市政連續(xù)鋼箱梁橋節(jié)段吊裝施工控制研究

任錦明

(晉中市工程代建服務(wù)中心，山西 晉中 030600)

0 前 言

隨著工程技術(shù)和工程材料的快速發(fā)展，鋼制箱梁及鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐步代替了傳統(tǒng)的鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，尤其在市政橋梁施工項目中，省內(nèi)市政鋼箱梁結(jié)構(gòu)占比已經(jīng)超過70%；鋼箱梁截面和傳統(tǒng)的鋼筋混凝土箱梁截面相比，其抗彎承載力、抗變形剛度、抗扭剛度及箱梁自重均較后者有更加顯著的優(yōu)勢，目前，鋼箱梁截面形式已經(jīng)成為市政橋梁設(shè)計及施工過程中的首選橋型。在市政鋼箱梁橋施工實踐中，鋼箱梁節(jié)段吊裝施工技術(shù)是最常用的施工方法之一，將工程預(yù)制的鋼箱梁運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，根據(jù)鋼箱梁整體的設(shè)計跨徑和吊裝施工作業(yè)環(huán)境要求，制定合理的節(jié)段吊裝施工方案。和傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)體、頂推施工技術(shù)相比，節(jié)段吊裝施工技術(shù)的環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，能夠抵御外部惡劣環(huán)境；此外，鋼箱梁采用工廠化預(yù)制，極大地削減了現(xiàn)場現(xiàn)澆施工帶來的施工困難，控制了總體施工進(jìn)程，間接控制了施工總投資，節(jié)段吊裝后直接定位連接，省去了傳統(tǒng)箱梁施工臨時支撐工序，控制了施工過程中的各種不安全因素；采用鋼箱梁直接吊裝施工，省去了傳統(tǒng)施工過程中的剛性連接環(huán)節(jié)，避免了鋼箱梁吊裝施工過程中的橫向及縱向碰撞，提高了施工過程的可控性和穩(wěn)定性。連續(xù)鋼箱梁已經(jīng)成為市政連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)體系中最常用的橋型之一，其相較于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)在截面抗扭、抗彎剛度、抗彎承載能力及自重和跨越能力方面均顯示出更明顯的優(yōu)勢。

1 市政連續(xù)鋼箱梁節(jié)段吊裝方案設(shè)計

1.1 市政連續(xù)鋼箱梁節(jié)段吊裝起吊方案

本文以省內(nèi)某地級市新建連續(xù)鋼箱梁橋施工項目為研究背景，對連續(xù)鋼箱梁不同節(jié)段的吊裝施工方案進(jìn)行相應(yīng)分析。工廠預(yù)制鋼箱梁結(jié)構(gòu)可以分為三個基本節(jié)段，即：鋼箱梁板單元預(yù)制、鋼箱梁小節(jié)段制作及鋼箱梁大節(jié)段拼裝，以上流程均在工廠預(yù)制完成。鋼箱梁節(jié)段預(yù)制完成以后，結(jié)合項目現(xiàn)場實際情況擬選用兩臺50 t級的起重設(shè)備完成吊裝，吊裝過程中配合人工輔助定位，為了保證起吊安全和人工操作的可控性，逐節(jié)段吊裝質(zhì)量控制在起重設(shè)備的合理起吊范圍內(nèi)。圖1為現(xiàn)場吊裝施工流程圖。

圖1 現(xiàn)場吊裝施工流程圖

大節(jié)段鋼箱梁吊裝施工過程中除了單聯(lián)首節(jié)段鋼箱梁直接支撐在主跨墩上以外，其余節(jié)段均單層支撐在主跨墩上，另一側(cè)支撐在已經(jīng)吊裝完成的鋼箱梁節(jié)段上；現(xiàn)場在吊裝節(jié)段上加裝控制牛腿，并在已經(jīng)吊裝完畢的節(jié)段的頂板位置加設(shè)臨時支座，吊裝過程中可以將調(diào)整牛腿直接支設(shè)在臨時支座上，實現(xiàn)臨時支撐和位置精調(diào)的目的。臨時支撐位置和支座切換時間點直接關(guān)系到偏移量的大小，應(yīng)合理確定臨時支撐的布置和切換時間點。表1為部分吊裝施工流程統(tǒng)計情況。

表1 部分吊裝施工流程統(tǒng)計情況

1.2 鋼箱梁節(jié)段位置微調(diào)施工流程

鋼箱梁節(jié)段微調(diào)施工具體分為三個子流程，第一跨節(jié)段吊裝完成后，第一個支撐墩為臨時過渡墩，另一墩為中間墩，位置微調(diào)采用千斤頂人工操控完成，鋼箱梁節(jié)段在運(yùn)輸至吊裝現(xiàn)場前應(yīng)提前將主梁底部的滑動支座和墊板移動到預(yù)定位置并固定，墊板高度應(yīng)適宜，厚度不宜過小保證為后續(xù)微調(diào)預(yù)留充分的空間，正常情況下，鋼箱梁底部和固定支座之間應(yīng)保證至少30 mm的預(yù)留凈空。起重機(jī)械吊裝以后可以保證鋼箱梁準(zhǔn)確落入微調(diào)支座上，并實現(xiàn)順暢的橫向及縱向平移；位置微調(diào)完成以后，應(yīng)借助臨時位移限制塊體對單聯(lián)臨時固定支座實現(xiàn)橫向及縱向的位置鎖定，防止微調(diào)后位移受后續(xù)吊裝影響出現(xiàn)位置偏離。

中跨位置的鋼箱梁節(jié)段吊裝單側(cè)應(yīng)完整跨越墩頂，另一側(cè)借助牛腿和已經(jīng)就位的鋼箱梁臨時固接，牛腿布置在梁頂部，布置方向為橫橋向。鋼箱梁正式吊裝之前應(yīng)保證臨時支撐、墊板及牛腿等結(jié)構(gòu)提前安裝就位，梁端部采用牛腿實現(xiàn)臨時支撐。順橋向和垂直橋向位移精確調(diào)整完成后，采用臨時支設(shè)的位移限定塊能夠?qū)崿F(xiàn)對橋梁墩頂和牛腿滑移的位移控制。鋼箱梁與鋼箱梁頂板、底板焊接后，鋼箱梁橫向加勁肋與腹板通過栓焊組合形式連接，焊接完畢后及時拆除牛腿實現(xiàn)位置精調(diào)。

1.3 鋼箱梁支座安裝過程

在鋼箱梁吊裝過程中，支座類型根據(jù)施工進(jìn)度可以細(xì)分為臨時支座和永久支座，結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換前后實現(xiàn)臨時支座和固定支座的切換，具體的安裝流程如圖2所示。

圖2不同類型支座安裝流程

2 市政連續(xù)鋼箱梁節(jié)段吊裝控制重點

2.1 荷載復(fù)雜，線性控制標(biāo)準(zhǔn)不唯一

本施工項目采用工廠化小節(jié)段預(yù)制，并在吊裝現(xiàn)場完成拼裝。由于鋼箱梁從吊裝至最后成橋必須經(jīng)歷兩次支座形式改變和一次荷載體系轉(zhuǎn)換，且鋼箱梁截面積較大，空間荷載特性顯著，在各種荷載和體系轉(zhuǎn)換等因素的耦合作用下，必須做好現(xiàn)場吊裝及節(jié)段拼裝過程中的應(yīng)力控制工作，防止因施工因素導(dǎo)致的局部應(yīng)力集中問題；此外，鋼箱梁吊裝過程由節(jié)段吊裝、節(jié)段拼裝、二期鋪裝荷載施工等節(jié)段構(gòu)成，在施工控制過程中選用的線性控制標(biāo)準(zhǔn)不唯一，需要根據(jù)施工進(jìn)度變更線性控制標(biāo)準(zhǔn)。其中，在節(jié)段吊裝過程中箱梁處于無約束狀態(tài)，應(yīng)選用無應(yīng)力線性控制標(biāo)準(zhǔn)，吊裝至臨時支座上以后，鋼箱梁在自重荷載和焊接作用下從短暫的簡支轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)形式，應(yīng)選用連續(xù)梁線性控制標(biāo)準(zhǔn)，體系轉(zhuǎn)換完成并完成橋面鋪裝以后，需要采用成橋控制線形。

2.2 溫度、施工偏差等多因素耦合控制

在施工過程中，受到溫度及施工荷載的耦合作用，將不同程度影響鋼箱梁的吊裝、焊接及最后成橋的精準(zhǔn)性。鋼箱梁屬于典型的溫度敏感型材料，在溫差作用下，鋼箱梁上下頂板溫差作用下將出現(xiàn)明顯的溫度應(yīng)力和應(yīng)變，在施工前應(yīng)對鋼材進(jìn)行溫度敏感性分析，調(diào)整施工控制參數(shù)，以抵消溫度的影響；此外，施工偏差主要集中表現(xiàn)在支座偏差方面，由于連續(xù)梁屬于多聯(lián)多跨結(jié)構(gòu)形式，由于部分支座定位不精確，導(dǎo)致主梁固定后的自身應(yīng)力水平增加，嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致焊縫剝離影響鋼箱梁的整體剛度。可以考慮在橋墩支座的蓋板和中心線中間增設(shè)偏移富裕量，以抵消支座定位誤差引起的內(nèi)應(yīng)力提高，抵消主梁位置偏差效應(yīng)，防止出現(xiàn)局部應(yīng)力集中和偏心受壓等問題，提高主梁的整體性和耐久性。

3 總 結(jié)

綜上分析可知，鋼箱梁吊裝環(huán)節(jié)大致可以分為節(jié)段吊裝、節(jié)段拼接和節(jié)段體系轉(zhuǎn)換三個流程，在施工過程中應(yīng)根據(jù)施工進(jìn)度調(diào)整應(yīng)力和線性控制標(biāo)準(zhǔn)，保證施工全過程始終處于合理的應(yīng)力和變形控制范圍內(nèi)，盡可能抵消因施工荷載、溫度荷載、施工偏差等引起的偏移，消除鋼箱梁內(nèi)部應(yīng)力，保證成橋后各控制截面應(yīng)力和變形滿足設(shè)計要求。

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