市政双层交叉钢箱梁桥施工技术及方案探究.pdf

98建设机械技术与管理 2023.04 施工技术0 引 言随着我国钢铁工业和钢结构技术的发展，以连续钢箱梁结构为代表的钢结构市政桥梁数量在不断增加，在市政工程中得到越来越广泛的应用1。与混凝土梁相比，钢箱梁有着较大的跨越性，特别适合跨度较大、曲线、异形等受力特别的桥梁。随着城市交通流量飞跃式的发展，市政桥梁现场往往需要面对日益复杂的施工条件2，如何在复杂的交通环境下进行大跨度钢箱制作、运输、施工，减少对现状交通及周边民众的影响，成为市政工程相关从业人员关注的技术管理重点。本文以昆明地区某工程连续钢箱梁施工为背景，对双层交叉钢箱梁桥在复杂环境下的施工技术和管理方案进行探讨。1 工程概况1.1 工程设计情况本工程为城市快速路，在与城市主干路交叉节点位置，设置半互通立交。因受规划地铁影响，道路下穿方案受到限制，故本工程快速路方向及主干路方向均采用桥梁结构跨越路口。根据设计布置情况，下层主干路方向设置双幅桥梁，宽度分别为 13.5m、20.75m，双幅桥梁均采用40m+62m+40m 总长 142m 的连续钢箱梁结构，以跨越地面交叉口；上层快速路方向设置单幅桥梁，桥宽 33.95m，采用 54m+73m+54m 总长 181m 的连续钢箱梁结构，以跨越地面交叉口及下层钢连续箱梁。1.2 施工重难点该工程地处昆明市区交叉路口，现场人流、车流量均较大，施工过程中各工序都需要考虑路段保通需求，确保施工期间不得中断交通。针对双层交叉钢连续箱梁施工,受场地限制的实际情况，桥梁施工采取设置临时支架进行节段吊装及拼装焊接的技术方案。在该方案技术论证中，考虑到如先完成上层钢箱梁施工，则下层钢箱梁吊装施工时受上层钢箱梁影响，因此为保证吊装机械能正常工作，最终施工方案为：先施工下层钢梁，待下层钢梁主体施工完毕焊接形成整体后，再进行上层钢梁的施工。在施工过程中，上层钢梁的临时支架支腿需要布设在下层钢梁结构上，施工期间需对支腿范围内的下层钢箱梁结构进行保护，确保临时支架不对下层钢箱梁结构造成损伤。2 双层钢箱梁结构施工技术要点2.1 钢箱梁节段划分钢箱梁施工的关键重要技术问题在于拼接和吊装箱体结构3。针对一般性的钢箱梁结构而言，若干个箱体节段通过吊装和拼接施工，而形成完整的钢箱梁体，且因为箱体结构有着较为繁杂的受力，在分段位置采用施焊连接，焊缝在疲劳荷载作用下抗弯及抗剪强度都有所折减，所以分段位置不应设置在结构受力较大处。同时，在节段拼接位置必须设置临时性支架，施工过程中先吊装各段箱体搁置在临时性支架处，再在临时性支架上完成箱体结构的拼接，拼接结束之后，将临时性支架拆除使钢箱梁桥落架。2.1.1 钢箱梁节段划分原则钢箱梁节段划分的宽度、长度受到结构受力、运输路线控制，在节段划分前需要对运输路线进行确认，以此确定运输限制条件。运输路线的选择应考虑沿途限宽、限高及限重路段，本工程钢结构加工厂距离施工现场约 53.8 公里，并需要通过城郊及城区路段，运输路线设计为一条主路线及一条备选路线，主路线需要经过绕城高速，备选路线需要经市政双层交叉钢箱梁桥施工技术及方案探究Research on Construction Technology and Scheme of Double-layer Cross Steel Box Girder Bridge of Municipal Bridge李芳（昆明市建设服务中心，云南 昆明 650011）摘要：本文主要目的是探究分析城市钢箱梁桥施工期间所应用的技术手段和所制定完善的管理方案。通过案例分析的方式，对城市桥梁工程施工中双层交叉布置的钢箱梁所采用的临时支架吊装施工工艺流程和构件安全设计进行探究，为类似工程提供相关的工程经验。关键词：市政桥梁；双层钢箱梁施工；技术要点中图分类号：U445.4 文献标识码：A2023.04 建设机械技术与管理 99施工技术过国道。因此节段划分的宽度需要考虑路线中需要经过的收费站容许宽度，节段划分的长度需要满足沿途最窄路段的最小转弯半径容许长度，划分完毕的节段重量，需要考虑途经桥梁状况，对涉及有危桥路段需要进行荷载复核工作。本工程中结合上述条件，确定节段划分原则为：节段最大宽度不大于 4.5m，节段最大长度不大于 19m，节段最大重量不重于 65t。连续钢箱梁遵循在满足运输及现场实施的条件下，尽可能增大节段尺寸，减少分段数量，同时节段缝须避开应力峰值区域。本工程中钢箱梁采用正交异性钢桥面板，上层钢连续箱梁在使用阶段持久状况承载能力极限组合下，顶板第一体系最大压应力出现在中跨跨中为 163MPa，在考虑第二体系及第三体系应力后，最大应力为 207MPa，底板最大应力出现在中跨跨中为 190MPa，腹板最大应力出现在支点位置为 113MPa。根据钢板应力分布情况，最终确定上层钢连续箱梁纵向分段位置不设置在横梁范围，端横梁纵向节段长3.65m，中横梁纵向节段长 3.9m。支点范围外纵桥向节段划分中，跨中截面附近不设置分段，且分段缝尽量设置在弯矩、应力较小位置。相关分段情况见下图 1 所示：根据节段划分结果，上层钢连续箱梁全桥纵向划分为15 段，横向标准段划分为 10 个节段，横梁横桥向划分为两个节段，最大节段重量为 52.2t，满足采用 400T 履带吊车进行吊装需求。2.1.2 钢箱梁节段划分对下层钢箱梁影响分析在本工程中采用了双层交叉连续钢箱梁的设计方案，除了需满足前述的分段需求外，还需要考虑上层钢箱梁临时支架需设置于下层钢箱梁桥面，由此对下层钢箱梁产生的影响，其主要体现在两个方面，即上层临时支架对下层钢箱梁的稳定影响及受力影响。根据上下层钢箱梁的施工组织设计，下层钢箱梁焊接成整体后，暂不施工二期恒载及相关附属设施，而是在桥面上设置上层钢箱梁临时支架，在上层钢箱梁焊接成整体后，再拆除支架，随后施工后续构件。因此在施工方案编制中，须对上层钢箱梁临时支架施加在下层钢箱梁的作用进行分析。结合分段情况，上层钢箱梁纵向第 7 第 10 节段的临时支架需设置在下层钢箱梁，相关节段重量如表 1：图 1 上层钢箱梁节段分段图节段 7节段 8节段 9节段 10构件名称构件重量/kg构件名称构件重量/kg构件名称构件重量/kg构件名称构件重量/kg挑檐 115751 挑檐 1 14482 挑檐 1 13387 挑檐 1 15137箱体 1 47786 箱体 1 47606 箱体 1 40201 箱体 1 47606箱体 2 47786 箱体 2 47606 箱体 2 40201 箱体 2 47606箱体 3 47786 箱体 3 47606 箱体 3 40201 箱体 3 47606箱体 4 47786 箱体 4 47606 箱体 4 40201 箱体 4 47606箱体 5 47786 箱体 5 47606 箱体 5 40201 箱体 5 47606箱体 6 47786 箱体 6 47606 箱体 6 40201 箱体 6 47606箱体 7 47786 箱体 7 47606 箱体 7 40201 箱体 7 47606箱体 8 47786 箱体 8 47606 箱体 8 40201 箱体 8 47606挑檐 2 47786 挑檐 2 14482 挑檐 2 13387 挑檐 1 15137表 1 节段重量数据表100建设机械技术与管理 2023.04 施工技术依据节段重量进行计算，下层钢箱梁所受临时支架反力为：4279kN、3791kN、3797kN。上层钢箱梁分段设计中，分段位置应避免设置在下层钢箱梁支座范围外，并应尽量靠近箱体中心，避免梁体产生侧向扭矩，而导致侧翻。本工程中，桥上临时支架设置在下层钢箱梁中心，根据计算，在施工期间下层钢箱梁梁体最不利工况稳定系数均大于 2.5，满足稳定需求。因临时支架直接布置在下层钢箱梁上，须考虑下层钢箱梁承载力是否满足。根据设计情况，下层钢连续箱梁顶板板厚 14 25mm，底板板厚 14 20mm，腹板板厚 14 20mm，横隔板间距为 3.0m，板厚为 12mm。相关计算结果表明，下层钢箱梁在使用阶段持久状况承载能力极限组合下，顶板第一体系最大压应力出现在中跨跨中为183MPa，在考虑第二体系及第三体系应力后，最大应力为227MPa，底板最大应力出现在中跨跨中为 210MPa，腹板最大应力出现在支点位置为 117MPa。在施工方案编制中，遵循下层钢箱梁施工期间所受应力需小于设计最不利工况下的应力水平，因此考虑保留下层钢箱梁中跨的临时支架，以达到增加支点，减小受力跨径的作用。相关计算结果表明，在上层钢箱梁施工期间，下层钢箱梁最大应力出现在顶板为 138MPa，小于设计最不利工况中的应力。此施工工况计算最大变形位于跨中，变形量为 116.8mm，小于允许挠度L/250=248mm，满足变形要求。2.2 钢箱梁节段吊装钢箱梁节段在出厂前须进行厂内预拼装，本工程中，采用三段连续拼接，出厂两段留下一段与后续节段拼接的方式，确保节段之间能准确对接。节段吊装前应仔细检查确认吊装索具的完好，并调整好桥段，确保钢绳的受力一致。起吊前应进行构件的试吊，反复提升降低多次，确保构件平稳，无安全隐患后才进行正式提升。提升过程应均速、平稳，通过缆风绳调整桥段在空中的相对位置，当构件提升至安装高度后，吊车应缓慢向桥墩处通过倾杆及提升、下降等方式使桥段安装就位。现场完成吊车性能及吊装索具、钢绳检查后，把桥段缓慢提升至安装位置以上 500mm 的高度，指挥吊车按就位方向缓慢同步旋转，当桥段旋转到安装位置时，慢慢落下，梁底距支座约 150mm 左右则停止下落，调整桥段横、纵轴线就位的安装位置，确认桥段的安装位置符合设计后，将桥段缓缓落下，放置在设计指定的安装位置上。对桥段进行调整和临时固定，在确保安全后，吊车方可松钩，进行下一道工序。本工程中，根据场地情况，上层钢箱梁节段吊装最大重量约为 48t，最不利吊装半径为 58m。吊装时根据规范考虑动载系数 1.1，不均衡系数1.1，结合吊钩、吊具及钢丝绳重量为 6t，故吊重 G=(48+6)1.11.1=65.4t，考虑采用一台 400t 履带吊进行单机抬吊（超起工况重型主臂 SHB），施工需求工况为：吊臂长 72m，吊装半径 58m，此工况下吊车起重量为73t65.4t，满足吊装要求。2.3 落梁技术在钢箱梁吊装结束，并焊接成整体后，需要拆除临时支架使之落梁成形。支架拆除采用由上到下由主到次的原则进行拆除。本工程中，对上层钢箱梁，需要先拆除布置在下层钢箱梁上的临时支架，以避免拆除其余支架后，致使此支架受力增大，从而导致下层钢箱梁出现应力过大的情况。下层钢箱梁上的临时支架拆除后，再进行其他支架的拆除。对其余支架，采用先进行支座前后支架的拆除，再进行跨中支架的拆除，最后拆除剩余支架。拆除之前需要对梁底端的高程进行复测，同时在已完成支座安装操作的钢箱梁上也应当同时展开高程复测，一旦高程发生了偏移，现场应当通过调节工作来确保钢梁安装高程的准确。3 结 语随着钢结构桥梁在我国桥梁工程中越加广泛的应用，其施工质量和过程管理越来越受到重视。在复杂的城市交通环境下，需针对项目特点，科学组织桥梁施工，构筑完整可控的质量管理体系，以达到保障钢连续箱梁顺利完成制作、运输、施工等各项工序。参考文献1 水良.城市复杂环境下大跨度钢箱梁悬臂安装施工技术研究 J.城市建筑，2016（14）：85-86.2 叶培杰，李强，王搏.市政桥梁工程中大跨度钢箱梁施工技术管理要点 J.住宅与房地产，2020（08）：157-158.3 张建蒙，李雪.市政桥梁钢箱梁梁段施工安装技术 J.中国新技术新产品，2021（16）：117-119.收稿日期：2023-05-04作者简介：李芳，学士，高级工程师,主要从事市政道路桥梁技术方面的工作。图 2 上下层钢箱梁施工支架设置图