摘要 為了提高上跨既有高速公路的鋼箱梁施工質(zhì)量，文章以泉南高速公路改擴(kuò)建新增清流縣桐坑互通及連接線項(xiàng)目為研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)施工方案對(duì)比，選擇了臨時(shí)支撐分段吊裝方案。隨后，從鋼箱梁節(jié)段劃分、加工、預(yù)拼裝、涂裝、運(yùn)輸、吊裝等環(huán)節(jié)闡述了施工要點(diǎn)。最后，利用Midas Civil軟件建立臨時(shí)支架的計(jì)算模型，分析了其在不同工況下的應(yīng)力和變形，并分析了臨時(shí)支架的施工和拆除要點(diǎn)，研究成果可為類(lèi)似鋼箱梁項(xiàng)目施工提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 鋼箱梁；上跨高速公路；施工要點(diǎn)；工程案例；計(jì)算模型

中圖分類(lèi)號(hào) U445.46文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）23-0063-04

0 引言

隨著高速公路網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，越來(lái)越多的橋梁施工需上跨高速公路，在很大程度上提高了施工難度。近年來(lái)，鋼箱梁橋因具有重量強(qiáng)、強(qiáng)度大、承載能力高等優(yōu)勢(shì)，在公路橋梁中的應(yīng)用日益廣泛。如果鋼箱梁橋施工質(zhì)量控制不當(dāng)，會(huì)給橋梁運(yùn)營(yíng)帶來(lái)巨大的安全隱患。目前，鋼箱梁施工常用方法有分段頂推法、懸臂拼裝法、分段吊裝法等，其中分段吊裝法的施工優(yōu)勢(shì)最大^[1]。因此，該文主要針對(duì)分段吊裝法來(lái)研究鋼箱梁上跨既有高速公路施工技術(shù)要點(diǎn)。

1 鋼箱梁上跨既有高速公路施工方案比選

1.1 工程概況

1.1.1 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

泉南高速公路改擴(kuò)建新增清流縣桐坑互通及連接線項(xiàng)目位于三明市清流縣溫郊鄉(xiāng)桐坑村，屬于省、市重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目包括互通立交工程、連接線工程，其中桐坑互通采用“A形單喇叭”方案，A匝道2號(hào)橋和桐坑大橋均上跨泉南高速公路?；ネ▍^(qū)主線設(shè)計(jì)速度為100 km/h，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為高速公路，雙向四車(chē)道；互通區(qū)內(nèi)的5條匝道總長(zhǎng)度為2.2 km，設(shè)計(jì)速度為40 km/h，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)公路，路基寬度9～19.5 m不等；連接線工程全長(zhǎng)5.7 km，設(shè)計(jì)速度為40 km/h，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)公路，雙向兩車(chē)道，路基寬度為8.5 m。

1.1.2 鋼箱梁橋設(shè)計(jì)參數(shù)

桐坑互通A匝道2號(hào)橋起訖樁號(hào)為AK0+527.500～AK0+598.000，橋長(zhǎng)為70.5 m，上部結(jié)構(gòu)為1×56 m單箱三室簡(jiǎn)支鋼箱梁橋，梁高2.63 m，橋面寬16.5 m。橋臺(tái)采用樁基U臺(tái)，橋臺(tái)處設(shè)置D-80伸縮縫、L=8 m搭板，基礎(chǔ)采用矩形承臺(tái)接灌注樁基礎(chǔ)。

桐坑大橋起訖樁號(hào)為K1+239.575～K1+299.575，橋長(zhǎng)為60 m，上部結(jié)構(gòu)為1×50 m簡(jiǎn)支鋼箱梁橋，梁高為2.43 m，寬9.5 m，橋臺(tái)采用樁基U臺(tái)，基礎(chǔ)采用矩形承臺(tái)接灌注樁基礎(chǔ)。

鋼箱梁橋的具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

1.1.3 鋼箱梁橋建設(shè)條件

項(xiàng)目所在區(qū)域的地貌單元主要有剝蝕丘陵及山間沖洪積溝谷地貌，整體地勢(shì)北低南高，即路線起點(diǎn)低，沿著路線前進(jìn)方向逐漸抬升，在路線終點(diǎn)達(dá)到最高。項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明，年降雨量大，年均降水量為1 771.3 mm，主要集中在4—6月。同時(shí)，沿線水系較發(fā)達(dá)，雨季水位暴漲，山洪多發(fā)。

1.2 施工方案比選

由于鋼箱梁橋上跨高速公路，施工難度大、施工工藝復(fù)雜，結(jié)合實(shí)際情況，該文比選了架橋機(jī)逐跨安裝、頂推、臨時(shí)支撐分段吊裝等方案，具體見(jiàn)表2^[2]。

經(jīng)對(duì)比，擬選擇施工費(fèi)用低、施工工期短、對(duì)交通干擾小的分段吊裝方案來(lái)施工鋼箱梁橋，關(guān)鍵施工步驟如下^[3]：①鋼箱梁分成若干節(jié)段后，其體積減小，吊裝重量少，故將鋼箱梁橫向分塊、縱向分節(jié)后加工構(gòu)件；②預(yù)拼裝無(wú)誤后按節(jié)段運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行總拼吊裝，吊裝工藝如圖1所示；③在上跨高速公路上設(shè)置臨時(shí)支撐，分階段拼裝鋼箱梁階段；④施工結(jié)束后，及時(shí)拆除臨時(shí)支撐。

2 鋼箱梁橋施工要點(diǎn)分析

2.1 鋼箱梁橋節(jié)段劃分

2.1.1 節(jié)段劃分原則

結(jié)合相關(guān)研究成果，鋼箱梁節(jié)段劃分應(yīng)堅(jiān)持以下原則^[4]：①受力簡(jiǎn)單。鋼箱梁節(jié)段劃分應(yīng)選在剪切力、彎矩較小的位置；②尺寸合理。鋼箱梁節(jié)段尺寸劃分應(yīng)合理，不宜過(guò)大或過(guò)小。如果節(jié)段過(guò)小會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)施工工作量和施工難度，節(jié)段過(guò)大會(huì)增加運(yùn)輸難度，對(duì)沿線道路的損傷嚴(yán)重；③焊接簡(jiǎn)單。減小鋼箱梁的焊接難度，鋼箱梁劃分應(yīng)橫向+縱向相結(jié)合。

2.1.2 節(jié)段劃分結(jié)果

根據(jù)A匝道2號(hào)橋和桐坑大橋鋼箱梁的實(shí)際寬度及實(shí)際運(yùn)輸條件，將鋼箱梁在橫斷面上分為3段、縱向分為4段，即每個(gè)鋼箱梁均劃分為12段，編號(hào)均為L(zhǎng)1～L12，如圖2所示。

鋼箱梁橋節(jié)段劃分完成后，統(tǒng)計(jì)了各個(gè)節(jié)段的尺寸和重量。A匝道2號(hào)橋所有節(jié)段的高度均為2.63 m；節(jié)段L1、L4、L7、L10的寬度均為4.9 m，節(jié)段L2、L3、L5、L6、L8、L9、L11、L12的寬度均為5.8 m；節(jié)段L1、L2、L3的長(zhǎng)度為15.66 m，節(jié)段L4、L5、L6的長(zhǎng)度為14 m，節(jié)段L7、L8、L9的長(zhǎng)度為13 m，節(jié)段L10、L11、L12的長(zhǎng)度為13.16 m。

桐坑大橋的節(jié)段L1、L4、L7、L10高度為2.6 m，寬度為5.8 m；節(jié)段L2、L3、L5、L6、L8、L9、L11、L12的高度為0.516 m，寬度為1.85 m；節(jié)段L1、L2、L3的長(zhǎng)度為13.66 m，節(jié)段L4、L5、L6的長(zhǎng)度為14 m，節(jié)段L7、L8、L9的長(zhǎng)度為12.039 m，節(jié)段L10、L11、L12的長(zhǎng)度為10.223 m。

2.2 鋼箱梁構(gòu)件加工和節(jié)段預(yù)拼裝

2.2.1 構(gòu)件加工

鋼箱梁橋所有構(gòu)件都應(yīng)在加工廠加工，鋼板下料時(shí)鋼板不能有裂紋、破損等缺陷，且板件要保持平直、光滑。否則，應(yīng)磨去鋼板邊緣的飛刺、掛渣等^[5]。此外，坡口應(yīng)采用自動(dòng)或半自動(dòng)切割方式，嚴(yán)禁手工切割，切口尺寸和允許偏差應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2.2.2 節(jié)段初拼裝

構(gòu)件加工完成后要結(jié)合相關(guān)圖紙?jiān)敿?xì)核對(duì)零件編號(hào)、外形尺寸、坡口方向等信息，核對(duì)無(wú)誤后按底板→橫隔板→腹板→頂板→懸挑構(gòu)件順序?qū)寮M成梁段^[6]。

出廠前要對(duì)相鄰節(jié)段在胎架上預(yù)拼裝，胎架長(zhǎng)度應(yīng)大于5個(gè)梁節(jié)段長(zhǎng)度。拼裝前要徹底清除待焊區(qū)域50 mm內(nèi)的鐵銹、氧化鐵皮、水分、油污等有害物，使構(gòu)件表面顯露出金屬光澤。

2.3 鋼箱梁節(jié)段涂裝

2.3.1 涂裝要求

鋼箱梁結(jié)構(gòu)涂裝前要除銹，除銹等級(jí)取Sa3.0級(jí)，且除銹4～8 h內(nèi)完成涂裝工作。由《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JT/T 722—2023）可知，鋼箱梁各部位所處環(huán)境不同，涂裝方案也不同，具體涂裝要求如下：對(duì)于直接暴露于大氣中的鋼箱梁外表面，涂裝耐久性≥20年；橋面板表面的涂裝層要有良好的附著力，需工地焊接的焊縫兩側(cè)各5 cm范圍內(nèi)不必在工廠涂裝，現(xiàn)場(chǎng)施工后再涂裝。

2.3.2 涂裝方案

基于上述要求，總結(jié)了A匝道2號(hào)橋和桐坑大橋梁體各個(gè)部位的涂裝方案，見(jiàn)表3^[7]。

車(chē)間進(jìn)行涂裝施工時(shí)，梁段應(yīng)預(yù)留一部分不做涂裝，以免影響現(xiàn)場(chǎng)焊接?，F(xiàn)場(chǎng)焊接完成后，該部分應(yīng)重新修磨、除銹，并按上述方案進(jìn)行涂裝。

2.4 鋼箱梁節(jié)段運(yùn)輸

鋼箱梁節(jié)段宜采用公路運(yùn)輸方案，在運(yùn)輸前要勘察運(yùn)輸線路，確保路線可通行性好，并向交通運(yùn)輸管理部門(mén)報(bào)批。為了保證運(yùn)輸安全，防止鋼箱梁節(jié)段在急轉(zhuǎn)彎、上下坡等段失穩(wěn)，節(jié)段堆放不超過(guò)兩層，墊板設(shè)置在同一水平面上（支點(diǎn)受力更均勻），采用“順八”字和“逆八”字將節(jié)段捆扎牢固。

鋼箱梁節(jié)段運(yùn)輸應(yīng)選在夜間或清晨交通量小的路段，以減少對(duì)正常交通的影響，且運(yùn)輸時(shí)車(chē)輛勻速前進(jìn)，車(chē)速控制在20～25 km/h。此外，在夜間運(yùn)輸鋼箱梁時(shí)，運(yùn)輸車(chē)輛需懸掛警示燈，設(shè)備四周需粘貼反光膜，從而提示其他夜行車(chē)輛，防止發(fā)生安全事故。

2.5 鋼箱梁節(jié)段吊裝

2.5.1 吊裝機(jī)械

為了保證鋼箱梁節(jié)段的吊裝質(zhì)量，吊裝機(jī)械選擇時(shí)應(yīng)堅(jiān)持以下原則：①安全性原則。選用的吊裝機(jī)械的吊裝能力要有一定安全系數(shù)，嚴(yán)禁用起重能力小的起重機(jī)超負(fù)荷吊裝重量大的構(gòu)件；②經(jīng)濟(jì)性原則。吊裝機(jī)械的安全系數(shù)不宜過(guò)大，不宜使用臺(tái)班費(fèi)機(jī)械，以更好地控制施工成本；③便捷性原則。技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況確定吊車(chē)位置、起吊最大高度、回轉(zhuǎn)半徑等，優(yōu)先采用單機(jī)吊裝方案。

經(jīng)比選，A匝道2號(hào)橋和桐坑大橋的節(jié)段均采用“1臺(tái)350 t汽車(chē)吊+1臺(tái)25～50 t汽車(chē)吊”的吊裝方案，臂長(zhǎng)31 m，吊車(chē)半徑分別為14 m、16 m，額定起吊重量分別為68 t、78 t?？紤]1.25倍動(dòng)載系數(shù)后，吊裝機(jī)械的吊裝能力均能滿足施工要求。

2.5.2 吊耳和鋼絲繩驗(yàn)算

鋼箱梁節(jié)段吊裝時(shí)，建議將吊耳焊于鋼箱梁頂面并增設(shè)加勁板。吊耳要有足夠的承載力，其安全性驗(yàn)算可從抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度兩方面開(kāi)展，見(jiàn)式（1）和式（2）^[8]：

式中，N₁、N₂——吊耳所受的拉力和剪切力（kN）；A_s——吊耳受力截面積（m²）；f_y、f_v——吊耳的抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度（MPa）；γ——安全系數(shù)。

鋼絲繩主要承受拉應(yīng)力，只驗(yàn)算抗拉強(qiáng)度即可，見(jiàn)式（3）：

式中，N₃——鋼絲繩所受拉力（kN）；A_g——鋼絲繩總截面積（m²）；f_g——鋼絲繩抗拉強(qiáng)度（MPa）。

2.5.3 吊裝要求

A匝道2號(hào)橋和桐坑大橋鋼箱梁吊裝時(shí)先吊中間、再吊內(nèi)側(cè)、最后吊外側(cè)，具體吊裝為L(zhǎng)1→L2→L3→L4→L5→L6→L7→L8→L9→L10→L11→L12。

鋼箱梁段起吊時(shí)，應(yīng)在整體梁段離車(chē)板50～100 mm時(shí)停車(chē)，檢查梁塊的平穩(wěn)度是否符合組裝要求，并觀察承壓地面是否有下沉跡象，各條鋼絲繩受力是否均衡，是否能滿足載荷的要求。在確認(rèn)無(wú)安全隱患后才能正式起吊。

梁段吊裝要安排專(zhuān)職人員指揮，且信號(hào)明確清晰，梁段提升或下降過(guò)程要保持勻速，嚴(yán)禁急剎車(chē)，吊臂旋轉(zhuǎn)，變幅時(shí)應(yīng)緩慢起步。為了控制鋼箱梁標(biāo)高、線形等，吊裝前宜在臨時(shí)支架橫梁上增設(shè)擋塊。

鋼箱梁定位完成后，應(yīng)及時(shí)將鋼箱梁與支座臨時(shí)焊接固定，箱梁兩側(cè)使用方木作為頂撐，頂撐角度與水平面夾角宜取70°～75°。同時(shí)，為了避免焊接應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致鋼箱梁結(jié)構(gòu)破壞，應(yīng)按下述順序焊接箱梁節(jié)段：腹板的立對(duì)接焊縫→底板的平對(duì)接焊縫→頂板的平對(duì)接焊縫→對(duì)接焊縫探傷合格后，焊接縱肋。

2.6 臨時(shí)支架

2.6.1 臨時(shí)支架安裝

鋼箱梁安裝時(shí)需在泉南高速上搭設(shè)臨時(shí)支架，臨時(shí)支架的立柱采用9×φ630 mm的鋼管柱，平聯(lián)為2×25a，鋼管柱頂部采用720 mm×720 mm×14 mm樁帽結(jié)構(gòu)，并設(shè)置反光標(biāo)志。由于A匝道2號(hào)橋的1號(hào)支架和2號(hào)支架距離分段邊線較遠(yuǎn)，在鋼箱梁挑臂分段底板處增設(shè)了一個(gè)臨時(shí)斜撐。

在地面上將鋼管柱同平聯(lián)斜撐焊接完成后，采用25 t汽車(chē)吊整體吊裝安裝，并在安裝時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)其平面位置和垂直度。鋼管樁接高時(shí)的頂標(biāo)高應(yīng)保持一致，否則應(yīng)在樁頂設(shè)置鋼墊塊、薄鋼板等調(diào)整頂標(biāo)高。此外，鋼箱梁橋施工前要對(duì)臨時(shí)支架進(jìn)行預(yù)壓，防止地基土出現(xiàn)過(guò)大的明顯不均勻沉降，影響施工安全。

如果臨時(shí)支架施工期間突遇大風(fēng)、暴雨、起霧等惡劣天氣，臨時(shí)處理完畢后迅速撤離施工現(xiàn)場(chǎng)，并電話通知監(jiān)控分中心，加強(qiáng)施工預(yù)警，增派安全巡邏人員和交通疏通人員^[9]。

2.6.2 臨時(shí)支架驗(yàn)算

該文利用邁達(dá)斯軟件內(nèi)置的梁?jiǎn)卧⑴R時(shí)支架的計(jì)算模型，如圖3所示，分析了其在不同工況下的應(yīng)力和變形。

計(jì)算臨時(shí)支架應(yīng)力和變形的荷載組合取“結(jié)構(gòu)自重荷載+活載（人員、施工機(jī)械等重量）+風(fēng)荷載”，并考慮1.2倍的安全系數(shù)。同時(shí)，臨時(shí)支架采用Q235鋼材，其計(jì)算參數(shù)取值如下：彈性模量取210 GPa、剪切模量取81 GPa、泊松比取0.3、抗拉強(qiáng)度取205 MPa、抗彎強(qiáng)度取205 MPa、抗剪強(qiáng)度取120 MPa、屈服應(yīng)力取235 MPa、熱膨脹系數(shù)取0.000 012。

臨時(shí)支架的應(yīng)力和變形計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4計(jì)算結(jié)果表明，單側(cè)箱體吊裝后、雙側(cè)箱體吊裝后所對(duì)應(yīng)的臨時(shí)支架最大應(yīng)力分別為135.8 MPa、149.6 MPa，均小于Q235鋼材的容許應(yīng)力（205 MPa）；最大變形分別為9.8 mm、12.6 mm，均滿足設(shè)計(jì)要求值，這說(shuō)明臨時(shí)支架的布置方案是合理可行的。

2.6.3 臨時(shí)支架拆除

支架拆除前要清理干凈臨時(shí)支架上的材料，并設(shè)置警戒標(biāo)志。隨后，利用千斤頂將鋼箱梁脫空，按“后裝先拆，先裝后拆”的順序拆除臨時(shí)支架，即臨時(shí)支架的拆除順序與安裝順序相反。

由于臨時(shí)支架拆除存在風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)施工人員開(kāi)展專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，確保其了解拆除原則、拆除步驟等。拆除期間，應(yīng)安排專(zhuān)職安全人員監(jiān)督，嚴(yán)禁施工人員高空拋擲，長(zhǎng)立桿、斜桿等拆除應(yīng)至少兩人配合作業(yè)，且不宜中途換人。同時(shí)，宜安排貨車(chē)在拆除作業(yè)面旁等待，盡量做到“隨拆、隨裝、隨運(yùn)”，避免影響正常交通。對(duì)于拆卸后的鋼管柱，應(yīng)重復(fù)利用，以降低施工造價(jià)。

3 結(jié)論

該文以泉南高速公路改擴(kuò)建新增清流縣桐坑互通及連接線項(xiàng)目為研究對(duì)象，主要研究了上跨既有高速公路鋼箱梁的施工要點(diǎn)，得到了以下幾個(gè)結(jié)論：①上跨高速公路的鋼箱梁施工難度大，宜選擇施工費(fèi)用低、施工工期短、對(duì)交通干擾小的分段吊裝方案；②鋼箱梁節(jié)段劃分應(yīng)選在剪切力、彎矩較小的位置，尺寸不宜過(guò)大或過(guò)小，且橫向、縱向劃分相結(jié)合；③鋼箱梁節(jié)段加工后要涂裝外表面和橋面板來(lái)防銹，經(jīng)預(yù)拼裝無(wú)誤后才能運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)；④鋼箱梁節(jié)段吊裝前要從抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等方面驗(yàn)算吊耳和鋼絲繩，吊裝時(shí)先吊中間、再吊內(nèi)側(cè)、最后吊外側(cè)；⑤臨時(shí)支架安裝前可用有限元軟件驗(yàn)算其應(yīng)力和變形，且拆卸時(shí)嚴(yán)格遵循“后裝先拆，先裝后拆”的原則。

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收稿日期：2023-10-13

作者簡(jiǎn)介：李丹（1983—），男，本科，工程師，從事路橋施工與監(jiān)理工作。