跨城市快速路钢箱梁整体式吊装施工方法研究

李松林

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉 430014）

1 工程概况

武汉全力二路A5 联匝道桥为上跨东风大道高架的等高截面钢箱连续梁，中跨底部净空4.5 m，跨度布置为60 m，主梁断面为单箱单式，中心处梁高2.6 m，桥面宽10.5 m，立面位于纵坡、平面位于平曲线上，如图1 所示。中跨钢结构总质量约290 t，材质为Q345q-D。

图1 箱梁平立面布置图

2 施工方案比选

顶推法、吊装法施工主要优缺点[1]见表1。吊装法施工示意图如图2 所示。

表1 方案对比分析

图2 吊装法施工示意图

3 吊装准备

3.1 起重设备选型

中跨箱梁在现场二次拼装后采用整体吊装，吊装半径24 m，梁体分段重量约1 590 kN（159 t）。吊装设备采用三一SCC4000A-2 型履带吊单机作业[2]，履带踏面宽1.5 m，接地长度9.4 m。在HDB 超起主臂工况主要技术参数：主臂长度54 m，工作幅度24 m，超起重配重2 200 kN（220 t），后配重1 500 kN（150 t），中央配重400 kN（40 t）。

3.2 箱梁拼装场地基础处理

原施工区域主要为市政道路基础[3]，局部C30 混凝土硬化处理，履带行走范围铺设30 mm 厚钢板，材质Q235，长边垂直于履带吊放置。拼装场地分两侧布置，单侧安装完成后更换至另一侧，北侧场地协调占用市政道路，如图3 所示。

图3 箱梁拼装场地示意图

4 钢箱梁吊装

4.1 箱梁安装顺序

钢箱梁由13#墩向14#墩架设[4]，在跨中设置临时墩。每节箱梁分块加工按顺序运至拼装场地，依次定位中心线、边线，试拼满足精度要求后进行焊接。

4.2 临时支架设计及安装

原东风高架桥梁为变截面混凝土现浇箱梁，横向五箱室布置。梁底设置临时钢管支架，钢管规格φ478 mm×10 mm，顺桥向3 根、横桥向2 根立柱，钢管底部独立扩大基础面积1.8 m×3.5 m，混凝土厚度0.6 m，支架接触高架桥位置应设置12 个厚度3 cm 的橡胶垫。支架主要技术参数：主分配梁2I40，平联及斜撑槽钢C16a，纱筒调节管φ273 mm×8 mm。桥面支架底面为11 m×1 m 矩形基础，须占用2 股车道，车辆导行按相关规范布置。支架如图4 所示。

图4 支架结构设计图（单位：mm）

计算箱梁吊装施工过程中的支架满布加载时强度，验算其刚度，稳定性及支反力。由MIDAS Civil 建模计算（见图5）。

图5 计算模型

约束：立柱下支点处位移全约束。

载荷：（1）自重。（2）最大钢梁节段重1 590 kN，使用12 个调节管作为支点，竖向施工荷载Fv=钢箱梁吊装转换的节点荷载14.6 kN，水平施工荷载Fh=14.6×0.05=0.73 kN。（3）风荷载，根据JTG/T 3360-01—2018《公路桥梁抗风设计规范》钢梁风载长度=26 m，钢梁风荷载转换的节点荷载Fh1=2.3×26/12（节点数）=5 kN，支架风荷载转换的单元荷载Fh2=300 N/m。

风荷载分项系数取1.1，组合值系数取0.75。荷载组合=1.2×自重+1.4×施工荷载+0.825×风荷载，最大应力65 MPa≤0.8σ（σ 为钢材强度，取215 MPa），最大应力在柱中处，如图6所示。

图6 荷载计算

位移结果：荷载组合=1×自重+1×施工荷载+1×风荷载，支架最大竖向位移1 mm，根据JTG D64—2015《公路钢结构桥梁设计规范》，长度L=3 000 mm，1 mm≤L/500=6 mm；根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》，H=5 m，最大水平位移4 mm＜H/150=33 mm，满足要求（见图7）。反力计算：荷载组合=1×自重+1×施工荷载+1×风荷载，最大反力427 kN，有一根钢管柱有上拔力30 kN（3 t），如图8 所示。

图7 竖向位移计算

图8 反力计算

4.3 起吊点设置

每个大节段拼接整体后焊接吊耳，吊耳固定在梁体腹板上，四点式对称布置，单个吊耳按设计起重量500 kN（50 t）计算，制造厂根据计算确定构件中心，在场内进行试吊。吊耳材料为Q345qd，厚度δ1=30 mm，宽B=240 mm，高H=250 mm，安全系数30/12.5=2.4。

4.4 大节段箱梁吊装

在拼装场地将节段编号A5-D5D6、A5-D7D8 组拼为大节段[5]，最大节段全尺寸为长26 m，宽10.03 m，高2.6 m，节段重量1 590 kN，用SCC4000-2 履带吊超起主臂工况下，回转半径24 m，起吊高度54 m，起吊重量2 190 kN＞1 590 kN，可满足安全要求。在北侧安装D5D6，南侧拼装场地吊装D7D8。实际吊装加载至卸载完成，工期4 d。

4.5 监测点布置

为保证原有桥梁的安全，在东风大道横向设置监测点，原有高架桥的水平位移、竖向位移监测数据较有代表性，位移点布置和观测曲线如图9、图10 所示。

图9 原桥梁北侧点沉降及监测曲线

图10 原桥梁南侧点沉降及监测曲线

施工过程中从上部箱梁加载至卸载，东风大道高架桥沉降最大变量为（南侧点）5.2 mm，施工完毕后东风大道高架桥最大残余沉降为（南侧点）0.1 mm；施工过程中东风大道高架桥水平位移最大变量为（北侧点，向北）3.8 mm，施工完毕后东风大道高架桥最大残余水平位移为（北侧点，向南）1.0 mm。整个施工过程中，原桥梁变形在安全范围。

5 结语

以临时支架加固原有桥梁，作为新建桥梁的临时支点，实现上跨桥梁的整体性安装，既能保证原有桥梁的安全，又能减少对社会交通的影响，在工期和经济性上有较大的优势，且切实可行。