文新互通主线桥钢箱梁分段吊装关键技术探讨

■黄清明

（南平武沙高速公路有限公司，南平 353000）

随着我国钢结构制造技术的发展，钢箱梁已广泛应用于各类桥梁的施工，特别是在交通枢纽或复杂施工环境等特殊场合[1]。 目前钢箱梁施工主要有分段提升法、整体提升法及连续顶推法，其中分段提升法需要高空作业搭设脚手架， 安全风险高；连续顶推法对现场的技术控制严格，尤其是桥梁线型不易于控制。 为此，本研究以文新互通主线桥钢箱梁整体提升法施工为例，阐述了钢箱梁吊装施工的关键技术，并对施工工艺进行了优化。

1 工程概况

顺昌县华阳山合掌岩旅游景区路网工程，由文新互通、沿江快速通道（即国道316 提级改造）、服务区等工程组成。 其中文新互通主线桥属于文新互通主线的一部分（图1），桥梁采用1×30 m 简支钢箱梁， 上部结构形式为单箱多室简支钢桥梁（图2）。 钢箱梁横坡通过钢梁整体旋转实现，钢梁结构尺寸不变。

图1 桥位平面图

图2 主桥断面图

2 工程难点及应对措施

2.1 工程的主要特点与难点

（1）桥梁横跨规划在建道路A 匝道上方，存在高速公路主线桥钢箱梁吊装需要与下方A 匝道交叉施工作业，致使吊装场地工作面不足，为此需制定合理的分段既能满足运输安装、 结构受力等要求，又能减少对交通的影响[2]。 同时，桥址两侧边坡防护较高，通道内超大型起重设备的站位及作业半径有限，不可能一次纵向提升钢箱梁。 必须在厂内加工制作后，通过分批、分段运输至施工现场。 （2）本项目交叉施工作业中的既有道路交通流量较大，如果施工区域内的交通引导和控制措施不到位，将会酿成交通事故和交通堵塞，后果不可预测。 （3）拟建桥梁使用的钢箱梁宽度相对较大。 为了便于钢箱梁的修建，需要在当地拓宽道路，并需要修建临时支架。 施工期为雨季时，必须提供临时排水系统，保证排水畅通，地基基础稳定[3]。 （4）钢箱梁临时支撑的架设和组装对整体线形质量有很高的要求，钢箱梁的装配精度和变形控制必须符合设计和规范要求。

2.2 工程施工的应对措施

（1）以设计建议的分段部位为基础，结合结构厂制作条件、车辆及运输路线的沿途路况、现场吊装等，制定切实可行构件焊接及检测方法[4]。 （2）现场勘查道路交通情况，考虑构件分段部位及支撑架的安置部位。 以满足现场道路通行能力为前提、确保构件安全、可靠安装为基础，对构件分段、现场支撑部位和吊车吊装情况进行全盘考虑[5]。 同时，为尽量减小对现场交通的影响，构件的出厂运输和现场吊装均尽量安排在车流量较小的凌晨实施。 （3）为确保分段构件在现场能顺利对接，工程制作时，采取“先在工厂整体制作验收后，再分批、分段运输至现场”的思路，确保构件的运输和现场安装质量[6]。（4）在制定吊装方案时，应充分考虑现场高压电线的布置情况，方案策划时要考虑与其保持足够的安全距离。

3 钢箱梁制作及吊装前准备

跨A 匝道段钢箱梁吊装工艺为：施工便道及场地平整、 硬化→支架基础施工→安装支架架设→支座、 支架测量复核→吊车就位→梁段运输→梁段试吊→梁段吊装→测量、 码固节段焊接→焊缝检测→桥位补涂→钢桥梁主体结构验收装→支架拆除。

3.1 钢箱梁制作与分段

3.1.1 钢箱梁制作

（1）钢箱梁在工厂采用1:1 的胎架完成各节段制作匹配。 （2）由于钢箱梁位于竖曲线和平面曲线上，在钢箱梁制造时应采取必要的技术手段使各部件的制造精度满足要求，严格控制各梁段的横向尺寸，将梁段之间接口的相对公差应控制在允许范围内，有利于各接口的顺利拼接。 在通用夹具架进行了多次梁段式连续匹配装配，以控制高程对齐。 梁段的长度、宽度、高度、装配长度、桥梁中心线、拱度和其他偏差应控制在设计规定的允许范围内。 储存期间，必须按照设计要求在纵向和横向横隔板的交叉处支撑临时支点。 基础稳定，避免不均匀沉降，使支承点承受均匀的力，保证梁体不变形。 （3）底漆、中间漆和面漆的保护应按要求在工厂完成，验收合格的钢箱梁节段按计划顺序运输至现场。

3.1.2 钢箱梁分段吊装划分

（1）安全可靠、满足设计和规范要求。 所有截面位置和截面接口的错缝必须由设计确认。 截面与跨中错开位置不小于800 mm，顶、底板、腹板错缝不小于300 mm，符合设计要求。 （2）满足桥址、生产场地、运输及起重设备的自然条件要求。 由于本项目位于福建闽北高山区，桥址两端均采用高速公路开挖护坡，钢梁运输通道高速路面宽度较窄，超大型起重设备站位及转弯半径有限， 必须充分考虑制造、运输和吊装引起的截面重量和尺寸限制，确保钢梁单元在运输和吊装过程中的结构稳定性。 各部分已分块与设计方沟通，并已由设计方确认。 根据现场受力、运输、吊装等因素综合分析，制定如下分段方案（图3）。

图3 钢箱梁分段示意图

3.2 现场施工准备及吊装施工

3.2.1 施工准备与基本要求

在安装钢箱梁前， 应对以下内容进行检查复核[7]：（1）桥墩墩顶处的实际标高；（2）支座所在点位的平整度及横向与纵向轴线；（3）支座的具体规格及尺寸。

3.2.2 钢箱梁临时支架安装

临时支架架设时采用水准仪测量地面坡度，严格保证顶部水平。 立柱选用钢管柱的截面尺寸为Φ426×10 mm； 验算时按最大高度6.0 m 计算长柱每段全长1～6 m， 短柱每段长度分别为0.25 m 和0.5 m。 立柱采用对接焊连接固定（表1）。

表1 钢箱梁支架参数

根据梁底净高、钢箱梁分段尺寸及现场实际情况选用钢管柱支架施工。 钢管柱支架从下到上分为：混凝土基础、钢板、钢管柱支墩、支架爬梯、操作平台、I40b 双拼工字钢、调节管（图4）。

图4 钢箱梁支架示意图

3.2.3 选择合适的吊车

本项目主梁节段均选用单台QAY220 汽车吊吊装（图5）。

图5 吊车吊装区域尺寸示意图

经对比分析，最不利梁段的重量为27.49 t（表2），所有梁段吊装半径均可控制在18 m 范围以内，则单台吊车起重负载为G=1.1×27.49+0.5=30.74 t（0.5为吊钩、索具等工具重量），查QAY220 型汽车吊，当选用臂长35.4 m，吊装半径18 m 工况时，吊车额定起重量为35 t>30.74 t，吊车满足使用要求。

表2 主梁节段参数

3.2.4 钢箱梁拼装要点

（1）钢箱梁的起吊、回转、放置及对吊点安装等过程都必须安排专人负责指挥。 （2）在钢箱梁吊装时，需要与现场司机沟通，掌握钢箱梁两端实际位移和荷载数据的变化。 （3）中间箱梁吊装到规定位置后需在其两端进行有效的固定[8]，并在底部设置型钢支撑牢固，然后根据实际情况及时焊接。

3.2.5 分段纠偏

当提升到离支架50 mm 左右时，使钢箱梁中心线和轴线与桥墩上的预设标记重合。 微调到位后，将限位码安装在支架的各个侧面，然后缓慢固定钢箱梁。钢箱梁的标高应根据标高表确定。吊装时，将调整钢板安装在支架上进行微调，并用电子水准仪复核标高[9]。 如有偏差，应重新调整。 钢梁吊装定位过程中，可通过在支架上放出钢箱梁中心线并与中心线对齐来控制钢箱梁中心线及前后位置。

3.2.6 现场焊接控制

梁焊接前， 相邻两墩之间的所有跳板均应铺设，跳板上应覆盖模板，模板上应覆盖防火石棉布，并应准备防火盆，以防止坠落物，保护施工人员的安全。 由于体积大、焊接工作量大、焊接质量高，采用隔离气体保护焊和埋弧焊工艺[10]。自检后，在钢材上盖章立即封存并完善相应的施工记录。 专项检验合格后进行探伤。 通过探伤可以进一步确定焊缝的实际情况，为今后的定向处理提供可靠的依据。

3.3 支架验算

根据分段方式及梁段重量支架最不利位置为左幅ZF-JD3/ZF-JD4 与ZF-JD5/ZF-JD6 接口位置（图6）。

图6 钢箱梁支架结构

3.3.1 支架稳定性计算

本方案采用Φ426 mm 钢管立柱， 钢管壁厚t=10 mm；惯性矩I= 28 287.252 cm4；抗弯截面系数w=2 656.08 cm3；惯性半径i=14.712 cm；截面积A=130.69 cm2；轴向应力［σ］=170 MPa；理论质量102.59 kg/m。通过分析图纸可知门架墩柱最高为6.0 m。 钢管立柱按两端铰接计算钢管立柱自重102.59 kg/m×6.0 m×9.8 N/kg×8=48.3 kN； 管立柱最大轴力根据图纸重量单组支架最大受力为：（19.72+22.80+22.99+26.10）/2=45.8 t=449 kN， 每组支架由8根钢管组成。 依据GB50009-2012《建筑结构荷载规范》 支架验算的临时施工荷载标准值为4 kN，分项系数取为1.35。Pmax=1.1×1.2×449/8+1.2×48.3/8+1.35×4/8=81.975 kN，其中1.1 为位动载系数，1.2 为不均匀系数。

3.3.2 强度验算

强度验算：[N]=A[σ]=130.69×170×102=2221.73 kN,Pmax<［N］,满足要求。

3.3.3 压杆稳定性验算

安全系数：n=15962/81.975=194.717＞3， 满足要求。

3.3.5 双拼40#工字钢强度验算

梁段单侧放置2 点支撑点，则每个接口共设置4 个支撑点（图7）。

图7 梁段支撑点示意图

双拼I40# 工字钢按中点单点受力F1 为最不利地受力条件计算，支架位置受力为（19.72+22.80+22.99+26.10）/2=45.8 t=449 kN 则F1=1.1×1.2×449/4=148 kN，工字钢为双拼工字钢。 则每根I40#工字钢受力为F=148/2=74 kN。

3.3.6 结构强度检算

工字钢计算跨径l=2.0 m，根据设计规范，本材料容许弯曲应力[σw]=215 N/mm2，容许剪应力[τ]=125 N/mm2。

工字钢箱梁容许挠度[f]=l/400=2 000 mm/400=5 mm,而梁体变形为整体变形，由单片上顶梁工字钢进行验算，计算得到：

根据以上验算，此次选用双拼I40b 钢箱梁强度和刚度均满足钢箱梁支撑要求。

4 结语

根据顺昌县华阳山合掌岩旅游景区路网工程文新互通式钢箱梁吊装工程的特点，通过优化交通诱导措施，精心组织施工，钢箱梁吊装顺利完成。 该技术方案，解决了大截面、大中跨度钢梁吊装就位问题，解决了高速公路的交叉施工问题，满足了工期要求。 综上所述，合理应用分段吊装技术，可以有效解决大中跨度钢箱梁-高速公路大中桥施工难度，满足场地、运输等各方面的要求，降低施工风险和对运输的不利影响。 工程实践和研究表明，该施工技术能有效解决跨线施工的重点和难点问题，为类似跨线施工提供参考。