钢箱梁桁架组合桥安装施工关键技术研究

沈 伟

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市200433）

0 引言

钢结构桥梁作为常见的桥梁型式，一般具有美观轻型、型式多样、跨越能力大、抗震性能好、施工快捷等优点，尤其能够显著地解决混凝土抗裂性能差的问题[1]。通常有钢板梁桥、钢桁架梁桥、钢箱梁桥及钢混叠合梁桥等多种形式。其中，钢桁架梁桥不仅能够满足当今快速、重载交通的需求，且架设速度快，对交通影响小，其优美的外观也给城市增添了一道风景线。箱梁桥指主梁为薄壁闭合截面形式的梁桥，其主要优点是抗弯能力大，抗扭刚度强，稳定性好，构造简单，施工便捷。然而，采用钢箱梁桁架组合桥的形式并不多见，上海市春申港桥项目正是采用了该种型式的桥梁，主箱梁上部设两道三角形箱型桁架，设计成“鱼眼”状，即满足了黄浦江沿线桥梁景观的要求，又能利用钢箱梁构造优点，是一个典型的组合结构钢桥梁型式。

1 工程背景及概况

本文依托工程为龙腾大道（龙水南路～罗秀东路）道路工程-春申港桥，该项目位于徐汇区内，全长约190 m。桥址位于春申港汇入黄浦江河口处，桥位处河口形状为喇叭口，规划河道宽26.2～35.1 m，春申港河道级别为区管支河。现状的春申港两岸均建有钢筋混凝土防汛墙。

桥梁跨径布置为20 m+20 m+40 m+58 m+30 m，主桥采用跨径40 m+58 m+30 m 的三跨连续钢箱梁桁架组合结构，在两侧主箱梁上部设两道三角形箱型桁架，跨中桁高9 m，桥梁总宽33.5 m，主桥总长128 m。北侧接主桥为20 m+20 m 简支板梁，南侧接主桥为20 m 落地梁。桥梁断面布置为：1.0 m（桁架）+7.0 m（有轨电车）+1.5 m（机非分隔带）+7.5 m（车行道）+2.5 m（中央分隔带）+7.5 m（车行道）+1.5 m（机非分隔带）+5.0 m（非机动+人行道）。桥梁设计结构见图1 和图2。

图1 桥梁立面示意图（单位：mm）

图2 桥梁横截面示意图（单位：mm）

本文依托工程的结构体量大、构件多，需要合理制定运输方案；同时，该工程现场场地条件复杂，南北两岸情况各异，需要综合考虑现场实际情况，制定合理的安装方案；钢结构安装过程也将涉及各种临时设施，其安全性能也是施工控制的要点之一；此外，钢结构安装的精度控制是施工控制的重点难点。因此，本文针对依托工程的特点，研究制定了分段运输方案，并分析计算了临时支撑和吊点型式的受力性能，因地制宜地制定了安装方案。同时，也总结了钢结构安装质量控制措施，为今后类似工程起到参考作用。

2 运输及安装方案的制定

2.1 运输方案

通过考察现场地形及道路运输条件，研究决定采用低平板加液压平板车的陆地运输方式。为满足构件实际运输条件需求，构件尺寸需要符合以下要求：分段长度应小于40 m、宽度需小于6.5 m、高度应小于4.2 m。因此，根据实际情况制定了运输分段方案，全桥共分为主分段32 件（不含挑臂），具体分段见图3。其中，分段最大运输外形尺寸为35 m（长）×6 m（宽）×3.2 m（高），重量约108 t。根据运输条件和构件尺寸要求，长度30 m 以下的钢梁选用平板车运输，长度30 m 以上的钢梁选用两支点运输。

图3 运输分段轴测示意图

2.2 临时支撑方案

依托工程桥面标高约8.3 m，现状地面标高约5.0 m, 主桥基础及下部结构施工完成并回填压实后，分别在边墩跨内侧和中墩两侧铺设路基箱，路基箱上面设置支撑凳，主梁在支撑凳上拼装焊接。其中，根据构件重量及安装顺序分析可知，最不利支撑凳位于最大纵梁的两端，其中最不利位置支撑凳构造见图4。

图4 纵梁下的最不利支撑凳构造图（单位：mm）

经计算分析可知，最大纵梁下部最不利支撑凳位置的最大竖向受力约为154.2 t，每处设置两个支撑凳， 单个支撑凳最大竖向受力为154.2/2=77.1 t，支撑凳高度约1.8 m，计算简图见图5。

图5 最不利支撑凳计算简图（单位：mm）

依据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015），对最不利位置处的支撑凳进行强度、刚度验算。采用Midas Civil 建立有限元模型，支撑凳中心作用771 kN 的压力。结构计算模型及计算结果分析见图6～图9，计算结果汇总见表1。

图6 结构计算模型图

图7 支撑凳荷载状态下组合应力云图

图8 支撑凳荷载状态下位移量图

图9 支撑凳荷载状态下弯矩图

表1 支撑凳荷载作用下强度及刚度验算结果

验算结论：支撑凳强度及刚度满足规范要求。在应力较大处应加大焊脚尺寸，在上横梁中间位置处加设劲板，加强受力点的承载力，以提高支架凳的整体稳定性。在支架凳的四个落地点确保支脚与路基箱固结。

2.3 安装方案

2.3.1 安装流程

依据构件吊装重量及现场实际情况，选用350 t汽车吊和350 t 浮吊进行吊装。最大吊装外形尺寸为56.2 m（长）×5.9 m（宽）×10.6 m（高），重量约230 t。总体吊装顺序采用先边跨再中跨、先端横梁再纵梁。南边跨安装采用350 t 汽车吊单机吊装，北边跨采用350 t 汽车吊与350 t 浮吊双机抬吊，中跨采用350 t 浮吊吊装。具体安装流程见图10。

图10 安装流程图

2.3.2 场地要求

运输通道：施工便道宽度不小于6 m，原地面压实后上铺50 cm 道渣并压实，地基承载力满足100 kPa。吊装场地：汽车吊作业范围内采用12 t 压路机将原有土基压实，上铺50 cm 道砟，加固至地基承载力满足100 kPa，同时，汽车吊支腿处放置重型路基箱。钢梁拼装场地：原有土基压实，上铺50 cm 道砟并压实，上方浇筑20 cm 素混凝土垫层。河道清淤要求：现状春申港不通航，河口淤泥多，现状水深不满足浮吊作业要求，需对浮吊作业区域按照浮吊吃水深度2.5 m 以上要求进行清淤。

2.3.3 现场组拼

依托工程中跨2 个桁架钢箱梁吊装节段属于超大构件，无法满足市政道路运输要求，故需在工地采用350t 浮吊进行现场总体组拼，登高作业采用登高车。根据现场场地条件，钢箱梁节段的现场组拼场地设置在南岸东侧。钢箱梁组拼平台承重能力将直接影响全桥整体拼装精度[3]。因此，采用以下措施确保组拼场地的承载力：

（1）对组拼场地地基进行整平并压实，上铺200 mm 混凝土垫层找平，并在两侧设置排水沟。

（2）组拼胎架采用钢性路基箱上设置支撑凳，下方铺设重型承重路基箱，路基箱规格为0.224 m×2 m×6 m，该种路基箱承载能力较高，铺设范围为宽15 m×长70 m 整个组拼平台范围。

2.3.4 吊装工况分析

依据总体吊装顺序，先进行南岸两个墩（4# 和5#墩）的端横梁和纵梁吊装，由于南岸现场条件宽裕，可直接采用350 t 汽车吊进行陆地吊装，该工况下，汽车吊和运梁车均停在边跨之间，跨中地面路基事先进行了压实处理，且在汽车吊停放位置设置路基箱板，确保地基承载力满足吊装要求。

北岸的两个墩（2# 和3# 墩）的横梁和纵梁需要在南岸组拼完成后，由350 t 浮吊“送梁”至北岸。其中北岸靠近江边的主墩（3#墩）的横梁直接采用350 t 浮吊进行吊装；远离江边的边墩（2#墩）横梁由浮吊“送梁”，再由350 t 汽车吊陆地上安装；鉴于北岸场地条件限制，汽车吊单独吊装无法满足边跨部分纵梁的要求，故边跨西半幅纵梁采用350 t 汽车吊配合350 t 浮吊共同进行，先由350 t浮吊将纵梁“送梁”至北岸指定位置，然后按照自西向东的顺序依次进行“双机抬吊”，见图11；剩余东半幅纵梁在350 t 浮吊的作业半径以内，单独采用浮吊进行安装即可。

主跨桁架梁、横梁及小纵梁均采用350 t 浮吊进行安装，按照西侧桁架梁(东侧桁架梁(横梁(纵梁(挑臂的安装顺序依次进行，其中最不利工况在两侧的桁架梁安装，该工况下，桁架梁最大吊重约237 t（含吊具重），350 t 浮吊采用作业半径20.2 m，扒杆长度45 m，额定吊重265 t，满足吊装要求。

图11 汽车吊和浮吊双机抬吊工况示意图（单位：mm）

2.3.5 吊点的布设

吊点一般设置在钢梁隔板和劲板相交处的钢梁顶面，当设有隔板和劲板时，可自行设置假隔板和加劲肋进行加固[5]。为确保吊装过程中构件的稳定，吊点位置的选定极为关键。针对一般构件而言，每个分段设置4 个吊耳，4 个吊耳的对角线交点须是钢梁自身的重心位置。由于常规构件较易找到其重心位置，其吊点设置也较为容易，但对于偏心构件来说，设置吊点位置就显得极为重要。

本文依托工程的中跨桁架梁就是典型的偏心构件，也是吊装重量最大的构件，故其吊点的设置务必成为吊装控制的重点。首先，利用CAD 三维模型选取其构件重心；其次，考虑吊装过程中防止构件变形的因素，将其中两个吊点设置在其桁架下缘板上，其余六个吊点均匀设置在纵梁顶面；然后，综合考虑其重心位置、构件特征及索具配置，利用计算机模拟确定其吊点位置；最后，针对吊耳和吊具的选择进行受力验算。其吊点设置见图12。

图12 桁架梁吊点设置图

表2 桁架梁吊点验算结果汇总

吊耳采用A-60 型吊耳，安全负载60 t，桁架梁重约230 t，单机吊装，设置四组吊耳（每组两个），按三组吊耳受力计算，吊耳板材质选用Q345B，角焊缝系数取0.7，其吊耳验算结果见表2。

3 安装质量控制措施

（1）构件就位过程控制措施

首先，吊车或浮吊应停在构件起吊工作半径范围内，运梁车开到起吊范围内；然后，挂索并缓慢上力；先进行试吊，将钢梁吊离运输车30 cm 时暂停，观查吊车或浮吊是否稳定，然后再起吊，把钢梁吊过墩柱，吊车或浮吊旋转移动到安装位置，缓慢落钩，将钢梁上的支座线对准柱顶上的定位线进行就位，然后逐步松钩，待吊车或浮吊只承担10%钢梁重量时，观察临时支撑凳、墩柱、垫石及钢箱梁有无变形，确定安全后方可卸荷；此时，安排工人安装骑马板，进行腹板立缝焊接，然后再脱钩，安装就位完成[4-5]。

（2）构件高程和水平位置调整措施

钢梁架设前，必须对墩柱顶标高、中线以及跨径进行复测，误差应在设计和规范允许范围内。同时，在墩柱顶上划出纵横向十字线，以便于安装支座和钢箱梁架设。钢梁架设完毕后现场采用千斤顶来调节钢梁位置及标高，待线型和标高调整完毕后再进行焊接定位，见图13。

（3）支座保护措施

钢桥在安装未形成整体前，支座暂不能受力，故在支座四周设置保护支撑，支撑面高出支座顶面5mm，以避免吊装时梁底与支座接触。待全桥安装焊接完成后，采用火焰切割拆除保护支撑。同一桥墩处两侧同时对称操作，同一支座处两个保护支撑同时对称操作。

图13 钢梁平面位置及标高调节示意图

4 结论

（1）在制定钢结构桥梁安装方案时，应根据工程实际情况，因地制宜地选择适合的施工方案。本文依托工程通过合理制定施工方案，严格进行施工质量管控，最终顺利完成了全桥的安装工作，实践证明选择浮吊和汽车吊配合的“双机抬吊”的安装方案，既能解决吊装现场的场地需求，又能满足施工质量和安装精度要求。

（2）施工前，应综合考虑运输条件和现场场地情况，制定合理的运输分段方案，选择适宜的运输车辆和路线，确保构件在运输过程中不受损伤。此外，尚应对吊装场地进行地基加固，确保地基承载力满足吊装作业要求。

（3）钢结构安装过程中的临时设施的安全性也是施工控制的重点之一，故应针对施工过程中的临时支撑和吊点等构造设置进行分析验算，确保其受力性能满足规范要求，使施工过程安全可控。

（4）安装精度控制是钢结构桥梁施工中的重点及难点，文中提出了构件就位过程控制措施、高程和水平位置调整措施以及支座保护措施，对今后类似工程有借鉴参考价值。