跨既有線鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)分段吊裝施工技術(shù)

趙志成

（中交一公局海威工程建設(shè)有限公司，北京 100000）

1 引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)發(fā)展，山區(qū)高速公路發(fā)展迅猛，繼而出現(xiàn)了很多山區(qū)高速公路拼接、跨線施工。由于山區(qū)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(nèi)多采用鋼混組合梁的形式。

在既有線高速鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)安裝中，需要結(jié)合現(xiàn)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(zhì)量的前提下，減小對既有高速的影響，快速地完成鋼結(jié)構(gòu)安裝施工，是鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中面臨的主要問題。

2 工程概況

銅仁市沿河經(jīng)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(lián)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?qū)?0 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(biāo)準(zhǔn)斷面圖

鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)材料清單如表1所示。

表1 鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)材料清單

3 施工方案設(shè)計

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

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(shè)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(jié)構(gòu)重量較大，體型較大，無法滿足架橋機拼設(shè)及吊裝條件。該處橋高46 m，吊車無法站在橋下吊裝，根據(jù)實際情況，借用既有松銅高速，采用汽車吊分段吊裝鋼結(jié)構(gòu)。

3.1 總體思路

將F 匝道鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)主梁分為6 個節(jié)段（見表2），鋼結(jié)構(gòu)采用工廠分段制造，在既有高速左右幅中間搭設(shè)1處臨時支架，鋼結(jié)構(gòu)分段運至既有松銅高速對應(yīng)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(yīng)采用常規(guī)驗算方法對臨時支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(lián)上部結(jié)構(gòu)為5×3 000 預(yù)應(yīng)力砼（后張）先簡支后連續(xù)T 梁，新建F 匝道鋼混組合梁鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)自重+預(yù)應(yīng)力+二期+150 t 汽車吊自重、配重及吊重等。中聯(lián)牌ZLJ5663JQZ150H 汽車起重機主要技術(shù)參數(shù)：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(jié)構(gòu)重約40 t，回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)重40 t+吊具。吊裝A-2 制作段：1 臺150 t 汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約26 t，回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)重26 t+吊具。吊裝A-3 制作段：1 臺150 t 汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約32 t，回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)重32 t+吊具。吊裝B-1 制作段：1 臺150 t 汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約32 t，回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)重32 t+吊具。吊裝B-2 制作段：1 臺150 t汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約22 t，回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)重22 t+吊具。吊裝B-3 制作段：1 臺150 t 汽車吊，鋼結(jié)構(gòu)重約38 t，回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)重38 t+吊具。根據(jù)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(shù)中未明確底盤和懸掛系統(tǒng)的各項參數(shù)，因此出于安全考慮，汽車吊自重及吊重全部作用于單側(cè)支腿，且鋼梁安裝側(cè)支腿荷載由兩片T 梁承擔(dān)。

3.2.3 結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力鋼束采用兩端同時張拉，錨下控制應(yīng)力為0.75 fpk=1 395 MPa，結(jié)構(gòu)計算模型如圖3所示。

圖3 甲子山大橋4#～5#跨結(jié)構(gòu)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(jié)果得出，T 梁上部最大壓應(yīng)力為8.8 MPa＜22.4 MPa，上部未出現(xiàn)拉應(yīng)力，T 梁底部最大壓應(yīng)力為11.9 MPa＜22.4 MPa，底部未出現(xiàn)拉應(yīng)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(gòu)件，當(dāng)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(shè)計值（kN），按斜截面減壓區(qū)對應(yīng)正截面處取值。νcs為斜截面內(nèi)混凝土和箍筋共同的抗剪承載力設(shè)計值（kN）。νsb為與斜截面相交的普通彎起鋼筋抗剪承載力設(shè)計值（kN）。νpb為與斜截面相交的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋抗剪承載力設(shè)計值（kN）。νpb，ex為與斜截面相交的體外預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋抗剪承載力設(shè)計值（kN）。α1為異號彎矩影響系數(shù)，計算簡支梁和連續(xù)梁近邊支點梁段的抗剪承載力時，α1=1.0；計算連續(xù)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(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，對鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，α2=1.0；對預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，α2=1.25；當(dāng)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(xiàn)裂縫的預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，取α2=1.0。α3為受壓翼緣的影響系數(shù)，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(qū)對應(yīng)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(qū)對應(yīng)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(nèi)縱向受拉鋼筋的配筋百分率，P=100 ρ，ρ=（Ap+As）/bh0，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)值（MPa）。ρsν、ρpν為斜截面內(nèi)箍筋、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋率，ρsν=Asν/（s=sνb），ρpν=Apν/（s=spb）。fsν、fpν為箍筋、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強度設(shè)計值（MPa）。Asν、Apν為斜截面內(nèi)配置在同一截面的箍筋豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的總截面面積。Sν、Sp為斜截面內(nèi)箍筋、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的間距（mm）。σpe，ex為使用階段體外預(yù)應(yīng)力鋼筋扣除預(yù)應(yīng)力損失后的有效應(yīng)力（MPa）。Asb、Apb、Aex為斜截面內(nèi)在同一彎起平面的普通彎起鋼筋、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋和體外預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋的截面面積（mm2）。θs、θp、θex為普通彎起鋼筋、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋和體外預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋的切線與水平線的夾角，按斜截面剪壓區(qū)對應(yīng)正截面處取值。

根據(jù)《公預(yù)規(guī)》5.1.2 規(guī)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(yīng)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(yù)應(yīng)力砼簡支T 梁上部構(gòu)造橋梁設(shè)計通用圖》設(shè)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(biāo)記。使用水準(zhǔn)儀進行標(biāo)高復(fù)核，確保各控制點高程準(zhǔn)確無誤。每節(jié)段臨時固定前均采用全站儀進行坐標(biāo)復(fù)核，同時，對已安裝的各節(jié)段重新復(fù)核，確保鋼混組合梁安裝位置準(zhǔn)確無誤。

4.3 場地回填平整、夯實

對臨時支架基礎(chǔ)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(chǔ)施工、支架搭設(shè)

對支架基礎(chǔ)采用C30 混凝土進行硬化，尺寸為10 m×1.5 m×1 m。基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)兩層鋼筋，同排間距20 cm，同時，預(yù)埋地腳螺栓用于搭設(shè)臨時支架，支架為9 m×3 m×41.5 m，材質(zhì)為Q235B，采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)搭設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)尺寸為3 m×2 m×3 m，各節(jié)段采用法蘭盤連接，每個法蘭盤設(shè)置8 個高強螺栓。

4.5 鋼結(jié)構(gòu)檢測

鋼結(jié)構(gòu)進場需附帶產(chǎn)品合格證、鋼材和其他材料的質(zhì)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(chǎn)品的試驗報告，并按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定抽樣復(fù)檢。

4.6 吊裝前準(zhǔn)備工作

①臨時支架搭設(shè)完成，并通過驗收；150 t 汽車吊、鋼絲繩和吊裝設(shè)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(jié)構(gòu)運輸車輛開至指定位置（服務(wù)區(qū)）。②聯(lián)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(fā)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(dǎo)流出松銅高速。鋼結(jié)構(gòu)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(qū)離，并及時將巡查結(jié)果通知鋼結(jié)構(gòu)吊裝人員。③施工區(qū)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(jié)構(gòu)節(jié)段吊裝，每節(jié)段吊裝前均進行試吊。右線鋼結(jié)構(gòu)吊裝及運輸順序為A-1、A-2、A-3，左線鋼結(jié)構(gòu)吊裝及運輸順序為B-1、B-2、B-3。臨時固定的鋼結(jié)構(gòu)，復(fù)核其軸線和標(biāo)高位置，符合要求后按設(shè)計要求固定。鋼結(jié)構(gòu)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(jiān)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(yīng)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(yīng)進行除銹、防腐處理。

5 結(jié)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(lǐng)導(dǎo)和專家，集思廣益，根據(jù)實際情況，多次踏勘運輸路線，選取最佳吊裝方案、分節(jié)長度及運輸方式，從設(shè)計圖到實體制作完成，項目多次與專業(yè)廠家、設(shè)計單位溝通，全過程跟蹤鋼結(jié)構(gòu)制作。同時，多次與松銅高速相關(guān)管理單位進行協(xié)商，確定鋼結(jié)構(gòu)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(xù)F 匝道橋梁T 梁架設(shè)奠定了基礎(chǔ)，有效地節(jié)約了施工工期，取得了較好的經(jīng)濟效益，得到了上級單位的認(rèn)可，為今后同類工程施工積累了寶貴經(jīng)驗、數(shù)據(jù)。