邵倚旻

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

近年來(lái)，隨著城市交通流量的不斷增加，現(xiàn)有城市高架道路建設(shè)發(fā)展不斷提速，新建城市高架橋梁與既有高架橋梁互通連接的情況較為普遍。在城市建成區(qū)復(fù)雜構(gòu)筑物環(huán)境條件下實(shí)施新建城市高架橋梁的施工，建設(shè)條件更為苛刻、技術(shù)難度更為復(fù)雜。

在這種復(fù)雜條件下，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)箱梁是一種常用的手段[1-5]，相比混凝土結(jié)構(gòu)具有分段靈活、質(zhì)量輕、安裝方便等特點(diǎn)。

在城市建成區(qū)域?qū)嵤┐笮弯撓淞旱陌惭b，受到周圍環(huán)境限制，經(jīng)常需要對(duì)鋼箱梁進(jìn)行分段安裝，并采用起重機(jī)械上橋吊裝的方法。本文以上海中環(huán)線滬閔高架路立交西向南匝道新建工程為例，闡述復(fù)雜環(huán)境下的城市高架鋼箱梁上橋吊裝技術(shù)。

針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的鋼箱梁上橋安裝，根據(jù)起重機(jī)作用點(diǎn)位置和支腿反力，對(duì)橋梁承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)證節(jié)段梁分段的合理性，并據(jù)此科學(xué)地進(jìn)行鋼箱梁節(jié)段劃分，確保了老橋橋梁結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)也順利實(shí)施了吊裝方案，為后續(xù)工程在復(fù)雜條件下的鋼箱梁節(jié)段梁分段和吊裝方案合理性驗(yàn)證提供參考。

1 工程概況

上海中環(huán)線滬閔高架路立交西向南匝道（WS轉(zhuǎn)向匝道），是連接滬閔高架和中環(huán)線的一條空中對(duì)接匝道，西起滬閔高架東側(cè)蓮花路上匝道合流點(diǎn)下游處，轉(zhuǎn)向中環(huán)路外圈后止于上中路下匝道起點(diǎn)處，橫跨軌交1號(hào)線和滬杭鐵路，長(zhǎng)度1 008.5 m，共25跨，如圖1所示。

圖1 工程地理位置示意

工程周邊環(huán)境復(fù)雜，在整個(gè)立交區(qū)域需同時(shí)跨越地鐵一號(hào)線、滬杭鐵路、虹梅路跨線橋、人行地道等重要設(shè)施（圖2），特別是跨越地鐵一號(hào)線及滬杭鐵路區(qū)域，鋼結(jié)構(gòu)箱梁的吊裝難度非常大。

圖2 工程周邊復(fù)雜環(huán)境示意

2 復(fù)雜環(huán)境下的鋼箱梁上橋吊裝技術(shù)

2.1 上橋吊裝環(huán)境概況

背景工程鋼箱梁投影面區(qū)域周圍環(huán)境復(fù)雜，上跨地鐵地面區(qū)間、滬杭鐵路，且新建橋梁投影面位于虹梅路跨線橋中央分隔帶位置（圖3），起重機(jī)吊裝作業(yè)禁區(qū)多，位于虹梅路跨線橋區(qū)域的鋼箱梁節(jié)段梁吊裝均需采用起重機(jī)上橋作業(yè)。鋼箱梁的合理分段受橋梁承載能力的限制，將直接影響吊裝作業(yè)的可行性和安全性。

圖3 新建橋梁橋位平面示意

2.2 鋼箱梁分段原則

2.2.1 需考慮滿足大件運(yùn)輸條件

鋼箱梁寬度≤7.5 m時(shí)，其橫向不予分段，順橋方向分段長(zhǎng)度原則上不超過(guò)35 m。鋼箱梁寬度＞7.5 m（弧形段為外接矩形寬度）時(shí)，其墩橫梁為單獨(dú)分段，縱箱梁橫橋向一分為二，長(zhǎng)度原則上不超過(guò)25 m。鋼縱梁橫向分段須考慮分段后構(gòu)架的剛性和強(qiáng)度，其一側(cè)開(kāi)口處需在出廠前加設(shè)支撐進(jìn)行臨時(shí)加固。

根據(jù)吊裝順序，本工程縱橫梁典型分段及接頭形式如下：

1）鋼箱梁寬度＞7.5 m的橫向分段（梁寬≤7.5 m時(shí)橫橋方向不作分段）如圖4所示。

2）縱梁與橫梁對(duì)接以及縱梁與縱梁對(duì)接的接頭形式如圖5所示。

3）變截面連續(xù)梁中橫梁位置接頭形式如圖6所示。

2.2.2 需考慮起重機(jī)上橋吊裝作業(yè)時(shí)的橋梁承載能力

圖5 鋼箱梁對(duì)接拼裝示意

圖6 鋼箱梁對(duì)接拼裝示意

工程地處城市建成區(qū)域，周邊環(huán)境復(fù)雜，起重機(jī)吊裝施工作業(yè)禁區(qū)多，其中鋼箱梁投影面位于虹梅路跨線橋上的區(qū)域，吊機(jī)只能停放在跨線橋上進(jìn)行起重吊裝作業(yè)。工程施工期間，虹梅路跨線橋交通需維持正常通行。為確保起重機(jī)上橋作業(yè)吊裝的安全可靠，根據(jù)各吊裝工況條件下起重機(jī)支腿反力和作用點(diǎn)位置，對(duì)跨線橋的橋梁承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，以驗(yàn)證鋼箱梁分段的合理性。

2.3 鋼箱梁安裝時(shí)的臨時(shí)支撐鋼架設(shè)置

為了配合鋼箱梁分段的安裝，需要設(shè)置臨時(shí)鋼支撐架系統(tǒng)，設(shè)置原則如下：

1）能夠直接坐落在地面以及在跨線橋上能坐落在墩柱蓋梁部位的，均采用市政鋼橋架設(shè)專用的井字形鋼支架。

2）鑒于跨越地鐵一號(hào)線和滬杭鐵路的為弧形轉(zhuǎn)向段，為減少對(duì)跨線橋上的交通影響，采用門式鋼架形式，其一肢鋼支架直接坐落于地面，另一肢鋼支架坐落在跨線橋的中央隔離帶部位，上部橫梁采用鋼桁架形式。

3）在跨線橋非墩柱蓋梁部位設(shè)置的鋼支架，其底部增設(shè)1根順橋方向的鋼結(jié)構(gòu)地梁，地梁兩頭擱置在該跨兩端的墩柱蓋梁位置，以使鋼支架載荷后的重力不直接轉(zhuǎn)遞至橋面。

4）鋼架系統(tǒng)支架或者桁架規(guī)格的選用，均須經(jīng)過(guò)計(jì)算確定。

以本工程12#～13#墩之間的臨時(shí)鋼支撐為例，其布置形式如圖7、圖8所示。

2.4 起重機(jī)支腿反力和作用點(diǎn)驗(yàn)算

在起重機(jī)上橋吊裝作業(yè)期間，虹梅路跨線橋在起重機(jī)吊裝作業(yè)下橋梁承載能力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，吊裝施工不對(duì)虹梅路跨線橋造成破壞性影響。為此采用專業(yè)軟件，計(jì)算各吊裝工況下的吊機(jī)支腿反力，同時(shí)結(jié)合吊裝工況圖和設(shè)計(jì)院提供的工程總平面圖，確定吊機(jī)支腿和梁車作用點(diǎn)位置，將各吊裝工況條件下作用力和作用點(diǎn)位置，進(jìn)行吊裝工況下虹梅路跨線橋橋梁承載能力驗(yàn)算，根據(jù)驗(yàn)算結(jié)論確定鋼箱梁分段和吊裝工況的合理性。

圖7 12#～13#墩臨時(shí)鋼支撐系統(tǒng)示意

圖8 12#～13#墩跨中門式鋼架支撐示意

為分擔(dān)吊機(jī)支腿反力，所有上橋作業(yè)工況下的吊機(jī)支腿位置均鋪設(shè)寬4 m路基箱，分?jǐn)偟鯔C(jī)支腿荷載，并在路基箱與橋面接觸部位鋪設(shè)麻袋，保證路基箱與橋面接觸，防止產(chǎn)生集中應(yīng)力。

在具體的實(shí)施過(guò)程中，首先需要根據(jù)鋼箱梁的分段情況、質(zhì)量、周邊環(huán)境、所采用的吊機(jī)型號(hào)及起重能力，繪制各分段的吊裝工況圖。以背景工程K13孔K13f節(jié)段鋼箱梁為例（圖9），對(duì)起重機(jī)上虹梅路跨線橋吊裝合理性進(jìn)行分析計(jì)算。鋼箱梁節(jié)段質(zhì)量為88 t，采用2臺(tái)200 t汽車吊雙機(jī)抬吊進(jìn)行吊裝施工，起重機(jī)、梁車均停放在虹梅路跨線橋上方。吊機(jī)支腿下方虹梅路跨線橋的橋跨結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，跨度35 m。

然后根據(jù)上述工況條件，確定相應(yīng)計(jì)算參數(shù)，主要包括起重量、起重臂水平位置、起重臂長(zhǎng)、起重高度及工作半徑等，采用專業(yè)軟件對(duì)吊裝工況進(jìn)行模擬分析，計(jì)算出每臺(tái)起重機(jī)的支腿反力。

計(jì)算出吊機(jī)支腿反力后，還需要確定吊機(jī)支腿作用點(diǎn)與既有橋梁的位置關(guān)系，如圖10所示。根據(jù)吊機(jī)支腿作用位置確定既有橋梁受力驗(yàn)算的范圍及參數(shù)，進(jìn)一步復(fù)核吊裝工況的合理性。

圖9 K13f節(jié)段鋼箱梁吊裝工況平面示意

圖10 K13f節(jié)段鋼箱梁吊機(jī)支腿作用位置示意

最后進(jìn)行既有橋梁結(jié)構(gòu)的受力驗(yàn)算。本工程既有虹梅路跨線橋采用“T”梁結(jié)構(gòu)承重，根據(jù)之前的支腿反力計(jì)算得到前支腿最大壓力650 kN，后支腿最大壓力830 kN。荷載通過(guò)路基箱分擔(dān)在2根T梁之上。路基箱按長(zhǎng)4 m，垂直T梁長(zhǎng)度方向計(jì)算。T梁驗(yàn)算時(shí)取2臺(tái)吊車三支腿在同一根梁上的最不利工況進(jìn)行驗(yàn)算，得出T梁彎矩值計(jì)算結(jié)果，并與T梁彎矩抗力限值進(jìn)行對(duì)比，如圖11所示。

圖11 T梁彎矩計(jì)算模型及驗(yàn)算結(jié)果示意

由圖11（臺(tái)階圖為設(shè)計(jì)限值范圍，陰影圖為實(shí)際工況下的計(jì)算彎矩）可知，T梁彎矩滿足設(shè)計(jì)要求。由此可判斷，該節(jié)段梁吊裝工況合理、分段情況合理。否則就需要重新對(duì)吊裝工況進(jìn)行調(diào)整，重新計(jì)算直至滿足既有橋梁的承載能力要求。

本工程在實(shí)施鋼箱梁分段和制定吊裝方案時(shí)，均以此技術(shù)措施驗(yàn)證虹梅路跨線橋區(qū)域吊裝工況的合理性，對(duì)鋼箱梁分段進(jìn)行控制。在實(shí)施過(guò)程中，嚴(yán)格按照驗(yàn)算吊裝工況精心組織施工。在虹梅路跨線橋區(qū)段，在地鐵地面區(qū)間和鐵路上方跨線橋橋面組織大噸位鋼箱梁起重吊裝施工，確保了虹梅路跨線橋結(jié)構(gòu)安全，也確保了跨線橋下方地鐵和鐵路的通行安全。

在該區(qū)域組織吊裝施工過(guò)程中，還委托第三方監(jiān)測(cè)單位，對(duì)吊裝過(guò)程中虹梅路跨線橋的變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映，虹梅路跨線橋的應(yīng)力應(yīng)變值均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，鋼箱梁節(jié)段梁分段控制技術(shù)的實(shí)施得到有效驗(yàn)證。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著近年來(lái)城市建設(shè)的不斷發(fā)展，在城市建成區(qū)復(fù)雜構(gòu)筑物環(huán)境條件下實(shí)施新建城市高架橋梁的施工，周邊環(huán)境更為苛刻、技術(shù)難度更加大。當(dāng)需要進(jìn)行起重機(jī)械上橋作業(yè)時(shí)，鋼箱梁的吊裝直接受到橋梁承載能力的限制，通過(guò)合理的鋼箱梁分段控制，有利于優(yōu)化鋼箱梁節(jié)段臨時(shí)支承點(diǎn)和節(jié)段接縫設(shè)置，減少施工對(duì)城市建成區(qū)交通通行的影響。通過(guò)吊裝工況模擬和計(jì)算分析，能有效驗(yàn)證起重工況下的橋梁承載能力，從而驗(yàn)證箱梁分段的可行性和吊裝作業(yè)的安全性。工程施工中所提煉的城市高架鋼箱梁上橋吊裝技術(shù)，對(duì)于后續(xù)在城市建成區(qū)復(fù)雜構(gòu)筑物環(huán)境條件下的大噸位鋼箱梁起重吊裝施工有著顯著的借鑒價(jià)值和推廣意義。