建筑技术丨大跨径钢箱梁涉路施工技术研究

1 研究背景

随着我国基础设施建设的蓬勃发展，钢箱梁在工程建设中日益普遍，因其具有体积小、抗拉强度高、材料利用效率高等特点，满足了大跨度桥梁的建设需求。

郭家屯枢纽互通上跨京沪高速4处，其中3处设置为钢箱梁，分别为A、B、H匝道，最大跨径90 m，为B匝道钢箱梁，采用单箱双室设计，钢箱梁安装采用原位拼装。为确保高速通行安全，运管单位对涉路作业作出了明确要求，推翻了已审批的钢箱梁吊装方案，因此导致京沪高速路面无法设置临时支架，用于钢箱梁梁段拼装。为解决潜在问题，降低对既有高速的影响，确保钢箱梁顺利吊装，需调整吊装工艺及方法。

2 涉路施工难点

2.1 施工时间限制

京沪高速为山东省高速公路网“九纵五横一环七射多连”中的“纵六线”，设计时速120 km/h，车流量大，运管单位只允许白天涉路施工，夜间不能占道，需恢复双向六车道通行。

2.2 临时支架搭设受限

A、H匝道钢箱梁跨径均为66 m，B匝道钢箱梁为90 m，均设置在曲线段，为方便运输，确保吊装安全，采用BIM技术对钢箱梁进行梁段划分，A、H匝道钢箱梁主梁各划分为8个梁段，B匝道钢箱梁主梁划分为12个梁段，最长梁段为26.9 m，最重梁段65.91 t，主梁设有3个断面，需采用焊接连接，并采用临时支架进行辅助安装。

安装前需在京沪高速路面及两侧搭设临时支架，用于拼装钢箱梁梁段，涉路下构施工完成后，运管单位要求夜间恢复双向六车道通行，不能占道，导致临时支架不能设置在京沪高速路面，现有支架位置与起重机无法完成现有梁段安装。

2.3 方案被否决

钢箱梁各梁段已按审批后的施工方案加工制作完成，主梁3个断面需采用焊接连接，受京沪高速路面临时支架取消影响，钢箱梁吊装顺序、吊装机具和场地受到影响，部分梁段仅一端能架设在临时支撑上，受施工进度影响，无法重新调整梁段尺寸重新加工。原方案钢箱梁安装采用350 t汽车式起重机进行吊装，因施工环境发生变更，汽车式起重机已不满足最不利工况施工，需更换吊装设备，重新制订吊装方案。

3 施工处置措施

3.1 吊装方案

按照运管单位、高速交警和监理等单位的意见，对涉京沪高速钢箱梁施工重新编制了专项施工方案，并重新进行专家评审论证。确认采用500 t履带式起重机在高速外侧便道进行钢箱梁吊装。吊装前对京沪高速进行交通管制，采用间歇式作业，白天将车辆渠化至不施工的一侧，夜间恢复双向通行。

钢箱梁梁段已加工完成，钢箱梁吊装时仅能对吊装的顺序和临时支撑位置适当进行调整。借用京沪高速中央分隔带墩柱及柱系梁设置临时支撑系统，在中央分隔带柱系梁上设置临时支撑，同时采用履带式起重机辅助提吊，对准后对钢箱梁梁段进行临时锚固，解决部分梁段底部只有一个支点和不长时间占用高速路面的问题。

3.2 渠化交通

对既有京沪高速按照道路交通标志标线第4部分进行渠化交通，在中央分隔带设置临时开口，开口位置为距离B匝道前20 m，距离H匝道前40m位置，开口处限速60 km/h，长度为40 m。

将车辆导改至暂不施工（施工完成）的一幅，即左幅施工时将左幅车辆导改至右幅，右幅施工时将右幅车辆导改至左幅，绕过施工区域后恢复交通，每天下午6点前恢复高速施工区域双向六车道通行。

3.3 临时支架处置方案

3.3.1 两侧护坡支架结构

在京沪高速两侧土路肩上设置临时支架，用于

A、B、H匝道钢箱梁梁段临时支撑，支架立柱采用6根  426 mm×8 mm的钢管，钢管标准节为9 m/节，当支架高度超过9 m时，采用钢管焊接接长，焊前在钢管内壁设置钢衬，钢管精确对接后，对接口进行焊接处理，焊接完成后在外侧设置1圈钢条，钢条高度为60 mm，对连接处进行加固。

钢管间采用16 a槽钢设置横撑及斜撑，采用螺栓连接，钢管立柱顶部设置65 cm×65 cm×1.6 cm封板，同时设置加筋补强，封板上设置横梁，为I45b双拼工字钢横梁，横梁上设置  219 mm×8 mm钢管支撑柱，用于调节标高，立柱基础为混凝土预制块（B匝道立柱基础尺寸2 m×3.75 m×0.7 m，A、H匝道立柱基础尺寸2 m×1.75 m×0.7 m），基础内布置2层  16 mm螺纹钢筋网片，预埋钢板与支架立柱连接。

3.3.2 高速路面支架结构

高速路面不允许搭设临时支架，为确保施工安全，利用现有柱系梁设置临时支撑体系，在系梁顶纵向支垫布置I16a工字钢，横向分配梁采用I45a双拼工字钢，调节钢管为  273 mm×8 mm。

4 涉路钢箱梁施工

4.1 场地处理

对钢箱梁施工场地地基进行处理，临时支架地基承载力不小于170 kPa，履带式起重机站位区域地基承载力不小于160 kPa，汽车式起重机站位区域地基承载力不小于85 kPa。

对承载力不足的部位换填建筑粒料或砾石，高速两侧基础坐落于边坡上。支架基础施工前先对原边坡进行台阶式开挖，分层填筑、碾压和检测，达到要求以后再进行支架基础施工。

4.2 临时支架搭设

利用高速两侧便道进行临时支架组拼，完成后运至现场支架起吊位置进行吊装和组立焊接。两侧护坡支架采用一台50 t汽车式起重机站位便道进行安装，高速路面支架采用一台16 t汽车式起重机站位于超车道与行车道进行安装。

安装完成后，对支架进行预压，在支架上设置沉降观测点，观测支架竖向沉降量，以确保架体稳定。

4.3 交通导改

因钢箱梁安装采用原位拼装，需借用京沪高速进行钢箱梁梁段运输，对京沪高速实施交通管制，为减少对既有高速的影响，按照道路交通标志标线第4部分进行渠化交通。将车辆导流至不施工的另一幅，中央分隔带采用强度等级C 40混凝土硬化，内设2层钢筋网片，在临时开口前方设置太阳能警示频闪灯、语音提示及安装太阳能监控，提醒改道车辆。当天下午6点前恢复双向六车道通行。

4.4 钢箱梁运输

将钢箱梁加工厂设置在世通重工博兴钢结构加工基地，根据吊装顺序，先吊先运，出厂前与到现场后均设置专人验收，以确保结构尺寸及质量。厂区至吊装施工现场道路畅通，采用高速进行运输，并设专人随车押运，确保运输安全。

4.5 钢箱梁吊装

4.5.1 最不利工况

根据现场实际情况，A、B、H匝道钢箱梁统一选用500 t履带式起重机进行吊装，最不利工况为B匝道B–C2梁段施工，钢箱梁重65.9 t，此时履带式起重机起吊最大回旋半径26 m、臂长48 m，此工况下起重机可起吊72.5 t，满足最不利吊装工况需求，即满足所有吊装工况。

4.5.2 起重机就位

吊装进场后，对履带式起重机进行组装验收，验收合格后方可投入使用，按照最不利工况的原则，通过计算、试吊等方式进行验证，每次吊装前均进行试吊，根据现场吊装环境，确定起重机和运输车的位置。

4.5.3 钢箱梁吊装

吊装前由安全员对起重机、吊索具和吊点等进行检查，同时也对安装环境进行确认，合格后方可进行安装作业。对支座、临时支架上的钢管平面位置、高程进行复核。互通立交梁段最大起重重量约为65.9 t，采用 52 mm的纤维芯钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度为1 570 MPa。钢丝绳长度为13 m，数量为4根。 52 mm钢丝绳承受的拉力为19.02 t，安全系数取值6，应力折减系数取值为0.82，  52 mm钢丝绳破断拉力总和为139 t，查钢丝绳破断拉力表，维芯钢丝绳破断拉力为140 t≥139 t，钢丝绳满足吊装要求。

B匝道钢箱梁对起重机站位进行4次调整：第1次对B–D3、B–D2、B–D1、B–T12、B–T11梁段进行安装；第2次对B–C3、B–C2、B–C1、B–T10、B–T9、B–T8、B–T7、B–T5–2梁段进行安装；第3次对B–B3、B–B2、B–B1、B–T6、B–T5–1、B–T3、B–T1–2、B–T4–2梁段进行安装；第4次对B–A3、B–A2、B–A1、B–T1–1、B–T4–1、B–T2梁段进行安装。A、H匝道钢箱梁采用相同方法进行吊装。安装过程中，由测量人员全程对支架沉降、钢箱梁轴线偏位、高程和横坡等进行检测。

采用500 t履带式起重机进行钢箱梁梁段安装，吊装之临时支架上进行焊接拼装，当梁段吊装到拼装位置时，先对梁段位置进行复核，若临时支架上的钢管高程有偏差，低时采用钢板支垫调整，高时对钢管进行切割，无误后在外侧钢管上焊接限位钢板，防止其他梁段安装时碰撞位移。

梁段与梁段间焊缝位置上下均设置马板进行临时固定，间距不大于0.4 m/道，点焊固定。

钢箱梁梁段仅一侧可架设在临时支架上时，采用履带式起重机进行辅助安装；临时锚固设置时，保持平稳状态不动；梁段到达拼装位置时，在两个梁段结合部位设置临时锚固系统，由千斤顶、门字形和一字形钢板组成。梁段就位后，先在待固定的梁段顶板与底板上焊接一字形钢板，使钢板伸入已安装完成的梁段内，在伸入的一字形钢板上方安装门字形钢板，均采用二保焊进行满焊，千斤顶安装在已安装梁段的一字形和门字形钢板之间，通过千斤顶顶升，对一字形钢板进行下压，使一字形钢板与已安装梁段顶面紧密结合，再用二保焊对结合部进行满焊，完成一处临时锚固。用同样方法在结合部设置两处以上临时锚固，设置完成后对结合部的底板、顶板和腹板焊接马板，完成临时锚固系统。锚固系统完成后对后续工序进行施工。

钢箱梁安装挑臂梁段时，在挑臂及钢梁顶板上焊接临时锚拉点，利用倒链牵引挑臂，完成挑臂与梁段之间的横向位置调整，测量钢梁顶面横坡，无误后焊接马板临时固定。挑臂长高比过大时，4点吊装时会呈现一定幅度弯曲，为保证挑臂顶面与梁段顶面平齐，利用L形结构和千斤顶进行调节。挑臂吊装就位后，挑臂与梁段焊缝采用马板满焊临时固定。

4.6 钢箱梁焊接

为保证钢箱梁焊接接口强度，可在梁段顶板上侧腹板对应位置先焊接纵向型钢，以分散搭接处钢梁压力。钢箱梁焊接采用二氧化碳气体保护焊，先纵接缝后横向接缝焊接，底部贴陶瓷衬垫，所有焊缝必须进行外观检查，合格后，对焊缝进行无损检测，并及时进行防腐处理。施工过程中采用登高车全程辅助施工。

4.7 临时支架拆除

钢箱梁焊接完成后，对临时支架进行拆除，拆除原则为由上至下、先拆非承重、后拆承重。高速路面临时结构最大重为0.8 t，采用随车起重机进行拆除，两侧护坡的支架拆除顺序为：拆除调节高程支撑管→钢管桩之间的连结支撑拆除→拆除钢管立柱基础。采用2台50 t汽车式起重机站位于支架横向两侧，分别用吊钩与单榀支架两侧钢管连接，吊钩挂稳牢靠后解除柱脚约束，起重机缓慢拖动，单榀支架倾倒。

采用一台50 t起重机将倾倒的支架拖离梁底，并吊装至临时存放区。依次将其他单榀支架按同样方法拆除。

5 结束语

为确保京沪高速通行安全，采用500 t履带式起重机在高速外侧便道进行钢箱梁吊装，吊装前对京沪高速进行交通导改，采用间歇式作业的方式，白天施工，夜间需恢复双向六车道通行。

通过优化支架位置，应用一字形、门字形钢板和千斤顶制作成临时锚固装置，并通过加密马板形成临时锚固系统。同时通过应用倒链、L形结构和千斤顶，可对钢箱梁节段平面位置、高程和横坡进行调整，通过这些应用成功消除了潜在问题，降低了对既有高速的影响，确保了既有高速的通行安全，顺利完成了涉路钢箱梁施工。