上跨正在运营的高速公路钢—混凝土结合梁施工工法

郭瑞军

（山西路桥第一工程有限责任公司，山西 太原 030006）

阳西高速H匝道桥第五联上跨正在运营中的太旧高速公路，受施工条件限制，工期、地形、环境、交通运营安全要求等特点，采用钢—混凝土结合梁吊装施工，通过本工法的应用，有效地解决上跨运营高速公路带来的影响，施工速度快，工期短，保证了工程质量和安全。下面介绍钢—混凝土结合梁施工工法。

1 工艺原理

钢—混凝土结合梁的钢梁和箱间横梁都是在工厂加工成节段，运输至现场进行桥位安装，现场施工包括钢梁的梁段吊装，箱间横梁的吊装。现场安装采用在梁段接口处搭设临时支架的安装方式，吊装作业顺桥向从钢桥一端向另一端进行，横桥向从一侧向另一侧依次进行四幅的吊装，并同时吊装对应的箱间横梁，吊车采用1台500 t吊车，钢箱梁吊装、连接完成后，每联3跨钢箱梁桥面板同步施工，同时一次性现浇混凝土成型。

2 钢混结合箱梁施工工法及操作要点

2.1 钢箱梁安装前准备

a）确定吊车的停放位置，以及运输钢梁的车辆停放位置；根据吊车支立位置的实际情况提前对吊车支撑点进行平整、碾压密实，确保吊车支立点密实。

b）汽车吊正式起吊前张臂到最小半径、回转一周用配重压支腿提前确认地基处理是否满足要求。

c）对所有参加施工人员在前期教育、培训考试合格的基础上，每次施工前都要进行一次工前教育，提高施工人员安全意识[1]。

d）钢箱梁安装施工前，备足应急救援物资，协调好机具设备，联系好物资供应单位，缩短供应时间。

e）清除墩柱顶部的杂物，并在临时承重支架上标设控制轴线、钢箱梁摆放的边线及支座中心线，复测砂箱顶部的标高，使之高出梁底标高30 mm。

2.1.1 临时墩的地基处理

在钢箱梁接口位置临时墩，临时墩基础，换填压实后拟采用10 m×4 m×0.5 m的整体筏板混凝土（C30）基础平台。

2.1.2 临时支架结构形式

临时支架基础下铺设C30混凝土，每个临时墩上设4根φ426壁厚为8 mm的钢管支架。

在顶部设直径为 φ250，高 300 mm壁厚10 mm钢管柱砂箱，砂箱内设直径为220 mm，高310 mm，壁厚10 mm活塞。砂箱及活塞下均设开口，并设直径50 mm×壁厚3 mm漏砂圆管，以调节墩顶高度，如图1、图2。

图1 临时支架构造图

图2 沙箱设计

2.1.3 临时支架承载计算

a）钢管临时墩受力分析，当吊梁段A时，我们近似认为，梁段每延米重量近似相当，为均布载荷，受力情况如图3。

图3 吊梁段A时载荷图

本梁段近似看为简支梁（不考虑支架与基础沉降）则受力情况：

F混凝土墩+F钢管临时墩=G梁段A，

弯矩：M混凝土墩=M钢管临时墩=0，梁段可近似认为两端受力相等，则：

F混凝土墩=F钢管临时墩=G梁段A/2.

b）吊第二段时，梁段A、梁段B未焊接成型时其受力情况如图4。

图4 梁段A、梁段B未焊接成型时载荷图

梁段基本相当于简支梁，不考虑支架与基础沉降，则受力为：

F钢管临时墩=G梁段B/2.

c）当梁段A与梁段B连接成型时，近似认为是一段连续的简支梁则受力情况如图5。

图5 梁段A与梁段B连接成型时载荷图

F混凝土墩+F钢管临时墩+F钢管临时墩=G梁段A+G梁段B，

弯矩：M混凝土墩=M钢管临时墩=0，

所以左侧混凝土墩受力情况为：F混凝土墩=G梁段A/2，

A、B梁整体受力情况为：F钢管临时墩=G梁段A/2+G梁段B/2，

右侧钢管临时支架受力情况为：F钢管临时墩=G梁段B/2.

选择承重最大的C—B接口处临时支架计算支架稳定性，C—B段接口临时支架支撑重量为46 t，支架高度为11.5 m；支架自重按8 t计算，施工载荷按4 kN/m2计算，P=4×5×15.9=318 kN，在确保结构安全的前提下，为简化力的传递和计算过程，计算临时支架受力时，按承受荷载平均分配4根钢管计算，但考虑到分配到单根钢管荷载的不均匀性，所以单根管承受荷载乘以1.3的系数，故单根管的竖向最大载荷为：

选用φ300×8的钢管作为支架，钢管的材质为Q235B，故[σ]＝170 MPa ，

计算得钢管截面积：A＝73.388cm2＝0.0073388m2，

查表得钢管的回转半径：i=10.327cm＝103.27mm，

C段钢梁处支架钢管长度：L0=11.5m＝11500mm，

故长细比：λ=L0/i=11 500/103.27=111.36.

根据按已算出长细比数值，查表得出b类截面稳定性系数：φ=0.481，

受压钢管柱的稳定性强度：

故系统稳定。

2.2 钢箱梁吊装方案

2.2.1 钢箱梁吊装流程图

H匝道钢箱梁是双幅开口T梁组成，每幅T梁分为5个吊装段，一个匝道共10个吊装段。吊装流程如图6。

从主墩柱开始依次进行吊装1号-A1（内弧）、B1（内弧）、A2（外弧）、B2（外弧）；2 号 -C1（内弧），C2（外弧）；3 号 -B1（内弧）、A1（内弧）、B2（外弧）、A2（外弧）。

H匝道C段吊装时转臂就位时太旧高速道路双向封闭，梁车、吊车均停在高速公路外侧进行吊装作业，梁车、吊车站位不占用高速。

2.2.2 吊装技术保证

H匝道C制作段为30 m长梁段，自重也最重，且跨路吊装采用吊车一次站位，吊装回转半径最大，C段跨太旧高速，吊装时，吊车停在高速公路太原至石家庄外侧进行吊装。

安装时选用一辆500 t汽车吊,根据500 t汽车吊性能得知，汽车吊吊车臂伸长量为47.3 m时吊重为50 t。钢箱梁最重段是46 t，采用一台吊车吊装。50 t大于46 t，能够成功吊起。

图6 吊装流程图

500型吊车主臂额定技术性能参数：支腿开距=10×9 m，旋转角度 360°，标准配重 =135 t，500 t汽车吊结构尺寸见图7。

2.2.3 钢箱梁施工概述（以C节段的吊装为例）

采用一台500 t吊车一次进行吊装，C节段吊装施工是跨太旧高速吊装，需全幅临时断路吊装。一段钢梁，从吊车起吊到钢梁就位大约需40 min时间。在吊装C段时，施工人员、吊车、梁车全部就位，钢梁挂钩等一切起吊前的所有准备工作就绪，等待断路通知，断路就绪，吊车开始起吊，直到钢梁就位，道路可恢复通车，进行下一段的吊装前准备工作，再次断路吊装。

图7 500 t汽车吊结构尺寸图

此时吊车回转半径为18 m，吊臂长度39.5 m，C1段重44.5 t，C2段重46 t。500 t吊车回转半径18 m，吊臂长47.3 m，可吊重量50 t，满足吊装要求。

吊装时间4 h，其中1.5 h双向全封闭，吊装C1梁段是封闭45 min，在准备吊第二片梁时，中间高速可短暂放行，吊装C2梁再封闭45 min。

吊装完成开口T梁再分别进行相间横梁的吊装，其中在太旧高速路上方为7个相间横梁，吊装跨太旧高速上方相间横梁时需焊接相间横梁及钢模板。

2.2.4 防护设置

本工程为跨太旧高速匝道桥，太旧高速车流量大，桥面施工时有可能坠落施工时所需构件，存在安全隐患，为消除安全隐患，在跨太旧高速梁段设置防坠落网。

所需材料：角钢∠50×5；防护网的材质：聚乙烯密目网，8号铁丝、钢绞线。

防护网布置：角钢高为1.2 m，角钢间距2 m，角钢下部与梁面剪力钉焊接，角钢上部开小孔，穿钢绞线与防护网固定，下部防护网用铁丝与剪力钉固定。钢箱梁上部防坠网设置完成后，两钢箱梁之间设置防坠网，用铁丝与钢箱梁顶部剪力钉固定。

2.2.5 现浇桥面混凝土施工

钢箱梁吊装完成后，相应的防护网安装完毕，就可在桥面现浇混凝土施工。在施工顺序上，计划在钢箱梁吊装、连接完成后，每联3跨钢箱梁桥面板同步施工，同时一次性浇筑混凝土[2]，在保证安全、质量的前提下争取最快的工期。浇筑及养生过程中严格进行控制，要求做好桥面排水，不得将水漫流至太旧高速公路，造成交通事故。

2.2.6 临时支架的拆除方案

钢梁架设及桥面系完工后，将临时支架上砂箱的堵丝同时打开，砂箱内细沙流出，砂箱泄力，拆除支架顶部砂箱。拆除支架顶部砂箱后，将钢丝绳挂在支架侧翻另一侧的2/3高度处起勾，使支架缓缓放倒，再拆除支架连接件。

3 总结

钢—混凝土结合梁钢梁采用工厂加工，运输到施工现场吊装，桥面板采用搭设临时支架法施工，桥面板同步施工，一次性现浇混凝土成型。本工法施工不受地形及环境条件影响，能适用于各种地形复杂的环境及上跨正在运营的公路进行施工；结合梁钢梁由工厂加工，搭设临时支架现场安装同时进行，安装制作较为容易，提高了施工速度，使工期缩短；主梁截面由预制开口钢箱梁和现浇预应力混凝土桥面板通过抗剪连接器组成，安全性高，稳定性好，保证了工程质量。