某高架体系钢箱梁施工过程分析

2023-03-20毛迪

科技创新与应用 2023年7期

毛迪

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，哈尔滨 150000）

城市高架体系是城市交通体系之中不可或缺的一部分，然而现场施工条件的复杂性也决定了现场安装的困难性。刘小宇[1]、李昌荣[2]均对复杂交通状况下的匝道桥施工技术作了研究，前者对钢箱梁的加工制作、现场拼装、支架搭设和安装施工进行了要点概况，后者除了这些以外还对交通组织进行了一定的阐述。刘飞[3]、吴效岺[4]分别对大跨度匝道桥施工进行了研究，两者都着重强调了除了现场安装外，钢箱梁的加工制作也十分重要。王从海[5]、江海波[6]、孙仲谋[7]3 位学者对高速公路匝道桥施工要点进行了解析，其中，江海波对匝道桥的常见病害及其产生原因进行了阐述，并针对阐述问题提出了若干意见。

1 工程简介

1.1 匝道桥简介

该项目匝道桥效果图如图1 所示，根据其跨径、尺寸等结构特点及地理位置的分布，分为八段，并根据各种类型匝道桥的构造特点和现场施工条件进行临时支撑系统的布设和施工，八段匝道桥具体如下。

图1 项目效果图

匝道桥NE3-NE6（连续钢箱梁桥）桥梁起点里程为NE0+086.000，终点里程为NE0+218.500，孔跨布置为（36+51+36.436）m，全长123.436 m，桥面宽度为7.5～8.15 m，梁高2.2 m，钢箱梁截面形式为单箱单室，两侧设1.45 m 挑臂，钢箱梁重约为516 t。

匝道桥NE10-NE13 桥梁起点里程为NE0+306.500，终点里程为NE0+431.500，孔跨布置为（37.5+50+37.5）m，全长125 m，桥面宽度为8.15 m，梁高2.2 m，钢箱梁截面形式为单箱单室，两侧设1.45 m 挑臂，钢箱梁重约为532 t。

匝道桥NE13-NE18（连续钢箱梁桥）桥梁起点里程为NE0+431.500，终点里程为NE0+557.500，孔跨布置为（25+20.8+30.7+22.5+27）m，全长126 m，桥面宽度为8.15 m，梁高1.4 m，钢箱梁截面形式为单箱单室，两侧设1.45 m 挑臂，钢箱梁重约为463 t。

匝道桥EN3-EN6（连续钢箱梁桥）桥梁起点里程为EN0+086.000，终点里程为EN0+209.936，孔跨布置为（38+54.5+40）m，全长132.5 m，桥面宽度为7.5～8.15 m，梁高2.2 m，钢箱梁截面形式为单箱单室，两侧设1.45 m 挑臂，钢箱梁重约为565 t。

匝道桥SE3-SE6（连续钢箱梁桥）桥梁起点里程为SE0+090，终点里程为SE0+214，孔跨布置为（36+52+36）m，全长124 m，桥面宽度为7.5～8.15 m，梁高2.2 m，钢箱梁截面形式为单箱单室，两侧设1.45 m 挑臂，钢箱梁重约为520 t。

匝道桥ES0-ES4（连续钢箱梁桥）桥梁起点里程为ES0+070.674，终点里程为ES0+169.481，孔跨布置为（23.5+26+22.5+31.007）m，全长103.007 m，桥面宽度为8.15 m，梁高1.4 m，钢箱梁截面形式为单箱单室，两侧设1.45 m 挑臂，钢箱梁重约为366 t。

匝道桥ES10-ES14（连续钢箱梁桥）桥梁起点里程为ES0+301.481，终点里程为ES0+460.981，孔跨布置为（36.5+50+2×36.5）m，全长159.5 m，桥面宽度为8.15 m，梁高2.2 m，钢箱梁截面形式为单箱单室，两侧设1.45 m挑臂，钢箱梁重约为683 t。

匝道桥ES14-ES17（连续钢箱梁桥）桥梁起点里程为ES0+460.981，终点里程为ES0+605.981，孔跨布置为（45+55+45）m，全长145 m，桥面宽度为7.5～8.15 m，梁高2.2 m，钢箱梁截面形式为单箱单室，两侧设1.45 m挑臂，钢箱梁重约为609 t。

匝道桥非支座处截面图与支座处截面图分别如图2、图3 所示。

图2 非支座处截面

图3 支座处截面

1.2 施工难点分析

该项目作为某城市东二环快速路转换形成的快速路枢纽型立交工程，是该城市4 个方向联系组团及向外辐射重要通道的主要转换节点。该项目处于东西与南北4 个方向的交口，拟建场地现状为原快速路及其辅路两侧的居民区、商铺和办公楼等，施工现场为市内繁华路段，施工条件复杂且构件超限，吊车选型及站位困难，支架布设极其困难，对现场施工提出了很高的要求，项目的质量、安全和进度保证是该项目建设的重中之重。

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2 施工过程分析

2.1 匝道桥的分段

2.1.1 分段原则

匝道桥的安装全部采用装配式安装模式，即桥体在加工厂预制并校检合格之后，运输到施工现场进行安装，该项目匝道桥结构简单，加工制作较为简单，但考虑到现场施工条件的复杂性，应重点考虑桥梁的分段，在前期详图深化时，主要根据以下原则进行桥梁的分段。

1）所有分段位置及分段接口错缝必须满足设计文件及相关规范要求，分段位置与支点位置保持足够的距离，顶、底板及腹板接缝按设计要求进行错缝。

2）充分考虑制造、运输及吊装对钢箱梁节段重量及尺寸的限制，同时也应该保证梁段在吊装和运输过程中的结构稳定性。

3）充分考虑现场施工条件的影响，保证桥梁的分段满足在吊装时最大限度减少对下方既有道路通行影响的要求，并合理安排吊装时间。

4）桥梁的分段应充分考虑桥梁本身的结构特征，避免在重要节点处断开，以免破坏其整体稳定性。

5）考虑吊车的承载能力，最大分段重量不能超过吊车的承载力，坚决杜绝现场发生施工安全事故。

2.1.2 分段详情

八段匝道桥通过技术分析，最后分为34 个节段。其中最重梁段138.7 t，最轻梁段82.7 t，最长梁段33.7 m，最短梁段27.1 m，其具体分段如图4—图6 及表1—表3。

图4 NE3-NE6 分段示意图

图5 ES10-ES14 分段示意图

图6 ES14-ES17 分段示意图

表1 NE3-NE6 分段参数

表2 ES10-ES14 分段参数

表3 ES14-ES17 分段参数

2.2 现场安装

1）基础布设。临时支架基础要与原有路面接触牢固，基础最小尺寸为800 mm×800 mm×500 mm，预埋板尺寸为20 mm×500 mm×500 mm，预埋板与基础钢筋竖筋为穿孔焊接；由于原路面为沥青混凝土路面，因此临时基础要对原路面进行植筋，植筋深度不小于500 mm，混凝土保护层为25 mm，具体基础结构形式如图7、图8 所示。

图7 临时基础钢筋布置

图8 埋件及基础结构形式图

2）临时支架的选择。临时支架结构立柱采用Φ426×8 mm 的钢管，横梁采用56b 双拼工字钢，横撑及斜撑采用[14a 槽钢，第一种立柱间距为3 m×4 m，每4 个立柱组成一个独立结构，如图9 所示，每个临时支架设置3 个独立结构，共计12 根立柱；第二种立柱间距为3 m×4 m，4 个立柱组成独立结构，如图10 所示，每个临时支墩1 个独立结构，共计4 根立柱；为便于竣工后临时支墩的拆除，双拼工字钢横梁采用通长安装。

图9 第一种支架形式

图10 第二种支架形式

图10 座椅位移云图

2.2.2 钢箱梁吊装

由以上的分段可得，匝道桥34 个节段中，最重节段为138.7 t，最长节段为33.7 m，拟采用2 台300 t 吊车进行吊装。经分析，决定采用从小里程向大里程的顺序进行安装，下面对NE3-NE6 段进行吊装简介。

NE3-NE6 段钢箱梁合计4 个吊装节段，分别为T1、T2、T3 和T4，最大吊装重量为123.9 t，最大吊装长度为33.7 m，吊装顺序为T1-T4，分别为2 台汽车吊在钢梁两端进行吊装，具体如图11、图12 所示。

图11 T1-T4 段吊装立面图

图12 T1-T4 段吊装平面图

3 施工安全计算

3.1 建立模型

为了确保施工安全性，需要对支架进行安全验算。应用MidasCivil 数值模拟计算软件进行建模，模型中的立柱、斜撑、横撑和横梁均采用梁单元进行模拟，所有结构材质均为Q235B，钢管与横撑及斜撑之间采用共节点连接，I56b 钢横梁与其下的支撑点之间采用弹性连接的刚性连接，如图13 所示。

图13 支架模型

3.2 模拟结果

3.2.1 第一种支架

1）数值模拟结果。对于第一种支架，选取最危险工况下的施工受力计算。模拟发现，整个结构的最大应力为83.4 MPa＜205 MPa，最大满足要求，如图14 所示。对于立柱、斜撑、横撑和横梁的最大应力和变形见表4，由表4 可知，应力、变形均满足要求。

图14 支架应力云图

表4 应力与变形1

2）稳定性计算。λ=l/i，式中，λ 为长细比，l 为构件计算长度，i 为杆件的回转半径。φ426*8 钢管的回转半径i=112.9 mm，计算长度2 m，λ=2 000/112.9=17.7＜150，满足要求。查GB 50017—2017《钢结构设计标准》得计算稳定系数0.985，钢管实际最大应力为83.39/0.985=84.66 MPa＜205 MPa，符合要求。[14a 槽钢的回转半径i=61 mm，计算长度3.6 m，λ=3 600/61=59＜150，满足要求。查GB50017—2017《钢结构设计标准》得计算稳定系数0.886，[14a 槽钢实际最大应力为43.15/0.886=48.7 MPa＜205 MPa，符合要求。

综上所述，该支架从应力、挠度及稳定性方面，均满足规范要求。

3.2.2 第二种支架

数值模拟结果。对于第二种支架，选取最危险工况下的施工受力计算。模拟发现对于立柱、斜撑、横撑和横梁的最大应力和变形见表5，由表5 可知，应力、变形均满足要求。