城市低净空立体交错立交节段梁架设施工技术★

张清超

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001)

预制节段拼装桥梁施工技术发展迅速，并已广泛应用到常规基础设施桥梁工程中。该项目主线及立交匝道典型预制桥梁采用短线匹配法节段预制悬臂拼装法施工，其中中墩和边墩墩顶0号块采用现浇，1号块采用支架法原位吊装，T构及边跨不平衡段采用大中型的龙门吊、上行式架桥机、履带吊等设备进行悬臂拼装，拼装完成后施工合龙段，形成整体连续刚构梁桥，张拉预应力完成体系转换。而架设过程中的立体交错互通立交预制节段梁低净空架设施工成为本项目控制的重难点，国内常见的立体交错预制梁上跨下穿架设施工，净空较高，纵坡较缓，已实施的类似施工方案针对该项目可操作性不强、经济适用性不高。

1 工程概况

南四环—郑少高速立交为涡轮型枢纽互通立交，该立交依托现状郑少高速改扩建而成，共设置8条匝道，分为上下5层。其中主线桥梁位于立交最上层(主线高架按照节点要求已先行通车)，匝道位于第3层～第4层，自北向南依次为B，H，D，F匝道共计6联(B02，B03，H05，H0，D06，F03)典型预制梁梁下穿主线高架。匝道与匝道上下层位置多处于边跨不平衡段重叠，其中B,H匝道下穿主线桥梁的同时又下穿F匝道。经统计建模发现主线高架桥梁与立交下穿段匝道具有以下特点:1)立交建成后下层匝道距主线梁底最小净空为5.6 m，上下匝道净空仅有5.4 m；2)立体交错匝道均位于曲线转弯段，曲线最小半径为158 m；3)因匝道下穿主线高架的同时需上跨位于第2层的郑少高速和第1层的地面主路，纵坡起伏变化大，最大纵坡为4%；4)下穿匝道箱梁距主线墩柱最小净距仅0.7 m。该项目的既有特点决定了无法采用常规施工方案进行实施。

2 低净空立体交错立交节段梁特点分析及施工方案选择

2.1 典型直线常规预制节段梁悬臂拼装施工工艺

悬臂拼装是一种新型的桥梁架设工艺，直线或曲线半径大的梁型采用轨道式或轮胎式龙门吊架设，墩柱高、曲线半径大的梁型采用上行式架桥机或桥面吊机设备架设，桥墩低的平行匝道采用组合支架+起重式吊车原位吊装，曲线半径比较小的立交匝道同平行匝道架设方案，遇到上下净距较大的多层立交匝道时，应按先施工上层后施工下层的顺序采用桥面吊或汽车吊架设[1]。下面以采用上行式架桥机架设为例简述典型直线常规3孔一联节段梁悬臂拼装施工工艺，如图1所示。

在中墩、边墩0号块下方搭设临时钢管柱并浇筑墩顶现浇0号块→安装上行式架桥机并进行试吊作业→使用架桥机将中墩、边墩的1号段吊装就位，并进行1号湿接缝现浇，等强后张拉T1钢束预应力→使用架桥机原位吊装边跨节段、悬臂对称进行中跨2号～7号段的吊装及胶拼，并依次张拉T2～T7钢束预应力→浇筑边跨和中跨合龙段→等强后进行通长束预应力张拉成联→架桥机过孔前移进行下一联节段梁拼装施工。

2.2 低净空立体交错立交节段梁特点分析

1)立交建成后下层匝道距主线梁底最小净空5.6 m，同时上述6联立交匝道梁中27B006,27B008,27H013,27H015号中墩，27D021,27F010号边墩均位于主线高架桥梁正下方。

根据典型预制梁拼装施工步骤，先搭设中墩两端1号块节段梁承重支架，然后采用起重吊装设备进行吊装，经计算匝道1号块重量约为40.1 t，考虑距离上层主线梁底吊装安全距离及下方已安装好的支撑架后净空高度将不能满足上行式架桥机、桥面吊机、龙门吊等大型吊车吊装需要，同时无法喂梁，进而无成功架设[2-3]。

2)上述立体交错匝道均位于曲线转弯段，曲线最小半径为158 m。

因为曲线半径小，架桥机与梁平面上下投影面不重合，架桥机支腿无处安放，同时无法喂梁，进而无法采用常规直线段使用的上行式架桥机或龙门吊架设。曲线段节段梁后期体内通长束预应力穿束难度大，其中B02联为3×38 m，B1通长束长度为113 m，曲线段节段梁接头预应力管道定位精度要求高，摩阻力均大。

3)下穿匝道箱梁距主线墩柱最小净距仅0.7 m。

匝道节段梁距主线墩柱平面距离较近，该空间无法提供龙门吊行走轨道的位置，进而无法采用轨道式或轮胎式龙门吊吊装设备进行架设。

4)因匝道下穿第5层主线高架的同时需上跨第2层的郑少高速及第1层的地面主路，纵坡起伏变化大，最大纵坡为4%。

因纵坡横坡的设置，节段梁梁底不在一个平面上，精确调整就位难度大，安全风险高。

5)匝道与匝道上下层位置多处于边跨不平衡与边跨不平衡段重叠，例如B,H匝道下穿主线的同时又下穿F匝道(B02联、H05联既下穿主线又下穿F06,F07联)，上下匝道净空仅有5.4 m。

匝道立体交错，施工先后顺序的选择直接决定了施工难易程度、施工进度快慢、安全风险高低、施工成本大小。

2.3 低净空立体交错立交节段施工方案选择

针对立体交错互通立交预制节段梁低净空架设施工，充分考虑跨越车流量较大地面道路、下穿已通车的主线高架及其自身的曲线、交错特点，运用BIM技术预演吊装过程中遇到的问题，考虑施工成本的同时充分优化施工工艺，选用汽车吊、短臂履带吊、多功能折臂吊的组合设备，采用实用新型发明的一种占用空间小的节段梁起吊吊具，由先安装支架后架设1号块改为采用实用新型发明的一种高强度模数式支架跟进方案，以切实解决净空低的难题，较常规架设方案节省架支撑材料租赁费的同时提高架梁速度，同时降低了对道路通行的影响；采用实用新型发明的一种用于预制装配式节段梁拼装施工的多向千斤顶，接触面积大，有效解决重叠匝道净空小、纵横坡大难点。该立交不同交错部位的预制节段梁架设方案如下：

1)B匝道下穿主线部位架设：27B06 T构下穿主线右幅08联，右幅08联梁底距离地面17.057 m,该T构桥面位于右幅08联梁底7.603 m处；27B008 T构下穿主线左幅09联，左幅09联梁底距离地面15.128 m,该T构桥面位于左幅09联梁底5.6 m处,采用常规架设工艺，履带吊+吊具的高度需满足不小于6 m。 经对比分析拟采用的架设方案为使用180 t履带吊(采用1节大臂)加一种占用空间小的节段梁起吊吊具吊装，待1号块吊装至设计位置后，采用叉车将模数式整体支架跟进安装到位，随后采用多向千斤顶支撑，进而完成1号块架设。

2)H匝道下穿主线部位架设：H05联(27H011-012 边跨)由东向西下穿F06联(27F019-018边跨)，F06联(27F019-018边跨)梁底距离地面14.094 m,H05联(27H011-012 边跨)位于F06联(27F019-018边跨)梁底5.431 m处,拟采用60 t+120 t折臂吊进行台梁架设(比单台架梁设备使用的钢丝绳占用空间小，进而适应低净空架设)，如图2所示，待1号块吊装至设计位置后，采用叉车将模数式整体支架跟进安装到位，随后采用千斤顶支撑，完成1号块架设。架设完成后效果如图3所示。

3)B，H匝道下穿F匝道(B02联、H05联边跨下穿F06，F07联边跨)，重叠匝道部位架设有先架下后上和先架上后下两种顺序：

a.方案一先架设下部节段梁，需在已架设完成的节段梁上方搭设跨匝道门洞或者直接在梁面上部直接搭设钢支撑进行上部节段梁架设。施工难点为：采用搭设门洞跨越下部已施工节段梁以承受上部节段梁架设，施工成本高；下部节段梁可承受点荷载小，直接在梁顶面搭设钢支撑，受力复杂，存在较大安全隐患。

b.方案二先架设上部节段梁，待上部节段梁张拉完成后，及时拆除下部承重钢支撑，期间可以提前进行下穿匝道2个T构及1个边跨架设；架设原理同典型预制梁施工。施工难点为，由于上部箱梁架设完成后再次面临下部梁架设空间小的难题。

根据BIM技术模拟预制梁上跨下穿架设全过程施工，针对不同重叠部位的实际情况，分析不同的架设方案的实际成本，对比分析后选择科学、安全、经济适用的架设组合方案。

3 低净空立体交错立交节段梁架设重难点

1)因距离上部梁底净空低，同时距离地面高度有限，节段梁喂梁及就位难度大。

应对措施：运用BIM技术模拟预制梁上跨下穿架设全过程施工，结合现场实际收集真实净空、净距等空间位置关系，使架梁方案更加科学；采用拆解组合式大臂的履带吊、汽车吊和折臂吊组合使用，待梁段提升至设计高程，使用叉车将本项目发明改造的一种节段箱梁悬臂拼装用装配式可移动支架跟进安放，同时采用多向液压千斤顶精确就位。

2)下穿匝道节段梁距主线墩柱净距。

应对措施：控制吊装设备匀速起吊，同时在节段梁4个角安装牵引绳索，匀速起吊节段梁的同时通过操作工人控制牵引绳根据起吊平面位移情况进行纠偏，防止碰撞。

3)立交匝道因上穿下跨需要，纵横较常规梁大。

应对措施：1号块及边跨不平衡段由4个千斤顶增加为6个，同时采用针对此项目实际需要，项目团队发明了一种用于预制装配式节段梁拼装施工的多向千斤顶实用新型专利，螺旋式360°可调球头千斤顶，较好的适应梁底的纵横坡，接触面积大；同时在T构纵坡低的方向4号段增加不平衡支架，以防止梁体失衡，产生倾覆。

4)立交立体交错节段梁曲线半径小，穿束施工困难。

应对措施：针对节段梁通长束长，曲线半径小孔道摩阻力大[4]，穿束困难，施工效率低，项目团队发明了一种节段预制拼装梁通长预应力束穿束施工方法，首先采用单根钢绞线一端焊接等同钢绞线束直径的圆环，试穿孔道，提前处理影响穿束因素，避免整束穿进去退出来，耽误施工进度，其次采用提前将孔道内设计预应力总根数，按编号编束整束穿设，避免钢绞线缠绕现象，保证预应力张拉质量，提高施工质量，最后利用卷扬机穿束，节约人工，加快施工进度，减少施工成本；尤其是对多联连续箱梁，采用两台卷扬机，交替穿束，穿束施工效率显著提高。

5)立体交错节段梁线形多变，线形控制难度大。

应对措施：采用全站仪对架梁的控制点，尤其曲线纵横坡多变处，进行控制点加密，运用BIM软件进行绘制模拟，确保线形控制点精准，上跨下穿吊梁过程中全过程监控，同时采用全自动激光水平仪进行监控和复核，确保上跨及下穿梁体吊装一次到位，确保架梁过程的线型及高程。

a.1号块调整。

1号块运输至现场，先用记号笔在预先规划的梁顶面上做好纵、横轴线标记，待1号块节段梁落位时通过目视节段梁纵横轴线标记与现浇墩顶0号块控制线对准与否，进行梁段粗调就位。首先先调整梁顶面上6个坐标点高程，待坐标点高程调至允许误差范围后，测设1号块中轴线2个坐标点与设计的偏差值，利用支架上方三向千斤顶小范围调节，直至中轴线2个坐标点标高、平面位置均在允许范围内。然后测量左右两侧4个坐标点，根据偏差进行小范围调整，直至6个坐标点的标高、平面位置均在允许范围内，随即进行临时锁定。

b.2号～7号悬臂拼装块调整。

在基准块控制精度以及中间梁段预制精度较高的情况下，孔跨内节段均采用顺拼方式。为尽量减小曲线平面合龙差以及高程合龙差，在张拉临时预应力时，先张拉靠近理论线形侧的临时预应力，再张拉靠近顺拼线形侧的临时预应力。在顺拼线形偏差调整不满足顺拼条件时，采取适当增加局部环氧树脂胶厚度进行调整，单次增加厚度应小于2 mm。

调整方式一：根据已安装节段位置，总体偏转预制线形，使调整线形前端与已安装节段相连，后端指向拼装的末端。该法中，除已安装节段与第二片之间存在接缝差，需要增加局部环氧树脂胶厚度外，其余梁段均不需要增加。

调整方式二：多段调整法是指在偏差较大，在采用如上调整方式不能满足接缝调整需求时，可以采用多段调整方式，每段调整量都不超过接缝缝隙限值，以指向拼装梁端为最终目标。

4 结语

立体交错立交节段梁架设施工根据低净空的不同要求，在无法采用常规设备架设的情况下，认真进行了机械租赁费用的对比研究，选用了折臂吊、汽车吊、拆解组合式大臂履带吊的组合设备形式，结合项目团队根据施工需要所实用新型发明的一种占用空间小的节段梁起吊吊具、一种高强度模数式整体支架等辅助工器具，同时根据立体交错的难点有针对性采取一系列的解决措施，进而科学、灵活、安全可靠、高效、优质地实现低净空下预制节段梁的架设施工，保证了特殊净空下的预制梁的架设质量，经对比分析较传统的支架搭设架梁施工节省架体材料租赁费用95万元，同时施工速度加快了1.5倍，保证了施工工期，得到了业主的认可，对于今后同类工程施工具有重要的指导意义。