0 引言

近年來(lái)，隨著交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)公路網(wǎng)密度增加，樞紐工程數(shù)量增長(zhǎng)。我國(guó)地形以多丘陵山區(qū)為主，山區(qū)面積占國(guó)土面積近 70% 。山區(qū)溝谷縱橫，地勢(shì)起伏較大，樞紐工程[1-2為達(dá)到互通立交的目的，以曲線(xiàn)高架橋的形式矗立在地勢(shì)復(fù)雜場(chǎng)地。曲線(xiàn)梁不同于直線(xiàn)梁，受力復(fù)雜，特別是小半徑的曲線(xiàn)梁，屬于典型的空間結(jié)構(gòu)體系，施工及運(yùn)營(yíng)期間會(huì)產(chǎn)生較大扭矩，混凝土橋梁已無(wú)法滿(mǎn)足安全要求。與混凝土梁相比，鋼箱梁具有自重輕、承載能力大、施工快、環(huán)境影響小、曲線(xiàn)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，適用于大跨度橋梁和小半徑曲線(xiàn)橋，在樞紐工程中得到廣泛的應(yīng)用[3-4]。鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能好的前提是制作要精細(xì)，鋼箱梁在大型工廠(chǎng)制作是確保其質(zhì)量的重要措施。由于山區(qū)公路運(yùn)輸條件差，道路曲折彎道多，不適合大節(jié)段成品鋼箱梁的運(yùn)輸，需將鋼箱梁劃分為若干小節(jié)段工廣加工焊接、然后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接成型。鋼箱梁的施工方法主要有支架法[5-6]、頂推法[7-8]等。隨著大噸位起吊設(shè)備的出現(xiàn)、自動(dòng)信息化和數(shù)控液壓設(shè)備的不斷發(fā)展，在部分鋼箱梁工程中采用了同步提升技術(shù)，但主要應(yīng)用于跨河海橋梁，可充分利用水運(yùn)的優(yōu)勢(shì)，而針對(duì)陸地鋼箱梁橋梁整體施工系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工方法研究仍較少。山區(qū)樞紐工程采用節(jié)段吊裝支架法施工時(shí)，臨時(shí)支墩搭設(shè)高度大，對(duì)材料用量大及材料性能要求高，在施工安全和施工成本方面存在較大的局限性。山區(qū)地勢(shì)起伏不定，很多情況下場(chǎng)地受限無(wú)法采用頂推法，而樞紐工程對(duì)跨越既有道路安全及工期要求較高，有必要尋求施工工藝上的突破，提出高效安全的施工方法。

本文結(jié)合依托工程，提出一種高墩大跨鋼箱梁低位拼裝整體提升施工方法，鋼箱梁小節(jié)段運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，先在地面原位拼裝焊接成型，再利用安裝于邊跨上的懸臂提升架體，配備可靠設(shè)備，將拼裝焊接成型的大節(jié)段鋼箱梁整體提升合龍成橋。

1工程背景

某山區(qū)樞紐互通D匝道橋的第二聯(lián)橋跨越既有道路采用連續(xù)鋼箱梁，其跨徑布置為 57m+76m+57m 橋面寬度為 10.5m ，平面曲線(xiàn)半徑為 2200m ，橫坡為2% ，縱坡為 3.438% ，橋墩采用實(shí)心方墩加蓋梁形式。橋位處中跨地面較平坦，橋梁中跨上跨26m寬環(huán)城大道，與路線(xiàn)交叉角度為 27^° 。橋梁立面及平面布置圖如圖1所示，鋼箱梁橫斷面如圖2所示。

圖1橋梁布置圖

圖2鋼箱梁橫斷面圖

由于項(xiàng)目中的既有道路是進(jìn)出該山區(qū)中心城市的唯一通道，道路兩側(cè)的橋墩較高，施工期間既有道路的安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為此，項(xiàng)目所在地交通部門(mén)要求橋梁施工期間既有道路可半封閉，若要全封閉道路需要開(kāi)辟臨時(shí)道路且只能限時(shí)30 d.

2橋梁低位拼裝大噸位整體提升技術(shù)

根據(jù)項(xiàng)目所在地交通部門(mén)的要求，施工期間分兩個(gè)階段開(kāi)展安全預(yù)防措施：（1）道路兩側(cè)橋梁基礎(chǔ)和橋墩施工時(shí)采用半幅路限速通行措施；（2）橋跨施工時(shí)，在橋位周邊開(kāi)辟臨時(shí)道路限速通行，封閉既有道路作業(yè)，時(shí)間 ? 30d。在嚴(yán)苛的工期及要求條件下，技術(shù)人員提出邊跨支架法和中跨整體提升法的新型鋼箱梁施工技術(shù)，即利用高大支架施工完成邊跨及中跨懸臂部分（懸臂長(zhǎng)度為3.45m）的鋼箱梁架設(shè)，在地面上按設(shè)計(jì)線(xiàn)形及預(yù)拱度要求將中跨（69.1m長(zhǎng)鋼箱梁，重443t）拼裝焊接成為整體，在兩端已吊裝完成的鋼箱梁上安裝懸臂提升架和提升設(shè)備系統(tǒng)試吊脫離胎架、精準(zhǔn)調(diào)整姿態(tài)后整體提升 ，就位后與懸臂段對(duì)接合龍連接形成整體，完成體系轉(zhuǎn)換。圖3為該項(xiàng)目鋼箱梁的施工布置圖。

圖3鋼箱梁施工布置圖

2.1低位拼裝平臺(tái)設(shè)計(jì)及鋼箱梁拼接

根據(jù)鋼箱梁設(shè)計(jì)圖和橋位處場(chǎng)地條件，進(jìn)行低位拼裝平臺(tái)設(shè)計(jì)。拼裝平臺(tái)由混凝土條形基礎(chǔ)和支撐架鋼管組成（見(jiàn)圖4），標(biāo)高根據(jù)鋼箱梁設(shè)計(jì)圖的平豎曲線(xiàn)、縱橫坡、設(shè)計(jì)預(yù)拱度和施工預(yù)拱度等進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)平臺(tái)要進(jìn)行地基承載力及支撐架的強(qiáng)度驗(yàn)算。

平臺(tái)安裝并驗(yàn)收合格后按設(shè)計(jì)節(jié)段順序吊裝鋼箱梁，吊裝過(guò)程中用儀器復(fù)核各點(diǎn)位精準(zhǔn)調(diào)整到位后點(diǎn)焊連接縫和工藝碼板固定，施焊嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝文件和該橋設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)規(guī)范的要求，焊接完成后對(duì)焊縫進(jìn)行外觀(guān)檢查和無(wú)損檢測(cè)。

圖4低位拼裝平臺(tái)布置圖

2.2提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)

低位拼裝后的大跨度鋼箱梁重443t，整體提升42.5m到設(shè)計(jì)標(biāo)高后與已架設(shè)好的其他跨鋼箱梁連成整體。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵一環(huán)是安全高效的提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)。提升系統(tǒng)由提升設(shè)備和懸臂提升架組成。

2.2.1提升設(shè)備選擇

提升設(shè)備是為滿(mǎn)足整體提升需要而設(shè)置的。考慮整體提升施工的特殊性，提升設(shè)備選擇具備良好自鎖和同步性能的產(chǎn)品，以確保提升施工的連續(xù)性和提升過(guò)程結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)，市場(chǎng)上多款液壓同步千斤頂設(shè)備均能滿(mǎn)足此需求，具體型號(hào)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際提升重量選擇。項(xiàng)自根據(jù)模型計(jì)算每端懸臂提升架的提升橫梁上布設(shè)2臺(tái)TS200D-300提升頂（公稱(chēng)拉力為200t，提升行程為300mm），1 臺(tái)CPDY14-2D數(shù)控提升泵站；兩端共布設(shè)4臺(tái)千斤頂、2臺(tái)CPDY14-2D數(shù)控提升泵站；在總控室布設(shè)1臺(tái)主控臺(tái)（計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)）；提升鋼索采用 1×7 15.24mm鋼絞線(xiàn)，根據(jù)鋼箱梁重心偏心情況，外弧吊點(diǎn)配置16根鋼絞線(xiàn)，內(nèi)弧吊點(diǎn)配置12根鋼絞線(xiàn)。

2.2.2懸臂提升架設(shè)計(jì)

懸臂提升架設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免高大臨時(shí)支墩的諸多不利效應(yīng)，采用懸臂提升架體，安裝于已經(jīng)完成安裝的邊跨橋面上。充分考慮依托工程鋼箱梁設(shè)計(jì)截面特點(diǎn)，懸臂提升架遵循杠桿原理，由懸臂梁、前枕梁、后枕梁、提升梁、后錨系統(tǒng)組成的型鋼組合架體，通過(guò)后壓梁和精軋螺紋鋼將整個(gè)提升架錨固于已架設(shè)完成的鋼箱梁底部，由鋼箱梁自重平衡提升段的重量。懸臂提升架的工作示意圖見(jiàn)圖5，提升架示意圖見(jiàn)圖6。

懸臂梁是懸臂提升架的主要受力構(gòu)件，共設(shè)4根，長(zhǎng)度根據(jù)構(gòu)件受力分析后確定，縱向布置于鋼箱梁腹板正上方；懸臂長(zhǎng)度不宜過(guò)大，懸臂梁采用 H 型 + 板型鋼組合截面，截面尺寸由計(jì)算確定。

枕梁為懸臂梁的分配梁，將懸挑梁的荷載傳遞至鋼箱梁上，采用雙拼I56a工字鋼，共設(shè)兩根，長(zhǎng)度由懸臂梁的布置確定。枕梁間距為5.5m，前枕梁作為懸臂梁的支點(diǎn)，布置于鋼箱梁懸臂段的端部橫肋上方，對(duì)應(yīng)懸臂梁位置。設(shè)置加勁板進(jìn)行加強(qiáng)，加勁板尺寸由計(jì)算確定。

后壓梁是懸臂提升架的后錨系統(tǒng)組成部分，設(shè)置雙后壓梁，采用雙拼I56a工字鋼截面，兩個(gè)工字鋼翼板的間距為 60mm ，以便 ?50 精軋螺紋鋼錨桿通過(guò)。上下翼板采用 350mm×150mm×20mm 鋼板進(jìn)行焊接連接，連接板縱向間距為1m。

提升梁作為提升設(shè)備的直接支撐梁，承受鋼箱梁荷載，采用雙拼I56a工字鋼截面。兩個(gè)工字鋼翼板間距為140mm ，便于提升索通過(guò)，上下翼板采用20mm鋼板作為綴板通長(zhǎng)連接加固。綴板中心對(duì)應(yīng)吊索位置機(jī)械開(kāi)設(shè)140mm圓孔，用于提升索通過(guò)。提升梁上方安裝液壓千斤頂提升設(shè)備。

錨固梁設(shè)置于鋼箱梁箱室內(nèi)部，采用雙拼I36a工字鋼截面，兩個(gè)工字鋼翼板的間距為 140mm ，便于提升索通過(guò)，兩個(gè)工字鋼上下翼板采用20mm鋼板作為綴板通長(zhǎng)連接加固，綴板中心對(duì)應(yīng)吊索位置機(jī)械開(kāi)設(shè)140mm圓孔，用于提升索通過(guò)。錨固梁兩端與鋼箱室腹板采用對(duì)接焊縫焊接固定，并加設(shè)加勁板焊接增強(qiáng)錨固。

后錨錨固梁采用雙拼I56a工字鋼截面，截面形式同后壓梁，設(shè)置于鋼箱梁底板， ?50 mm精軋螺紋鋼穿過(guò)鋼箱梁箱室后錨固于后錨錨固梁底部。為確保鋼箱梁剛度，錨固梁布置位置靠近箱梁大橫隔斷面。

圖5提升架體工作示意圖

圖6懸臂提升架模型圖

2.3提升系統(tǒng)作業(yè)過(guò)程和鋼箱梁施工及運(yùn)營(yíng)階段的力學(xué)分析

低位拼裝大噸位整體提升技術(shù)屬于高空作業(yè)，工藝復(fù)雜，提升過(guò)程中提升索和懸臂提升架在各個(gè)階段的力學(xué)性能和鋼箱梁在施工及運(yùn)營(yíng)階段的力學(xué)性能滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求是成功的關(guān)鍵。因此，必須對(duì)提升系統(tǒng)作業(yè)過(guò)程和鋼箱梁施工及運(yùn)營(yíng)階段的力學(xué)性能進(jìn)行分析。利用有限元技術(shù)[9-10]開(kāi)展力學(xué)分析具有精度高、效率高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于土木工程的全生命周期分析。對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析時(shí)精度和準(zhǔn)確性受邊界條件、單元類(lèi)型、荷載施加方式及有限元軟件自身特點(diǎn)影響，建議至少采用3種有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證性分析。

在實(shí)施過(guò)程中，利用橋梁博士（設(shè)計(jì)院模型）、MidasCivil和MidasFEA三個(gè)軟件對(duì)項(xiàng)目鋼箱梁提升過(guò)程及運(yùn)營(yíng)階段分別進(jìn)行建模，分析了在結(jié)構(gòu)自重荷載、溫度荷載、提升荷載、風(fēng)荷載等組合效應(yīng)下的鋼箱梁、提升設(shè)備及支架的應(yīng)力和變形。三個(gè)模型的施工階段和運(yùn)營(yíng)階段的分析結(jié)果均在國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi)，說(shuō)明施工臨時(shí)設(shè)施和鋼箱梁的安全性。此外，三個(gè)模型在施工階段的分析結(jié)果互相存在差異，并與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果相比最大偏差為 25% 。

2.4低位拼裝大噸位整體提升技術(shù)關(guān)鍵工藝

為保證合龍精度，確保合龍后鋼箱梁結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，施工中應(yīng)對(duì)關(guān)鍵工序進(jìn)行嚴(yán)格控制。

2.4.1低位拼裝施工放樣

低位拼裝成型鋼箱梁的線(xiàn)形，包括平面線(xiàn)形和立面線(xiàn)形應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，并充分考慮施工預(yù)拱度，在施工放樣時(shí)應(yīng)嚴(yán)格復(fù)核。以成橋的線(xiàn)形反算低位拼裝時(shí)的線(xiàn)形，采用AutoCAD、BIM等技術(shù)進(jìn)行空間模擬，確定低位拼裝各塊段的坐標(biāo)和高程。

2.4.2精準(zhǔn)合龍控制

合龍精度是合龍成敗的關(guān)鍵，也是確保該技術(shù)施工成敗的關(guān)鍵。鋼箱梁拼裝加工時(shí)應(yīng)充分考慮溫度、提升變形引起的梁長(zhǎng)偏差和合龍端口轉(zhuǎn)角量，以保證合龍口焊縫尺寸符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鋼箱梁斷面一般由頂板、底板和多塊腹板組成，合龍時(shí)需要嚴(yán)格匹配對(duì)接，對(duì)接質(zhì)量將直接影響橋梁結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)將偏差控制在設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的范圍內(nèi)。因此，對(duì)于邊跨和提升段合龍端口斷面尺寸要嚴(yán)格復(fù)核，相互匹配，控制錯(cuò)邊量。

2.4.3鋼箱梁整體提升

提升系統(tǒng)安裝完成檢測(cè)合格后即可進(jìn)行試提升、姿態(tài)調(diào)整、整體提升、精準(zhǔn)合龍焊接。采用1.25倍荷載試吊，按五級(jí)加載開(kāi)始提升鋼箱梁，使其上升0.3m后停止提升，靜置約2h，進(jìn)行各項(xiàng)檢查和檢測(cè)，收集相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)提升段端部長(zhǎng)度精準(zhǔn)對(duì)接切割，控制在1cm以?xún)?nèi)。超重卸載完成后，在整體提升段面板上放樣邊跨懸臂端口投影點(diǎn)，并測(cè)量標(biāo)高，根據(jù)設(shè)計(jì)縱坡和橫坡，測(cè)量組收集相對(duì)四個(gè)角的標(biāo)高和平面位置大小樁號(hào)側(cè)邊跨端口標(biāo)高差和橫坡，確定提升段的縱坡和橫坡，并將測(cè)量結(jié)果反饋至提升設(shè)備操作組，根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。調(diào)整時(shí)以一側(cè)相對(duì)的測(cè)量值為基準(zhǔn)，另外側(cè)位置的調(diào)整值根據(jù)測(cè)量值和計(jì)算值時(shí)進(jìn)行單個(gè)千斤頂手動(dòng)調(diào)整。調(diào)整完成后再次測(cè)量復(fù)核和調(diào)整，直到符合要求為止。姿態(tài)調(diào)整完成后，啟動(dòng)提升系統(tǒng)同步提升，同時(shí)利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)測(cè)為提升系統(tǒng)提供調(diào)整依據(jù)并及時(shí)采取措施防止意外發(fā)生。各小組人員按工作部署要求全程在崗，各司其職，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)告總指揮及時(shí)妥善處理，確保同步提升準(zhǔn)確至合龍。

2.4.4 合龍施工

合龍施工宜采用一天中溫度較低 （20° ）的時(shí)間段進(jìn)行，提升至合龍的位置，由作業(yè)人員對(duì)頂板、腹板和底板做標(biāo)記并復(fù)核無(wú)誤后精準(zhǔn)切除?？p隙控制在設(shè)計(jì)及規(guī)范允許范圍內(nèi)，提升就位并精準(zhǔn)調(diào)整后鎖死提升系統(tǒng)，合龍口臨時(shí)固結(jié)。合龍口對(duì)接焊接在20 C 時(shí)進(jìn)行，焊接順序?yàn)椋褐懈拱?$$ 邊腹板 $$ 底板 $$ 橫肋 $$ 頂板。焊縫檢測(cè)合格后進(jìn)行卸載，提升系統(tǒng)拆除，體系轉(zhuǎn)換提升完成。

2.5技術(shù)先進(jìn)性分析

在滿(mǎn)足施工安全及結(jié)構(gòu)受力的前提下，評(píng)價(jià)一項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)性，施工進(jìn)度和施工措施費(fèi)是最重要的因素。

該項(xiàng)目中支架法用時(shí)預(yù)計(jì)73d，而整體提升法18d，施工 詳細(xì)的措施費(fèi)見(jiàn)表1。

表1支架法與整體提升法施工措施費(fèi)對(duì)比表 單位：萬(wàn)元

由表1可知，支架法的措施費(fèi)用為162.35萬(wàn)元，而整體提升法則為116.38萬(wàn)元，與前者相比，后者措施費(fèi)降低了45.97萬(wàn)元。支架法用時(shí)73d無(wú)法滿(mǎn)足交通管理部門(mén)規(guī)定的30d的要求，而整體提升法用時(shí)18d，完全滿(mǎn)足要求。

3結(jié)語(yǔ)

論文提出了一種適用于山區(qū)樞紐工程大跨高墩鋼箱梁橋的場(chǎng)地低位拼裝整體提升法，系統(tǒng)介紹了該方法的主要內(nèi)容和關(guān)鍵工藝。通過(guò)實(shí)際工程驗(yàn)證，表明所提方法與支架法相比，施工費(fèi)用降低46.47萬(wàn)元，工期節(jié)省55d，且滿(mǎn)足交通管理部門(mén)規(guī)定的封路期限。場(chǎng)地低位拼裝整體提升法具有先進(jìn)性，可推廣至其他公路樞紐工程鋼箱梁的安裝施工。

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