跨既有城市道路钢箱梁整体吊装施工技术

张小刚

摘要：本文针对既有城市交通系统复杂，存在新建桥梁与既有道路交叉多、施工环境复杂、施工难度增加等问题，鉴于钢箱梁跨度大、架设方便等优点，对跨越既有城市道路的钢箱梁整体吊装施工技术进行了研究，重点分析了吊装施工方案比选、钢箱梁节段分块设计、钢箱梁吊装施工技术，为存在交叉施工现象、城市道路交通流大等复杂施工环境的钢箱梁吊装施工提供指导和借鉴。

Abstract： In view of the complicated traffic system in existing cities， there are many problems such as the bridge between newly built bridges and existing roads， complex construction environment and difficulty of construction. Considering the advantages of large span of steel box girder and convenient erection， the whole hoisting construction technology of the beam is studied. The comparison and selection of the hoisting construction scheme， the section block design of the steel box girder and the hoisting construction technology of the steel box girder are mainly analyzed， in order to provide guidance and reference for the steel box girder hoisting construction in complicated construction environment， such as cross construction phenomenon， large urban road traffic flow.

关键词：钢箱梁；整体吊装；城市道路；分块设计

Key words： steel box girder；holistic hoisting；urban road；block design

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0104-05

0 引言

近些年由于我国城镇化的加快，城市的现有交通设施已不满足城市扩张规模后的需求，所以需新修建道路或者改扩建现有道路。而既有城市交通系统复杂，新修建道路与既有道路的交叉越来越多，施工环境也越复杂，施工难度也越来越高。鉴于钢箱梁自重轻、强度高、跨度大、易维修和架设方便等优点，使其在跨越既有线路的大型桥梁建设中得到广泛应用[1]。钢箱梁一般由顶板、底板、腹板和横隔板及加劲肋等通过全焊接的方式连接而成。本文以武汉市跨越竹叶海互通C匝道桥和武汉市三环桥的硚孝高速D匝道2号桥为例，对钢箱梁吊装方案比选、钢箱梁分块设计、吊装技术进行了分析，为同类钢箱梁吊装工程施工提供参考。

1 项目背景

硚孝高速D匝道2號桥第三联钢箱梁位于武汉市东西湖区竹叶海公园内，该联长桥墩编号为D9#、D10#、D11#，跨度为：45m+45m=90m，依次跨越竹叶海互通C匝道桥和武汉市三环桥。钢箱梁桥面宽10m，梁高1.9m，钢结构重量约480t，材质为Q345q-D。图中C匝道桥为其它施工单位与笔者所在单位同期施工工程，存在交叉施工的现象，造成了笔者所在单位施工的不便利。

2 钢箱梁吊装方案选择

2.1 吊装方案比选

通常钢箱梁吊装一般都采用分段吊装和分段拼装方案[2]。原设计方案为分段支架吊装，共分为31个节段，按照线路方向单向顺序施工，而现场施工环境条件复杂，存在交叉施工现象，施工难度大，故需进行方案比选。

2.1.1 原设计分段支架吊装方案

原设计将D9#～D11#钢箱梁分成31节段，单块重量约为21t。搭设支架分段进行吊装施工，按照线路方向单向顺序施工。

此方案优点是：①单块重量小；②加工工艺较简；③现场吊装安全性大；④可采用小吨位吊装设备。缺点是：①设计施工分段施工方案占有武汉三环线行车道，支架需架立在三环桥空心板上，故需考虑三环桥的承载能力能否满足施工要求；②没有考虑同期施工C匝道需从D9#～D10#钢箱梁下穿施工，存在交叉影响。

2.1.2 吊装+顶推施工方案

先将D9#～D10#钢箱梁采用支架吊装施工完毕后，再在施工结束的钢箱梁上组装D10#～D11#钢箱梁后，采用顶推法施工，跨越武汉三环线桥。

此方案优点是相比吊装跨域三环线安全可靠性高，对三环线交通影响较小。缺点是D10#～D11#钢箱梁位于曲线上，顶推施工工艺较复杂，施工成本高。

2.1.3 梁式支架跨越C匝道+大节段整体吊装跨域三环线施工方案

D9～D10#节段跨越C匝道部分采用梁式支架跨越，D10～D11#节段在三环桥中央分割带设置支架，跨越三环部分焊接成两个大的节段整体吊装。钢箱梁共划分为27个节段（其中6节为悬挑段）。

此方案优点为支架施工法工艺简单，避免占用三环行车道，大量焊接工作在地下完成，高空焊接量小，仅需吊装时封闭交通3个小时，安全可靠性较好。缺点是需要在较狭小的施工空间寻找二次拼装场地。

经过综合考虑施工安全和避免施工交叉影响等因素，选择采用方案3。

2.2 吊装设备选择

选择时吊装设备是根据吊物重量和起吊半径确定机型和起吊吨位，本项目由于D2L3-13～D2L3-16、D2L3-17～D2L3-20需在现场二次拼装成整体后，再进行整体吊装，故根据整体节段的重量（最大自重约为68t），选择一台350t汽车吊进行吊装，工况：起重半径R=14m，杆长L=31m，额定起重量78t。

另外其它节段重量均较小（约为24t），故选择一台160t汽车吊，吊装D2L3-1～D2L3-12、D2L3-21，工况：起重半径R=9m，杆长L=30.4m，额定起重量46t。

3 钢箱梁节段划分设计

3.1 横向分块设计

本项目钢箱梁横向分块设计考虑因素为箱梁的结构受力、梁体、翼板横向断面形式、吊装设备的起吊能力等。本项目依据钢箱梁其单箱单室的结构特点，并结合施工现场的支架搭设方案，D9#～D10#钢箱梁常规节段采用横向划分，主箱室和挑臂整体划分，而在跨三环线部分D10#～D11#钢箱梁横向划分同时，挑臂也进行单独划分。（图4）

3.2 纵向分块设计

本项目钢箱梁纵向分块设计考虑因素为箱梁的结构受力、梁体、翼板横向断面形式、吊装设备的起吊能力、现场施工环境、临时支架位置等。D9～D11#钢箱梁纵向分段，节段号：D2L3-1～D2L3-21，挑臂为：D2L3-1A/B，D2L3-2A/B，D2L3-3A/B，共计27个节段（其中6节为悬挑段，其中D2L3-1～D2L3-10节段重量约为24吨左右）。节段划分见图5所示。

4 钢箱梁吊装施工技术

4.1 施工地基处理

4.1.1 施工区域地基承载力计算

施工区域地面进行混凝土硬化。

①支架区域承载力计算：

由节段重量可知，经计算支架传递到地基荷载为112.8kPa。地质评价分析为地基基本容许承载力一般为180～320kPa，可满足施工需求。

②汽车吊施工路面承载力计算：

由350t汽车吊性能可知：

汽车吊自重=84t+107t=191t

构件自重=69t

汽车吊四个支腿处均垫设2.5m×2.5m，厚度30mm的钢板，则汽车吊传递到路面的荷载P2=（191+69）×10/（2.5×2.5×4）kPa=104kPa，根据设计及实际现场资料，地面地质为200mm厚混凝土路面及硬质粘土，σ0=250kPa>104kPa，故满足地基承载力要求。

4.1.2 施工区域场地硬化

根据现场实际情况及吊装方案，将钢箱梁投影面范围、三环线中间设置支架位置、吊车站位及二次拼装范围土质全部进行换填、硬化，如圖6所示。

采用现有地面整平、压实（表面泥浆、扰动的杂填土均需挖出外运）+50cm毛石+10cm碎石换填+20cmC20砼面层（单层钢筋网片，纵横向Ф12@20cm）的结构形式，局部不良部位增加一层50cm毛石+10cm碎石换填，若遇淤泥部位采用抛石挤淤方法实施。

4.2 安装临时支架体系

1D2L3联钢箱梁支架体系根据钢箱梁节段划分和现场实际情况，支架高度按照12米计算稳定性，根据现场实际施工作业面情况进行调整。支架体系采用四根钢管组合成的格构式钢管支架，钢管规格设计？准325×8mm及以上（根据施工现场资源情况，钢管规格可采用？准426×8mm、？准630×8mm），支架上方为H400×400×13×21mm横梁，横梁上方为？准219×8mm调节短柱，三环线中间位置的支架由3根？准630×8mm钢管组成，基础为60cmC30混凝土现浇而成，且支架底座用24根地脚螺栓锚固，加强其稳定性。

4.3 吊点布置

每一分段的箱体按一刚体简化，按40吨计算，制造厂在箱体上对称设置四个吊耳，吊耳采用Q345材质的钢板，设置吊耳的位置尽量要在主隔板上方，若吊耳未设置在主隔板上方，焊接吊耳处需要进行加固。整体吊装最重段吊块需进行设计验算。

4.4 钢箱梁吊装顺序[3]

现场钢箱梁节段吊装选择一台350t汽车吊和一台160t汽车吊作为主吊机，总体吊装顺序为位节段的编号大小顺序，其中跨三环线部分的D2L3-13～D2L3-16和D2L3-16～D2L3-20需在现场二次拼装成整体后采用350t汽车吊吊装，因场地狭小，为避免图中D2L3-13～D2L3-16（图10中1跨）吊装时与小节段吊装发生冲突，故先整体吊装D2L3-13～D2L3-16，再吊装D2L3-16～D2L3-20（图10中2跨）。其余部分D2L3-1～D2L3-12、D2L3-21由一台160t汽车吊由南向北依次吊装。

开始吊装时，应先将构件吊离地面200～300mm后停止起吊，并检查起重机的稳定性、制动装置的可靠性、构件的平衡性和绑扎的牢固性等，待确认无误后，方可继续起吊。已吊起的构件不得长久停滞在空中。

4.5 大节段钢箱梁吊装

D2L3-13～D2L3-16、D2L3-17～D2L3-20在现场按照设计标高进行二次拼装，拼装时设置好钢箱梁预拱度，拼装焊接完成后，采用350t汽车吊直接将构件从二次拼装区域吊装至安装位置，吊车起吊半径R=14m，臂长L=31m，额定起重量为78t，可满足吊装需求。（图11）

按照吊装顺序吊装大节段钢箱梁，先吊装D2L3-13～D2L3-16段，再吊装D2L3-16～D2L3-20，吊装钢箱梁时，临时封闭道路20～30分钟，待钢箱梁吊装就位后，方可解除封闭。临时封闭道路应与路政部门等单位签订协议。

4.6 悬挑节段吊装

跨三环线的钢箱梁吊装完成后，开始吊装悬挑梁，采用50t汽车吊，R=14m，L=36.2m，额定重量为7.5t，可以满足吊装需求。每节段挑臂安装使用码板数量不少于五块，设置在挑臂T型钢上方。挑臂下方与码板安装位置对应的T型钢需与钢箱梁斜腹板焊接牢固。悬挑段安装随主体安装同时进行，挑梁安装时先以挑梁卡具固定，再找正、点焊，悬挑段定位安装完毕要立即把悬挂脚手架搭设好，脚手架上铺设防火棉，防止焊接时火花坠落地面，并在桥面设置好防护栏杆，避免坠物砸伤过往车辆及行人。

4.7 小節段钢箱梁吊装

D2L3-1～D2L3-12、D2L3-21运抵安装现场后采用160t汽车吊和构件车在硬化便道上站位，从10号桥墩向9号桥墩依次吊装就位，汽车吊起吊半径R=9m，臂长L=30.4m，额定起重量为46t，可以满足需求。本项目因其它施工单位已将C匝道桥施工完毕，所以采用门式支架跨越既有桥。

5 结论与建议

随着城镇化的进程不断加快，钢箱梁桥在市政建设中应用越来越多。本项目的吊装方案的成功应用，与精心的设计谋划密不可分，充分考虑了各方面的因素。

①钢箱梁吊装方案比选应充分考虑支架搭设、施工工艺、现场拼装、钢箱梁运输、吊装设备的选用、施工的安全性、经济成本等因素。

②钢箱梁的分块设计必须与结构本身受力、结构形式、吊装方案相结合进行优化。本项目由原来的31块分块吊装优化为27块（含6块悬挑段），顺利实现了跨三环线现场组装整体吊装，跨C匝道桥门式支架吊装的施工方案，降低了对既有城市道路的安全风险，缩短了施工工期，提高了经济效益。

③钢箱梁吊装施工技术设计应遵从以下三大流程：1）地基处理；2）搭设临时支架体系；3）钢箱梁的组装与吊装。

参考文献：

[1]李相周，李晶晶.钢箱梁吊装施工及梁块运输、吊装变形验算[J].公路与汽运，2016（6）：193-196.

[2]杨斌.城市大型立交钢箱梁吊装施工技术[J].广东土木与建筑，2002（12）：36-39.

[3]任东平.钢箱桥吊装施工技术实例[J].中华建设，2016（9）：158-160.