跨既有桥梁钢箱梁安装关键技术

1 工程概况

嘉兴市区中环快速路新建高架龙凤桥在原龙凤桥之上，跨越京杭大运河，是一种桥上结构桥。桥梁跨径为（65＋95＋65）m，桥长225 m，桥宽25 m，多箱单室连续梁桥，由主纵梁、横梁及Ⅰ字加劲肋组成UHPC结构组合梁，钢箱梁上翼缘及横梁顶面设置剪力键与混凝土桥面板连为整体。新建高架龙凤桥和原龙凤桥横向布置见图1。

图1 新建高架龙凤桥和原龙凤桥横断面

2 安装方案确定

钢箱梁安装方式有自行式吊机整体架设法、门架式吊机整孔架设法、支架架设法等。采用何种方式，要根据跨径大小、场地布置、交通情况、起吊能力等条件来确定［1］。新建高架龙凤桥桥墩最大高度16.80 m，最大跨径95 m，最大跨度单体吊装重量320 t。墩身高，跨度大，吊装吨位大，对吊装设备提出了较高的要求。受原龙凤桥桥面宽度和场地东侧高压线空间限制，门架式吊机整孔架设法难以实施。通过多次勘察现场及反复论证，结合实际条件和多年的施工实践，采用支架架设法安装钢箱梁。通过合理设计吊装节段，工厂内分块加工制造，现场分段环口处搭设临时支架，施工全过程监测，JQ40m/180t架桥机对梁体分段安装。纵向分段长度满足焊缝错开原则，共分9个节段，长度20.15～29.5 m，高度3.3～5.3 m；横向分片满足架桥机工作时的有效宽度，共分为4个节片，宽度3.2～3.5 m。分片最大吊装重量107.3 t。纵向分段布置见图2。

3 临时支架体系

全桥纵向设13排临时支架，用于钢箱梁支撑和架桥机前支腿支撑。其中1#至11#支墩将钢箱梁临时支架作为架桥机的前支腿支撑，并作为钢箱梁和架桥机横向轨道支撑，12#至13#支撑为架桥机轨道支撑，临时支架纵向布置和钢箱梁分段见图2。

图2 临时支架纵桥向布置和钢箱梁分段

3.1 临时支架设计

临时支架采用型钢组合支架。支架从下至上依次为混凝土基础、钢管格构柱、横向分配梁、架桥机轨道、钢箱梁支撑短柱。临时支架基础采用扩大基础，C30混凝土，配双层Φ20@200 mm钢筋网片，基础高度为300 mm。钢管格构柱采用Φ500×12 mm钢管，柱间平联采用20#槽钢，斜联采用16#槽钢。在钢管柱底部设置下封板，下封板与钢管柱焊接连接，下封板与混凝土基础顶面预埋钢板焊接。横向分配梁采用H600×200型钢双拼，架桥机轨道直接放置在横向分配梁表面固定。钢箱梁支撑短柱采用砂箱（活动结构）和调节短柱（固定结构），调节短柱采用25#工字钢，砂箱采用￠200 mm钢管，钢箱梁安装时采用调节短柱临时焊接固定（确保钢箱梁节段稳定安全），后期落架时采用砂箱结构。同一组支墩的两支分配梁顶面一支设调节短柱，另一支设砂箱结构。8号临时支架示意图见图3。

图3 8号临时支架示意

在支架顶端的H型钢横撑上搭设施工平台，顺桥向满铺菱形钢网片作为脚手板，两端支撑在钢管柱横撑上，脚手板与横撑槽钢用铁丝绑扎固定，脚手板距梁底1.5 m左右，在平台四周设脚手钢管防护栏杆。防护栏杆高1.2 m，栏杆外挂密目网以防高空坠物。在钢管格构柱上用Φ14 mm螺纹钢焊接U形爬梯，垂直间距500 mm，每组承重支架与其中1根钢管焊接，供操作人员上下操作平台用。另设1架独立钢制梯子，采用10#槽钢作主梁，槽钢间采用Φ20 mm钢筋作踏步杆。

3.2 临时支架安装

1）浇筑混凝土基础 基础采用C30混凝土，配双层Φ20@200 mm钢筋网片，考虑桥面板强度和减小整体支撑重量，基础高度设计为300 mm。

2）现场拼装制作钢管格构柱钢管格构柱采用Φ500 mm×12 mm钢管，根据桥梁与临时支架基础高程计算支架高度，配置相应长度钢管。钢管格构柱支架在现场拼装制作，在地面组拼完成后整体安装。

3）钢管格构柱与预埋钢板连接 钢管格构柱与基础预埋钢片的连接采用焊接固定。

4）临时作业平台搭设 每组钢管格构柱支撑上焊接一架简易爬梯，结构形式与上下塔吊爬梯类似。搭设临时作业平台，脚手板采用菱形钢网片，作为分配梁及调节短柱安装时作业人员的操作平台，平台四周设脚手架钢管护栏。

5）安装柱顶分配梁和支撑短柱 作业平台搭设完成后，安装分配梁和支撑短柱，钢管柱、分配梁和支撑短柱的连接均采用焊接固定。双拼H型分配梁在地面拼装完成后再进行安装，调节短柱焊接固定在分配梁上。调节短柱长度预留切割量，待钢箱梁吊装时根据底板线形切割预留量。

3.3 临时支架拆除

钢箱梁整体卸载落架后，拆除临时支墩。拆除程序：调节短柱割除→砂箱卸载落架→拆除砂箱结构→分配梁拆除→格构柱拆除→基础拆除。

纵桥向拆除顺序为先中跨后边跨，边跨拆除时对称进行，跨内拆除时先中间后两边。横桥向拆除顺序为先两侧后中间，同一支墩拆除时，横向所有支墩点拆除完毕，再向纵向推移。

4 钢箱梁吊装

钢箱梁吊装工艺流程：现场勘察测量→临时支架安装（含基础施工）→架桥机进场及拼装（小桩号侧）→A节段钢箱梁进场报检→A节段钢箱梁架设（含横梁）→A节段定位及报检→A节段与横梁焊接固定→B节段钢箱梁进场报检→B节段钢箱梁架设（含横梁）→B节段定位及报检→B节段与A节段纵向焊接→B节段横梁焊接固定→再依次进行C、D、E节段安装及焊接→架桥机转场至大桩号侧拼装→J节段钢箱梁进场报检→J节段钢箱梁架设（含横梁）→J节段定位及报检→J节段与横梁焊接固定→I节段钢箱梁进场报检→I节段钢箱梁架设（含横梁）→I节段定位及报检→I节段与J节段纵向焊接→I节段横梁焊接固定→再依次进行H、G节段安装及焊接→合龙段F节段安装及焊接→梁段安装过程中同步进行桥面板和挑臂安装及焊接→全桥安装完成后临时支架卸载→临时支架拆除。

5 各种工况下力学计算和监测措施

5.1 各种工况下力学计算

用桥梁专业分析软件Midas Civil 2015建立架桥机工作时临时支架各种工况模型。计算架桥机在吊装、冲跨时临时支架与地面桥的承载力和变形，临时支架的抗倾覆稳定系数。计算结果均在允许工作范围内。

5.2 施工监测

实时监测架梁过程中临时支架基础和格构柱沉降、格构柱竖向压缩变形量和抗倾覆稳定，地面原龙凤桥的承载力和变形，建立临时支架在架梁过程中的预警系统。

1）监测时间：钢箱梁架设全过程阶段。

2）临时支架基础和格构柱沉降监测：临时支架基础观测点设于柱脚位置，格构柱沉降观测点设于柱顶位置，在临时支架安装完成、梁段吊装过程、梁段吊装完成后分别进行监测。临时支架基础累计变形量不大于5 mm，格构柱沉降监测分段吊装前后沉降差不大于5 mm，格构柱竖向压缩变形量不大于高度的1/1000［2］。

3）分配梁变形监测：H型钢分配梁受载后挠度值不大于跨度的1/400［2］。

4）地面龙凤桥承载力和变形监测：应变和挠度值在允许范围内。

6 结语

嘉兴市区快速路高架龙凤桥通过设置临时支架、架桥机架设钢箱梁、全过程监测方式，优质高效地完成了箱梁施工。钢箱梁桥的平面位置、标高和预拱度均在设计和规范允许范围内。在既有桥梁上采用支架法架设钢箱梁施工时，既有桥梁承载力是否满足要求是方案实施的关键。本工程原龙凤桥荷载试验检测成果其承载力和变形满足要求，且具有较大安全储备，为支架法施工提供了技术支撑。该架设施工技术可行，操作安全可靠，提高了工作效率，缩短了施工工期，解决了因桥位空间限制传统起重方式难以完成的吊装等问题，可供大跨度变截面钢箱梁桥在类似条件下安装施工参考。