結(jié)構(gòu)安全。

5 結(jié)語(yǔ)

在各專業(yè)人員的協(xié)同努力下，最終順利完成小半徑鋼箱梁的吊裝任務(wù)。全程無(wú)安全問(wèn)題，技術(shù)參數(shù)符合規(guī)范，臨近既有線未受到影響，綜合施工效果和安裝效率較好。這說(shuō)明項(xiàng)目所采取的小半徑曲線鋼箱梁吊裝拼接方法的可行性，對(duì)類似工程具有參考價(jià)值。