單箱室鋼箱梁跨繁忙交通施工方案比選研究

楊蒙YANG Meng

（中鐵十四局集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250101）

1 工程背景

西安外環(huán)高速公路（南段）與秦戶路相交，采用主線上跨形式，交角141.9°，橋梁結(jié)構(gòu)形式為：60+80+60m 鋼箱—混凝土組合梁，一孔跨越，分左右兩幅設(shè)置。結(jié)構(gòu)形式采用樁基礎(chǔ)、方柱式墩、鋼箱室、預(yù)制預(yù)應(yīng)力行車道板、金屬梁柱式橋梁護(hù)欄。

鋼箱—混凝土組合梁分兩部分：槽型鋼箱室和預(yù)制橋面行車道板。其中鋼箱梁箱室頂寬：8.9m，翼板寬：1.2m，底寬：6.7m，箱梁高：3.8m，行車道板寬16.9m，長度分為2.3m、2.8m、3.05m、3.3m 四種；左右兩幅橫向獨(dú)立無連接。主梁采用Q370qDNH 槽型鋼組合梁，主梁總高度為4.0m，主梁內(nèi)采用K 形撐，縱向間距為4m。行車道板采用預(yù)制混凝土板，橫向全寬預(yù)制，并設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力；行車道板預(yù)留焊釘孔，在焊釘孔及濕接縫處對應(yīng)的鋼梁上翼緣板設(shè)置集束式焊釘，待預(yù)制行車道板定位安裝后，澆筑焊釘孔、濕接縫混凝土與鋼梁連接。（圖1、圖2）

圖1 橋型布置圖

圖2 標(biāo)準(zhǔn)橫斷面結(jié)構(gòu)形式

2 施工條件

①主線與被交線交角為141.9°，交角較大，幾乎與線路平行；②線路主線上跨秦戶路，秦戶路為一級公路，雙向四車道，路面寬度28m，交通繁忙，車流量較大；③公路兩側(cè)地表植被為葡萄樹和景觀樹，無法設(shè)置現(xiàn)場施工場地。

3 鋼箱梁施工方案比選

3.1 方案設(shè)計(jì)

鋼箱梁制造全部按照加工圖和制造工藝在工廠內(nèi)切割、下料、矯正、打孔，并焊接成單元件，運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行拼裝、焊接組成節(jié)段。

方案一：大節(jié)段吊裝：鋼箱梁在場內(nèi)加工為單元件，運(yùn)輸至加工場地進(jìn)行節(jié)段組裝，根據(jù)箱梁分段圖進(jìn)行再切割（分段圖如圖3），經(jīng)驗(yàn)收合格后拼裝成型。

根據(jù)分段重量邊跨采用垂直主線節(jié)段拼裝，主跨跨被交路位置采用平行被交線節(jié)段拼裝；邊跨用35T 吊車拼裝，主跨用300T 平板車運(yùn)輸至吊裝位置，再采用350T 履帶吊進(jìn)行拼裝。主跨吊裝共需要4 次，每次中斷交通需約8 小時(shí)。

表1 方案1 節(jié)段重量表

總體拼裝方案如下：鋼梁分段運(yùn)至吊裝施工現(xiàn)場后，采用吊車將鋼梁分段吊裝到現(xiàn)場搭設(shè)的臨時(shí)支架上進(jìn)行拼裝作業(yè)；同一橋梁先進(jìn)行左幅橋施工，再進(jìn)行右幅橋施工。

根據(jù)各鋼箱梁在加工方案中分段最大重量和拼裝時(shí)最大起重高度，鋼梁拼裝臨時(shí)支架采用無縫鋼管進(jìn)行搭設(shè)，鋼梁吊裝起重設(shè)備采用2 臺350 噸汽車吊根據(jù)實(shí)際情況或搭配吊裝或單獨(dú)吊裝。

方案二：單元件拼裝：根據(jù)橋式孔跨布置、加工制造、施工的需要，將全橋鋼箱梁縱向劃分成節(jié)段1~13 節(jié)段，由于結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)，橫向劃分為A~B 兩節(jié)段。全橋鋼箱梁共分為26 節(jié)段。梁段場內(nèi)加工制造完成后，梁段成品采用汽車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，再采用龍門吊吊裝。

施工各臨時(shí)墩，在邊跨、中跨范圍搭臨時(shí)墩支架，臨時(shí)墩由支架基礎(chǔ)、鋼管立柱、橫梁組成，支架施工完成后在支架頂部制作鋼箱室拼裝胎架，在胎架上分段拼裝鋼箱室，每次拼裝節(jié)段不少于3 段，拼裝檢查合格后，留最后一節(jié)段參與下一批次拼裝。由于各單元件重量均小于50 噸，采用龍門吊拼裝滿足各方面吊裝要求。

支架平面布置圖如圖5。

圖5 支架平面布置圖

方案三：頂推施工：根據(jù)橋式孔跨布置、柱墩間距，在邊跨設(shè)置60m 拼裝平臺，中跨跨中位置設(shè)置臨時(shí)支墩，主梁前端設(shè)置30m 鋼導(dǎo)梁，從小里程方向往大里程方向頂推。

首先在拼裝平臺上組拼鋼導(dǎo)梁，將運(yùn)輸至現(xiàn)場的鋼箱梁單元件在拼裝平臺上拼裝成整體；每次頂推長度20m，依次頂推大里程60m，中跨80m，頂推完成后在胎架上拼裝小里程60m 邊跨。

圖4 鋼箱梁分段及支架搭設(shè)示意圖

3.2 施工方案比選

3.2.1 頂推方案與原位拼裝方案比選 單元件拼裝方案和大節(jié)段拼裝方案均屬于原位拼裝方案，頂推方案與原位拼裝相比，可以最帶限度的減少道路占用和影響交通的時(shí)間，僅僅占用中央分割綠化帶搭設(shè)臨時(shí)支墩，不用封閉交通即可進(jìn)行施工。頂推方案優(yōu)點(diǎn)：

①鋼箱梁施工過程不與道路交通相互干涉，施工約束少，交通安全風(fēng)險(xiǎn)低；②鋼箱梁頂推過程中，梁底凈空與成橋凈空基本一致，最大限度的滿足行車限界；③鋼箱梁加工集中在拼裝胎架上，施工區(qū)域較小，支架搭設(shè)和胎架設(shè)計(jì)最好為全封閉式，可無限接近工廠化，投入成本較少，易于施工管理和質(zhì)量控制。

缺點(diǎn)：①屬于高難施工技術(shù)，過程復(fù)雜，要求高；②需要專業(yè)的施工隊(duì)伍與專業(yè)的步履式頂推設(shè)備，頂推過程突發(fā)問題的處理，頂推位置的特俗變化，均需要專業(yè)的調(diào)整；③同步式步履頂推除需要設(shè)置臨時(shí)支墩，還需對頂推位置邊墩進(jìn)行檢算復(fù)核反頂推力，不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)需要設(shè)計(jì)墩旁支架，并同時(shí)對中跨臨時(shí)支墩進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，滿足頂推要求；④頂推方案需要增加前導(dǎo)梁，經(jīng)初步測算前導(dǎo)梁需要約200 萬，與原位拼裝方案相比，費(fèi)用增加約75%，費(fèi)用占比較大；⑤頂推過程需要在拼裝胎架上進(jìn)行鋼箱梁拼裝，每次拼裝長度受胎架約束，與原位拼裝方案相比施工進(jìn)度增加50%。

3.2.2 單元件拼裝方案和大節(jié)段拼裝方案比選 這兩種方案均為原位拼裝方案，鋼箱梁加工廠將單元件制作驗(yàn)收完成后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，首先進(jìn)行支架搭設(shè)和胎架制作，其次進(jìn)行單元件組拼，再進(jìn)行節(jié)段拼裝，最后焊接成橋。單元件拼裝優(yōu)點(diǎn)：①單元件運(yùn)輸方便，不要與交管部門進(jìn)行超高超寬貨物的運(yùn)輸申請；②吊裝設(shè)備不需要特別大，常用型吊裝設(shè)備選型多，容易滿足施工需要；③支架搭設(shè)方案設(shè)計(jì)為常規(guī)工藝，計(jì)算團(tuán)隊(duì)能力要求較低；④施工工期短，支架上設(shè)計(jì)原位拼裝胎架，單元件可直接上橋拼裝，吊裝、拼裝、焊接形成流水作業(yè)；⑤最大節(jié)段的單元件設(shè)計(jì)，可以最大限度的減少焊縫總量；⑥支架原位拼裝焊接，不需要單獨(dú)設(shè)置拼裝場地。缺點(diǎn)：①支架法施工，支架數(shù)量較多，臨時(shí)工程投入較大；②支架立柱占用一部分既有道路，影響道路交通，但不中斷交通；③審批手續(xù)涉及交管部門，審批流程比較復(fù)雜。

圖6 鋼箱梁頂進(jìn)方案示意圖

3.2.3 方案比選 基于本工程鋼箱梁施工環(huán)境綜合考慮施工成本、施工工期、交通影響程度、施工設(shè)備等因素，經(jīng)比選確定方案二為最優(yōu)方案，各方面因素對比如表2。

表2 方案各類因素對比表

3.2.4 方案研究結(jié)論 由于本項(xiàng)目施工工期不屬于關(guān)鍵性控制因素，經(jīng)過比選最終確定方案二為最優(yōu)選擇，在節(jié)約施工成本的條件下，既可以充分利用既有的龍門吊資源，又不中斷交通，方便交通導(dǎo)改方案的審批辦理。本項(xiàng)目采用方案二施工，自現(xiàn)場拼裝開始至最終驗(yàn)收完成，共5.5個(gè)月，很好的完成了施工任務(wù)。

3.3 單元件拼裝施工工藝

根據(jù)本鋼橋的特點(diǎn)確定鋼梁制作分為三個(gè)階段：單元件制作、節(jié)段吊裝、橋上連接（施工現(xiàn)場）。即：下料→板單元制作→運(yùn)輸→拼裝場地胎架及原位拼裝胎架搭設(shè)→吊裝→橋上連接（梁段連接）→檢測驗(yàn)收。

3.3.1 板單元?jiǎng)澐?板單元是鋼梁制作的基本單元，在滿足設(shè)計(jì)要求、保證橋梁制造質(zhì)量的前提下，對節(jié)段進(jìn)行板單元?jiǎng)澐?。本橋板單元制作按結(jié)構(gòu)類型的不同劃分為底板單元、T 梁單元、隔板單元和K 形撐單元等，所有單元件均根據(jù)最大板塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少鋼橋的整體焊縫，同時(shí)采用“雙定尺”進(jìn)行鋼板定做。

3.3.2 節(jié)段吊裝 板單元在加工廠制作完畢后采用汽車運(yùn)輸至橋址，采用龍門吊進(jìn)行梁段拼裝，鋼箱梁由兩邊向中間拼裝。根據(jù)吊裝重量、現(xiàn)場情況、站位情況選用兩臺50T 龍門吊進(jìn)行吊裝作業(yè)，先吊裝底板單元，然后吊裝隔板和T 梁或腹板單元，焊接成梁段。

3.3.3 橋上連接（梁段連接） 采用整箱體在胎具上進(jìn)行組裝。胎架設(shè)置的胎形與施工控制確定的預(yù)拼線形一致。胎架具有足夠的剛度和幾何尺寸精度，并按工藝文件要求檢測胎架的幾何尺寸是否符合施工控制的要求。鋼梁預(yù)拼裝時(shí)3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)梁段連續(xù)匹配，按施工控制確定的預(yù)拼線形組拼，梁段拼裝順序與吊裝順序相同。

4 結(jié)束語

本項(xiàng)目結(jié)合施工環(huán)境和鋼橋特點(diǎn)等，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和比選，在影響交通最小、節(jié)省施工成本、加快施工進(jìn)度、減少焊縫提高鋼橋質(zhì)量等方面，通過各個(gè)因素的分析，最終得出最適合本橋的最優(yōu)施工方案，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值，為同類施工環(huán)境的鋼箱梁施工提供經(jīng)驗(yàn)。