浅谈上跨京新高速钢砼组合梁施工技术

摘 要：随着我国经济的高速发展，我国人民物质生活也富裕起来，对基础设施的需求也不断的提高，城市道路桥梁建设也日益成熟。尤其大跨度轻便的钢结构桥梁的制作工艺愈加成熟，使得桥梁跨越性增强，更加适合现代的大都市，向艺术美的方向发展，而不仅仅是其使用功能。对于钢砼组合梁的优异性能应用越来越广泛。对于钢砼组合梁的施工工艺的研究显得格外重要。

关键词：跨度;钢结构;钢砼组合梁;施工工艺

一、工程实例

京张铁路清河火车站位于北京市海淀区清河街道境内，五环路以北，G7京新高速东侧，小营西路与安宁庄北路之间，距离北京北站11km。作为2022年冬奥会的配套工程，清河火车站是奥运始发站之一。清河站配套地铁、公交、出租等，形成综合交通枢纽。清河火车站专用匝道桥梁工程，站房进出匝道系统包括4条匝道，其中Z2匝道的8-11轴为钢-砼组合结构，9-10轴为上跨京新高速。Z2匝道施工场地狭小且为多作业平台，工况极其复杂，跨京新高速段钢梁吊装施工危险性极大。经多次与吊装厂家研讨、组织经验丰富的外部专家论证后，总结出一套完整的钢梁吊装技术要点，为钢梁吊装作技术保障。

二、钢-砼组合梁的优点

（一）钢砼组合梁截面中混凝土主要受压，钢梁受拉，充分发挥材料特性，承载力高。承载力相同时，相比非组合梁节约钢材达15%-25%。

（二）钢砼组合梁提高了钢梁的刚度，提高了稳定性。改善了钢梁受压区的受力状态，增强抗疲劳性能。

（三）钢砼组合梁可以利用钢梁刚度和承载力承担悬挂模板、混凝土板及施工荷载，无需再设置支撑，加快施工速度。

（四）抗震性能好。

三、钢梁临时支架设计

临时支架搭设形式按照设计图纸的临时支架反力、钢箱梁横桥及纵桥向连接板尺寸，另外综合安装现场场地情况进行设计施工，本次临时支架全部采用钢管格构式形式。

临时支架结构计算依据：

按照设计图纸临时支架反力及临时支架高度，对全部钢箱梁临时支架进行统计并验算。

Z2匝道：

备注：结合上述数据，对全部临时支架数据进行汇总分析，支架验算按照如下三种支架形式复核。

支架1：临时支架高度15米，反力3000KN

立柱钢管φ219*6mm、横杆及斜腹杆方管100*50*3mm、上横梁H350*175*7*11，上横梁、横杆及斜腹杆与立柱焊接，上横梁上部采用调节沙箱。

支架2：临时支架高度15米，反力5000KN

备注：立柱钢管φ273*6mm、横杆及斜腹杆方管100*50*3mm、上横梁H350*175*7*11。上横梁、横杆及斜腹杆与立柱焊接，上横梁上部采用调节沙箱。

支架3：临时支架高度8米，反力5000KN

备注：立柱钢管φ273*8mm、横杆及斜腹杆方管100*50*3mm、上横梁H350*175*7*11。上横梁、横杆及斜腹杆与立柱焊接，上横梁上部采用调节沙箱。

临时支架基础地基承载力计算：

（一）上部反力：3000KN

钢管支架重量：8.5吨=85KN

砼基础重量：（1.5×3×0.6）m3×25 KN/ m3 =67.5KN*4=270 KN

支墩总荷载：

P总=3000+85+270=3355KN

基础承载力σ= p总/4/S=3355KN /4/（1.5×3）m2=186.3KN/m2=186.3KPa

（二）上部反力：5000KN

钢管支架重量：8.5吨=85KN

砼基礎重量：（1.5×3×0.6）m3×25 KN/ m3 =67.5KN*4=270 KN

支墩总荷载：

P总=5000+85+270=5355KN

基础承载力σ= p总/4/S=5355KN /4/（1.5×3）m2=297.5KN/m2=297.5KPa

临时支架基础施工时需对现状地面进行处理以满足地基承载力需求，如支架基础范围内存在地下管线路由，可对基础位置及尺寸适当调整。临时支架基础参照对应的反力要求，分别按照上述两种基础承载力要求进行地面处理工作。

四、钢箱梁吊装安装

（一）起重机性能

地基承载力计算（按最不利计算）：

450T汽车吊自重72吨，配重120吨，构件重量56吨，钩子和钢丝绳重2吨，每个支腿下面铺设2m*3m路基板一块。

吊车与构件总重

M总=72+120+56+2=250吨=2500KN

每条支腿平均受力

M=M总/4=250/4=62.5吨=625KN

最不利位置受力侧两条支腿完全受力

M后=2500/2=1250KN。

支腿下面铺设2m*3m的路基板，因此对地压力P地=M后/6㎡=208KN/㎡。需对吊车支腿地面做硬化处理，满足地基承载力要求。另外针对汽车吊站位吊装位置，需要在吊装前做好地下管线及涵洞的咨询工作。

（二）吊具索具的选择

1、吊耳的布置：本工程主桥钢箱梁最长钢箱梁长约37米，最重一段重115吨。单机吊装时候钢箱梁最重86吨、双机抬吊时钢箱梁最重115吨。

2、双机抬吊时：钢梁的吊耳设置在距梁端2米处，每侧设置4个吊耳，均对称中心布置，每段梁八个吊耳。单机吊装时，钢梁的吊耳设置在距梁重心5米处，对称中心布置;每段梁设四个吊耳;吊耳周边应宽敞，尽量避开纵向加强筋和隔板，使35吨卡扣能方便拆卸。

双机抬吊时钢箱梁最大单重为115t，按180t计算，共设置8个吊耳，每个吊耳承载力按F=180t/8*1.4=32t计算。单机吊装时最大钢箱梁重量84吨，按120吨计算，钢箱梁设置4个吊耳，每个吊耳承载力按F=120t/4*1.4=42t计算，吊耳采用Q345B，δ=30mm，本次计算按照单个吊耳承载力42吨计算。

a.吊耳薄弱部位计算：此吊耳薄弱部位为吊装孔上部截面位置最小处，其截面积为： As=100*30=3000mm2

Q345B钢材抗剪强度的设计值为：fv=170N/mm2

薄弱部位所能承受的荷载f承=As*fv=3000*170=51t>42t。

所以此吊耳足可以满足吊装要求。

b.焊脚高度计算：Q345B钢脚焊缝抗剪强度设计值为ft=200N/mm2

吊装所需要焊缝面积为As=F/ft=40*100/200=2000mm2

焊脚高度hf=As/（2L*0.7）=2000/（2*360*0.7）=4.0mm

为安全及施工考虑，hf==12mm，且开双面坡口。

3、吊点的设置

根据钢梁桥的外形尺寸大，单件重量大的特点，必须选择4个吊点进行吊装作业，由于钢梁内部结构复杂，同一段钢梁线性密度不均匀，必须根据设计图和分段、分块尺寸进行计算，精确测定出构件的重心，然后确定吊点位置，为了尽量减少构件吊装时变形，且便于吊装就位，吊点纵向距离一般为构件长度的2/3左右，横向距离未钢箱梁上翼缘板中心距。

4、钢丝绳、卸扣的选择

钢丝绳承载力验算：

按吊装钢箱梁重量，单机吊装时钢箱梁最重84吨，按照90吨进行计算，90t=900KN（最重情况考虑）、钢丝绳4点受力计算

钢丝绳与钢梁的水平夹角α为60°

根据以上两个条件可计算出每根钢丝绳的许用拉力值：

[S]=900/4/sin60?=259.8KN

根据钢丝绳破断拉力计算公式：[S]=S0/K 得

S0=[S]*K=259.8*6=1558KN

[S]：钢丝绳最大拉力值

S0：钢丝绳最小破断拉力

K：安全系数（本方案中钢丝绳做吊索使用，取K=6）

查钢丝绳技术参数表，选用以下钢丝绳，6*37（股1+6+12+18），抗拉强度1850KPa，直径56mm的钢丝绳换算系数（6*37）=0.82

钢丝绳最小破断力系数为0.82，因此钢丝绳破断拉力应为1558KN/0.82=1900KN。

查钢丝绳相应国标可知：

钢芯儿钢丝绳可选用56mm，可以使用。

5、卸扣的選用

单价吊装钢箱梁四个吊点布置、双机吊装时8个吊点布置，本次计算按照单机最重段钢箱梁进行计算，最重段钢梁84吨，按照90吨进行计算，钢丝绳和钢箱梁夹角按照60°计算，则吊耳承受的最大拉力按照最重段钢梁计算，钢箱梁重量84吨，按100计算， 1000t/4/sin60=28.9t=289KN。

故本次吊装使用35吨卸扣。

（三）吊装示意

Z2匝道（8-11轴）安装：

E段吊装： 350吨汽车吊站位Z2-11轴北侧，300吨汽车吊工作半径12米时，额定起重量92吨，构件重量53.5吨+1.5吨（吊钩及钢丝绳重量）=55吨，满足吊装要求。

D段吊装： 350吨汽车吊站位Z2-10轴北侧，300吨汽车吊工作半径12米时，额定起重量92吨，构件重量45吨+1.5吨（吊钩及钢丝绳重量）=46.5吨，满足吊装要求。

C段吊装： 450吨汽车吊站位Z2-10轴南侧，构件车辆停放在京新高速进京方向，需封闭京新进京方向道路，计划24：00点前将汽车吊支车完毕，构件车辆24：00后进入京新高速，凌晨1：00挂钩吊装，凌晨5：00前两段钢箱梁吊装完毕。450吨汽车吊工作半径18米时，额定起重量72吨，构件重量53吨+1.5吨（吊钩及钢丝绳重量）=54.5吨，满足吊装要求。

B段吊装： 450吨汽车吊站位Z2-9轴北侧，构件车辆停放在京新高速出京方向，需封闭京新出京方向道路，计划24：00点前将汽车吊支车完毕，构件车辆24：00后进入京新高速，凌晨1：00挂钩吊装，凌晨5：00前两段钢箱梁吊装完毕。450吨汽车吊工作半径18米时，额定起重量72吨，构件重量56吨+1.5吨（吊钩及钢丝绳重量）=57.5吨，满足吊装要求。构件运输车辆重量20吨，合计重量77.5吨，运输时采用保证整体重量单轴载重不超过10吨。

备注：因京新高速隔离带中间位置增加临时支架，吊装前利用晚上时间，24：00后导行出京方向里侧两车道，利用16吨汽车吊安装临时支架。临时支架四周设置警示标志及夜间反光提示。钢箱梁全部吊装完毕后，因钢梁接口位于最里侧车道，出京方向最里侧车道需要导行。考虑到B-C接口位于现状京新高速上方，施工时在接口位置搭设封闭吊框进行螺栓连接作业。

A段吊装： 350吨汽车吊站位Z2-8轴北侧，300吨汽车吊工作半径12米时，额定起重量92吨，构件重量53吨+1.5吨（吊钩及钢丝绳重量）=54.5吨，满足吊装要求。

五、高强螺栓施工

本工程使用的螺栓主要为大六角头高强度螺栓。

（一）施工中采用高强螺栓，其安装技术要求应符合以下规定：

1、高强螺栓在施工前必须有材质证明书（或质量保证书）必须在使用前做复试。

2、高强螺栓设专人管理妥善保管，不得乱扔乱放，在安装过程中，不得碰伤螺栓及污染脏物，以防扭距系数发生变化。

3、高强螺栓要防潮、防腐蚀。

4、高强螺栓要能自由穿入，不得硬性敲入，应使用过孔冲和铰刀修正扩正，修扩后的螺栓孔最大直径应小于1.2倍螺栓公称直径。

5、雨雪天气不得进行高强螺栓安装，摩擦面上及螺栓表面不得有水及其它污物。

6、高强螺栓分2次拧紧。第1次初拧到标准予拉力的60%，第2次终拧到标准值。

初拧：当构件吊装就位后，将连接板使用普通螺栓固定，檢查合格后，再安装高强螺栓，注意连接面不能有杂物进入，安装完成后用手动或电动扳手进行初拧，使连接板面接合紧密。

终拧：螺栓的终拧使用电动扭力搬手进行，终拧强度由力矩控制设备完成，确保其扭力达到设计和规范要求。扭剪型螺栓终拧时应采用专用扳手将尾部梅花头拧掉。

7、高强螺栓的初拧和终拧，时间间隙一般不能超过一天。

8、在大六角头高强度螺栓全部安装就位后，可以开始紧固。紧固方法一般分为两步进行，即初拧和终拧。应将全部高强度螺栓进行初拧，初拧扭矩应为标准轴力的60%～80%，具体还要根据钢板厚度、螺栓间距等情况适当掌握。若钢板厚度较大、螺栓布置的间距较大时，初拧轴力应大一些为好。初拧紧固顺序，根据大六角头高强度螺栓紧固顺序规定，一般应由接头刚度大的地方向不受拘束的自由端顺序进行;或者从栓群中心向周围扩散方向进行。

9、若连接板螺孔误差较大时应检查分析酌情处理，若属调整螺孔无效或剩下局部螺孔位置不合适，可使用电动绞刀或手动绞刀进行打孔处理。

（二）高强螺栓安装采用自制吊笼和钢筋爬梯来完成。

六、结语

随技术的发展、产品的更新、高铁建设的变化日新月异，未来高速铁路将逐步占领铁路市场，因此对于高铁的建设施工方法越来越多，移动模架造桥机也将会不断改进不足，对施工过程中安全和质量的控制将更加严谨，对高速铁路的建设发展有极大的促进作用，将成为我国铁路建设事业不可磨灭的篇章。

参考文献：

[1]《北京市房屋建筑和市政基础设施工程危险性较大的分部分项工程安全管理实施细则》的通知 京建法〔2019〕11号;

[2]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）;

[3]《钢结构工程施工规范》（GB50755-2012）;

[4]《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-2001）;

[5]《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）;

[6]《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）;

[7]《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》（JGJ276-2012）。

[8]徐工450t汽车吊使用说明书;

作者简介：张玉强，男，工程师，2005年7月毕业于石家庄铁道学院房屋建筑工程专业