钢混组合工字钢梁架设施工技术

钟 长 海

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

钢混组合工字钢梁是近几年交通运输部极力推广的桥梁结构，属于新技术应用范畴，其与传统的钢筋混凝土预制T梁相比具有自重轻、结构受力条件较好、能够提高国家钢铁战略储备等特点。常规使用的组合工字钢梁的架设方法主要有汽车吊法(要求作业场地平整，起吊高度有限)、横向顶推法(要求在桥跨部位搭设临时支架，起吊设备分片吊装拼接)。

由我公司承建的太行山高速公路是河北省太行山区重要旅游通道组成部分，是连接河北省省会与冀中南经济区中邢台、邯郸两市的快速交通走廊，邢台段全线长约83.7 km，双向四车道，整体路基宽约25 m，双向四车道设计。主线大中桥梁共计97座，其中,大百工1号大桥、东牛庄大桥、东柏山大桥、沙河1号大桥、沙河2号大桥、沙河3号大桥等6座桥梁上部构造均采用钢混工字组合梁结构，钢材用量约2万t。钢混工字组合桥梁主要技术参数见表1。

鉴于太行山高速公路钢混组合工字钢梁桥多处于地形陡峻的山区，最大墩柱高度达70多m，采用以上常规施工方法在该工程中无法实施。项目部经研究决定，采用组合工字钢梁专用架桥机进行单跨分两联两次架设完成，解决了目前常规架设施工技术无法实施的问题，施工安全可靠，工效较高。笔者介绍了具体的施工技术。

表1 钢混工字组合桥梁技术参数表

2 设计参数

桥梁跨径40 m，组合梁桥面宽度分2×12.22 m和2×12.75 m两种。现浇桥面板为钢筋混凝土结构，桥面板下设6 mm厚永久钢模板形成组合结构。钢混工字组合梁采用4片工字钢，由2片外主梁和2片内主梁组成，实腹式工字型结构。钢主梁之间通过横梁和横向联系加强其横向联系，端横梁、中横梁采用实腹式横梁，焊接工字形截面[1]；横向联系采用框架式横梁。钢梁中心线处的梁高为2.05 m，梁间距为3.3 m。

钢桥梁分单幅一联3×40 m和单幅一联4×40 m两种形式，一联由三(四)个制作段栓接组成，其中A制作段长46.87 m，B制作段长40 m，C制作段长33.13 m。工字组合钢梁通用结构见图1。

各制作段在钢结构厂内分节制作、运输，于桥位安装现场分梁片组焊成一体，利用架桥机架设安装。钢梁架设步骤见图2。

图1 桥宽12.22 m钢混组合梁标准横断面图(跨中)

3 总体施工方案

根据太行山高速公路邢台段总进度计划，各钢桥需全线同步展开安装施工。由于6座桥相距约34 km，且工程地点为太行山区，所处地形起伏大，不便于吊装施工。考虑到钢桥特点和工期要求，6座钢桥全部采用专用架桥机进行架设。

考虑到单个制作段尺寸大、重量大，施工便道无法满足运输要求，故将全桥钢梁在工厂分节制作，运至桥头路基临时存放区，用吊机组拼工字钢梁，然后将其吊装至轨道运梁平车运梁，送至前方架桥机架设[2]。该专用架桥机设计为前支腿为固定、纵向移动式步履式架桥机，根据现场施工场地条件、架设重量及钢梁尺寸并结合架设施工安全性等要求，最终决定采用半幅两次架设完成。

主要施工工序：

(1)工字组合钢梁在工厂内分节段制作，运至桥头路基临时存放区；

(2)搭建钢梁拼装平台，利用门机或移动式汽车吊将分节段梁片拼焊成一体；

(3)安装双导梁步履式架桥机并完成过孔工况；

(4)吊机吊装钢梁至运梁平车运至架桥机

图2 3×40 m钢混工字组合梁架设步骤示意图

下方；

(5)从桥头一端往另一端架设钢梁，用高强螺栓将每两个梁段栓接为一体；

(6)吊机喂梁，架桥机依次安装钢梁，先完成一幅面(左或右)的安装，最终完成全部钢梁的安装。

4 架桥机的选型

考虑到6座桥梁的安装高度及现场地形条件，全部采用专用架桥机架设法进行钢梁的安装。钢梁制作段在梁场进行拼接，制作段拼接后分梁片进行架设，在桥上完成中间梁片端横梁、中横梁的焊接和横向连接系的栓接[3]。

钢梁各制作段分梁片进行架设，各制作段中的最大架设单元尺寸及重量见表2。

表2 钢梁分梁片制作尺寸及重量表

表2的数据显示，A制作段梁片为最大单元件，最大架设单元尺寸为46.87 m×3.9 m×2.4 m，最大架设单元件重量约为72 t。

为方便架桥机过孔并确保架桥机过孔安全，选用长度78 m以上的架桥机，起重量在120 t以上，中托、后支腿设置横梁和驱动电机，铺设轨道驱动架桥机前移过孔。

该项目选用的架桥机为非标准型产品，为提高架桥机使用范围、满足后续其它工程项目亦可使用，选用了起吊能力为2×40 m/180 t的专用桥架机。

架桥机前支腿支撑在盖梁挡墙上，中心距为11.3 m。中支腿自带横移系统和纵向驱动系统，位于已架设的钢梁上，中心距为11.3 m。为便于架桥机过孔，设置中托和后支腿过孔轨道，轨道中心距为9.9 m，与运梁车共用轨道。

4.1 架设顺序

(1)该工程项目钢梁长度标准不统一，一联之内A段、B段钢梁悬出桥墩6.87 m，段间接缝未处于盖梁中心且钢梁幅面宽度几乎等同于盖梁内开裆尺寸，架桥机前支腿无法布置于盖梁梁面上，只能考虑布置于盖梁两侧的挡块上。

(2)设计专用架桥机的支腿跨距等同于盖梁挡墙中心距，前支腿为固定形式(标准型式为带横移轨道)。

(3)单幅钢梁的架设顺序。单段钢梁分三次架设，先架设1-2号梁片，再架设3-4号梁片，最后架设中间的端梁、中横梁和横向联系，吊装顺序见图3、4。

图3 架设1-2号梁片示意图

图4 架设3-4号梁片示意图

(4)先完成单幅面钢梁的架设，再将架桥机退回至起点，并通过横移轨道将架桥机移至另一幅面进行钢梁的架设。

4.2 架桥机前支腿受力分析

(1)鉴于该方案架桥机为非标准产品，故需对其前支腿最大承重进行验算(吊梁时吊点不对称，分梁片吊装时前支腿受力不对称)。吊装方式、受力情况见图5、6。

(2)钢梁分梁片架设，选用40 m/180 t架桥机，自重约140 t，单个前支腿最大受力约为：N=140/4+43.2×8.95/11.3=69.2(t)。

(3)对前支腿受力情况进行分析，对挡块混凝土抗压强度进行验算。查C30混凝土抗压强度设计值fc=14.3 N/mm2。单根前腿与挡墙的接触面积为：300 mm×300 mm=90 000 mm2，因此，其对挡墙的压强为：

f=69.2×104/90 000=7.7(N/mm2)

抗压强度满足使用要求。

4.3 运梁平车的选型

运梁平车采用自行式轨道平车，在架桥机生产厂家订做，轨距9.9 m，载重120 t。前后车轮组设置驱动电机，通过轨道将梁片从梁场运输到桥位。

5 钢梁安装的施工方法

5.1 总体施工工艺流程

钢板组合梁采用40 m/180 t 架桥机逐跨安装。6座桥均在桥端部设置钢梁组拼场地并为架桥机拼装提供作业面。拼装场内设置龙门吊，钢梁节段利用龙门吊在拼装场内拼接为一体，然后利用运梁平车经桥面运输至架桥机架设区域，采用架桥机拼装完成。

考虑到架桥机的架设能力及架桥机支腿需要立在挡块上，因此，架桥机在架设时需先进行左边两根梁整体的架设定位，然后进行右边两根梁的架设定位，最后安装中间横向联系。一跨拼装完成后纵移至下一跨开始钢板组合梁的架设[4]。

5.2 架桥机的组拼

双导梁步履式架桥机由主梁总成、前支腿、中支腿、后支腿、前天车、后天车、电气系统和液压系统等几部分共同构成一个完整的承载结构体系。

图5 架桥机安装工字钢梁图

图6 架桥机安装工字钢梁最不利受力示意图

架桥机属重型桥梁架设设备。为保证架桥机的正常工作，必须对照厂家使用说明书的相关内容并严格依据现行相关规章制度进行拼装操作。

5.3 钢梁的现场拼装

工字组合钢梁分节段从厂家运至桥头路基临时存放区。利用工字型钢梁段拼装专用胎架进行工字型钢梁的两两二次拼装。安装两个工字型钢梁之间的横梁和横向连接系及钢模板。拼装完成后的工字型钢梁需进行外形尺寸及工字型钢梁相关参数(预拱度、平面线形、横坡等)的验收并需合格。焊接工字型钢梁对接缝和横梁对接缝及钢模板对接缝。探伤工字型钢主梁对接缝和横梁对接缝。探伤合格后，进行工字型钢梁整体涂装处理。安装螺栓连接板，桥位工字型钢梁段通过高强螺栓连接[5]。

5.4 运梁平车及轨道的安装

运梁平车采用自行式轨道平车，轨距9.9 m，载重120 t。运梁平车轨道布置于已安装的钢梁中间两片工字梁顶部，轨道底部按间距90 cm布置枕块，枕块采用倒扣箱形结构，长度为50 cm，箱内高度以高出剪力钉高度为宜(≥24 cm)。运梁平车轨道采用P43轨，连接梁场运梁轨道并与之同轨距、同高程布置。

5.5 架桥机过孔

架桥机过孔以生产厂家的说明书为准，简要过孔步骤为：

(1)架桥机拼装完毕，检查各机构的运转情况，查看旋转机构转向是否正确。将主梁调节至水平状态，做好过孔准备。

(2)架桥机前支腿及后支腿同时顶升，使架桥机主梁脱离中托系统。

(3)架桥机中托系统自动行走至前支腿后方，然后将前后支腿液压系统下落，使主梁落至中托系统反拖轮组上。

(4)铺设钢轨，架桥机前腿提升，天车移至尾部，桥机准备过孔。

(5)架桥机通过后支轮箱组和中托反拖轮箱组的驱动自平衡过至下一孔，同时利用中托横移系统做横向调整至桥墩正上方完成过孔。

5.6 工字钢梁的架设

采用运梁小车将钢梁运至架桥机架设位置后，用架桥机前天车将工字型钢梁在前吊点处提升，使其脱离前运梁平车。架桥机前天车与后运梁平车配合送梁前行，直至工字型钢梁后吊点进入后天车可起吊作业面，后天车吊起钢梁。架桥机前后天车配合前行将工字型钢梁吊至待架设位置。架桥机前后天车配合利用天车横移系统将工字型钢梁安装就位。至此，钢梁架设完成。

重复以上步骤完成整个桥位工字型钢梁架设。

6 实施效果评价

太行山高速公路邢台段钢混工字梁均采用专用架桥机架设，所完成的桥梁包括大百工1号大桥、东牛庄大桥、东柏山大桥、沙河1号大桥、沙河2号大桥、沙河3号大桥等6座桥梁，工字梁钢材用量约2万t，实施工效可达两天一跨，满足工期要求。

7 结 语

该组合钢混工字钢梁采用专用架桥机进行施工，属施工技术创新，解决了目前常规施工技术存在较大风险、施工周期长、施工成本太高而无法满足要求等问题。该专用架桥机取得的有益效果是：该设备施工工效高、结构合理、制造工艺通用、安全可靠、移动灵活、安拆方便，满足施工要求。该组合工字梁架设施工工艺与现行施工技术相比，可以减少汽车吊安装施工平台修筑、横向顶推安装搭设临时支架工程量、减少焊接高空作业等，为类似工程的安装施工提供了一种思路，值得借鉴。