跨既有线钢混组合梁钢结构分段吊装施工技术

赵志成

（中交一公局海威工程建设有限公司，北京 100000）

1 引言

随着我国基础设施的快速建设发展，山区高速公路发展迅猛，继而出现了很多山区高速公路拼接、跨线施工。由于山区地势高低起伏大，沟壑穿插，地形险隘，新建高速桥梁跨过既有高速，需要采取一种跨径满足要求、施工便捷、对既有高速影响小的桥梁类型，目前国内多采用钢混组合梁的形式。

在既有线高速钢混组合梁钢结构安装中，需要结合现场实际情况，充分考虑各种因素，如桥梁荷载、地基承载力、既有高速通行等，如何在保证安全质量的前提下，减小对既有高速的影响，快速地完成钢结构安装施工，是钢混组合梁钢结构安装施工中面临的主要问题。

2 工程概况

铜仁市沿河经印江（木黄）至松桃高速公路TJ-10 合同段九江枢纽F 匝道大桥为整体式桥梁，桥长627.63 m，最大桥高50 m，其中第六联第21 跨为钢混组合梁，跨径42 m，上跨既有松铜高速，梁高2.2 m，桥宽10 m，梁体为Q345qC钢材+混凝土，断面如图1、图2所示。

图1 纵断面图

图2 标准断面图

钢混组合梁钢结构材料清单如表1所示。

表1 钢混组合梁钢结构材料清单

3 施工方案设计

F 匝道钢混组合梁钢结构安装施工有3 种方案可供选择：①采用顶推施工安装钢结构；②采用架桥机，一次性架设钢结构；③采用汽车吊吊装钢结构。

F 匝道第24 跨位于松铜高速正上方，两端头均位于陡壁处，不满足搭设临时支架条件，因此无法进行顶推施工。由于该钢混组合梁位于匝道桥，且钢结构重量较大，体型较大，无法满足架桥机拼设及吊装条件。该处桥高46 m，吊车无法站在桥下吊装，根据实际情况，借用既有松铜高速，采用汽车吊分段吊装钢结构。

3.1 总体思路

将F 匝道钢混组合梁钢结构主梁分为6 个节段（见表2），钢结构采用工厂分段制造，在既有高速左右幅中间搭设1处临时支架，钢结构分段运至既有松铜高速对应桥位处，临时封闭既有高速，用150 t 汽车吊站在既有松铜高速上起吊至临时支架上。

表2 分段明细表

3.2 施工验算

本文仅列举松铜高速甲子山大桥4#～5#跨T 梁受力计算，同时还应采用常规验算方法对临时支架结构稳定性进行验算，此处不再叙述。既有线松桐高速甲子山大桥第一联上部结构为5×3 000 预应力砼（后张）先简支后连续T 梁，新建F 匝道钢混组合梁钢结构吊装汽车吊布置占用甲子山大桥4#～5#跨。

3.2.1 主要计算荷载

结构自重+预应力+二期+150 t 汽车吊自重、配重及吊重等。中联牌ZLJ5663JQZ150H 汽车起重机主要技术参数：自重64500kg；最大额定总起重量150000kg；支腿纵向距离7.04m；支腿横向距离8.5 m（全伸）、6.5 m（半伸）。

3.2.2 起吊荷载布置

吊装各制作段钢梁荷载情况分析如下：吊装A-1 制作段：1 台150 t 汽车吊，钢结构重约40 t，回转半径9 m，主臂长25.6 m，额定吊装55 t。荷载为自重64.5 t+配重45 t+钢结构重40 t+吊具。吊装A-2 制作段：1 台150 t 汽车吊，钢结构重约26 t，回转半径8 m，主臂长25.6 m，额定吊装60 t。荷载为自重64.5 t+配重45 t+钢结构重26 t+吊具。吊装A-3 制作段：1 台150 t 汽车吊，钢结构重约32 t，回转半径8 m，主臂长25.6 m，额定吊装60 t。荷载为自重64.5 t+配重45 t+钢结构重32 t+吊具。吊装B-1 制作段：1 台150 t 汽车吊，钢结构重约32 t，回转半径8 m，主臂长25.6 m，额定吊装60 t。荷载为自重64.5 t+配重45 t+钢结构重32 t+吊具。吊装B-2 制作段：1 台150 t汽车吊，钢结构重约22 t，回转半径10 m，主臂长25.6 m，额定吊装50 t。荷载为自重64.5 t+配重45 t+钢结构重22 t+吊具。吊装B-3 制作段：1 台150 t 汽车吊，钢结构重约38 t，回转半径9 m，主臂长25.6 m，额定吊装55 t。荷载为自重64.5 t+配重45 t+钢结构重38 t+吊具。根据分析可知，吊装A-1 段钢梁为荷载最大情况，吊具按3 t 计算，荷载总重量为144.5 t。

由于汽车吊性能参数中未明确底盘和悬挂系统的各项参数，因此出于安全考虑，汽车吊自重及吊重全部作用于单侧支腿，且钢梁安装侧支腿荷载由两片T 梁承担。

3.2.3 结构计算

通过有限元软件Midas/Civil 建立三维模型进行T 梁计算，桥面铺装作为荷载施加到梁单元，预应力钢束采用两端同时张拉，锚下控制应力为0.75 fpk=1 395 MPa，结构计算模型如图3所示。

图3 甲子山大桥4#～5#跨结构计算模型

①以荷载作用于距支座10 m 位置处计算。由计算结果得出，T 梁上部最大压应力为8.8 MPa＜22.4 MPa，上部未出现拉应力，T 梁底部最大压应力为11.9 MPa＜22.4 MPa，底部未出现拉应力，混凝土强度满足要求；T 梁最大剪力747.6 kN。

②剪力验算。T 梁截面受弯构件，当配置箍筋时，其斜截面抗剪承载力计算按下式计算：γ0νd≤νcs+νsb+νpd+νpb，ex

式中：νd为剪力设计值（kN），按斜截面减压区对应正截面处取值。νcs为斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值（kN）。νsb为与斜截面相交的普通弯起钢筋抗剪承载力设计值（kN）。νpb为与斜截面相交的体内预应力弯起钢筋抗剪承载力设计值（kN）。νpb，ex为与斜截面相交的体外预应力弯起钢筋抗剪承载力设计值（kN）。α1为异号弯矩影响系数，计算简支梁和连续梁近边支点梁段的抗剪承载力时，α1=1.0；计算连续梁和悬臂梁近中间支点梁段的抗剪承载力时，α1=0.9。α2为预应力提高系数，对钢筋混凝土受弯构件，α2=1.0；对预应力混凝土受弯构件，α2=1.25；当由钢筋合力引起的截面弯矩与外弯矩的方向相同时，或允许出现裂缝的预应力混凝土受弯构件，取α2=1.0。α3为受压翼缘的影响系数，对矩形截面，取α3=1.0；对T 形和I 形截面，取α3=1.1。b 为斜截面剪压区对应正截面处矩形截面宽度（mm），或T 形和I 形截面腹板宽度（mm）。h0为截面的有效高度（mm），取斜裁面剪压区对应正藏面处、自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离。P 为斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率，P=100 ρ，ρ=（Ap+As）/bh0，当ρ＞2.5 时，取P=2.5。fcu，k是边长为150 mm 的混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）。ρsν、ρpν为斜截面内箍筋、竖向预应力钢筋配筋率，ρsν=Asν/（s=sνb），ρpν=Apν/（s=spb）。fsν、fpν为箍筋、竖向预应力钢筋的抗拉强度设计值（MPa）。Asν、Apν为斜截面内配置在同一截面的箍筋竖向预应力钢筋的总截面面积。Sν、Sp为斜截面内箍筋、竖向预应力钢筋的间距（mm）。σpe，ex为使用阶段体外预应力钢筋扣除预应力损失后的有效应力（MPa）。Asb、Apb、Aex为斜截面内在同一弯起平面的普通弯起钢筋、体内预应力弯起钢筋和体外预应力弯起钢筋的截面面积（mm2）。θs、θp、θex为普通弯起钢筋、体内预应力弯起钢筋和体外预应力弯起钢筋的切线与水平线的夹角，按斜截面剪压区对应正截面处取值。

根据《公预规》5.1.2 规定γ0取1.1，最大剪力747.6 kN，则1.1×747.6 kN≤1 240 kN，即T 梁的剪应力满足要求。

③支反力计算如图4所示。

图4 支反力计算

支反力为1 031.9 kN，满足《贵州省松桃至从江高速公路松桃至铜仁段装配式预应力砼简支T 梁上部构造桥梁设计通用图》设计要点一片梁梁端最大支点反力。

4 施工工艺

4.1 工艺流程

工艺流程如图5所示。

图5 工艺流程图

4.2 测量放样

对钢混组合梁使用全站仪进行放样，测出临时支架、支座垫石中心点和沉降观测点的位置，并做好标记。使用水准仪进行标高复核，确保各控制点高程准确无误。每节段临时固定前均采用全站仪进行坐标复核，同时，对已安装的各节段重新复核，确保钢混组合梁安装位置准确无误。

4.3 场地回填平整、夯实

对临时支架基础进行整平、夯实，宽度4.5 m，长度10 m。夯实后对地基承载力进行检测，若承载力小于300 kPa，则需对地基进行换填处理。

4.4 临时支架基础施工、支架搭设

对支架基础采用C30 混凝土进行硬化，尺寸为10 m×1.5 m×1 m。基础内设两层钢筋，同排间距20 cm，同时，预埋地脚螺栓用于搭设临时支架，支架为9 m×3 m×41.5 m，材质为Q235B，采用标准节搭设，标准节尺寸为3 m×2 m×3 m，各节段采用法兰盘连接，每个法兰盘设置8 个高强螺栓。

4.5 钢结构检测

钢结构进场需附带产品合格证、钢材和其他材料的质量证明书和检验报告、施工图、拼装简图、焊缝无损检验报告和焊缝重大修补记录、产品的试验报告，并按照现行标准规定抽样复检。

4.6 吊装前准备工作

①临时支架搭设完成，并通过验收；150 t 汽车吊、钢丝绳和吊装设备安全自检完成；吊装方案、安全措施及注意事项交底完成；吊车及钢结构运输车辆开至指定位置（服务区）。②联合松铜高速交警、路政等单位对松铜高速进行交通管制，提前发布施工信息，提醒车辆绕行，在松桃北及梅江收费站将车辆导流出松铜高速。钢结构吊装前安排巡查人员对松铜高速封闭施工路段逗留车辆进行驱离，并及时将巡查结果通知钢结构吊装人员。③施工区域封闭后，对既有高速墩顶支座位置进行放样，确定吊车支腿位置，采用2 m×2 m×0.04 m的钢板作为吊车支腿垫板，确保受力均匀。

4.7 吊装

采用1 台150 t 汽车吊进行钢结构节段吊装，每节段吊装前均进行试吊。右线钢结构吊装及运输顺序为A-1、A-2、A-3，左线钢结构吊装及运输顺序为B-1、B-2、B-3。临时固定的钢结构，复核其轴线和标高位置，符合要求后按设计要求固定。钢结构安装至临时支架后，吊车缓慢进行卸力，由测量组对支架沉降情况及水平变形情况进行监测。

4.8 纵、横向接口焊接

采用CO2气体保护进行焊接，先纵向接口焊接后横向接口焊接，焊接完毕之后，所有焊缝均进行外观检查。外观检查合格后，进行无损检测，检测合格后及时进行防腐处理，防腐材料应有良好的附着性、耐久性。上翼缘板顶面和剪力连接器均不得涂装，在安装前应进行除锈、防腐处理。

5 结语

九江枢纽互通F 匝道大桥钢混组合梁，上跨松铜高速，为本项目重难点工程，项目高度重视，多次请教各级领导和专家，集思广益，根据实际情况，多次踏勘运输路线，选取最佳吊装方案、分节长度及运输方式，从设计图到实体制作完成，项目多次与专业厂家、设计单位沟通，全过程跟踪钢结构制作。同时，多次与松铜高速相关管理单位进行协商，确定钢结构吊装时松铜高速交通管制方案，确保松铜高速通行车辆安全。方案顺利的实施，为后续F 匝道桥梁T 梁架设奠定了基础，有效地节约了施工工期，取得了较好的经济效益，得到了上级单位的认可，为今后同类工程施工积累了宝贵经验、数据。