复杂异形超宽超大跨径高架桥钢箱梁的施工

2022-07-18司法强黄沛林潘钧俊胡雪伦

建筑施工 2022年3期

关键词：履带吊胎架钢箱梁

司法强黄沛林陈华潘钧俊文杨胡雪伦

中国建筑第八工程局有限公司上海 201204

高架桥发展至今已有30多年，各项工艺日趋成熟，钢混结构钢桥以其抗扭性能好、质量轻、易吊装、空间影响小等优点在高架桥的舞台上越来越活跃，但关于钢结构桥梁的施工关键技术仍然需要不断总结提升[1-4]。

本文以杭州萧山国际机场三期项目新建航站楼及陆侧交通中心工程为依托，对复杂异形超宽超跨径高架桥钢箱梁的分段、加工制作、临时支撑架、吊装组装和钢桥卸载等一系列关键技术进行总结，以期为同类工程提供施工经验与指导。

1 工程概况

杭州萧山国际机场（以下简称“萧山机场”）三期工程建筑面积约67万 m2，是萧山机场T4的改扩建工程，作为2022年杭州亚运会基础配套工程和重要的民生工程被纳入浙江省重点工程。航站楼站前高架桥工程为萧山机场三期工程的市政配套工程，其中高架桥施工范围为R2、R4、R5、R7、R8匝道全范围钢箱梁及上部附属结构，高架桥全长约2 277 m，桥宽7.0～47.4 m，新建桥梁面积约36 425 m2，其中钢桥梁面积17 905 m2。

其中R2、R4、R5、R7、R8匝道高架桥的桥梁结构采用30 m左右连续梁，一般段采用现浇预应力混凝土梁，对于曲线段、大跨段、支架受限段及基础受限段采用钢箱梁，箱梁均为箱室构造，桥墩采用独柱墩和门架墩、直立柱，基础全部采用桩基础。设计使用年限100 a。

桥梁宽度为7.0、8.5 m的断面设计为单箱单室结构，单侧挑臂悬挑1.35 m；桥梁宽度为11.25、12.00 m的断面设计为单箱双室结构，单侧挑臂悬挑2.0 m；Pm218—Pm219桥梁宽度为47.4 m，跨径55.8 m，断面设计为单箱十室结构（图1）。根据受力区段不同，钢箱梁腹板板厚由跨中14 mm增加至墩顶20 mm，顶板及底板板厚由跨中16 mm增加至墩顶20 mm；普通横隔板厚12 mm，支点横隔板厚20 mm。顶板主要采用U形劲性肋，腹板边缘及挑臂端部等局部区域采用I字肋，标准口字肋宽300 mm、高280 mm，板厚8 mm。底板及腹板采用I字肋，根据母板厚度不同，采用的板厚为12 mm和16 mm。普通横隔板水平加劲肋为12 mm×100 mm，竖向加劲肋为10 mm×100 mm。

图1 高架桥钢箱梁范围（红色区域）

2 工程重难点

2.1 不停航施工挑战大

部分高架桥位于南、北保通道路及现有的高架桥贯通处，是萧山机场的“自古华山一条路”，交通量非常大，覆盖区域广，不停航运行给加工、运输、吊装和焊接等带来了极大的挑战。

2.2 地基条件恶劣临时支撑困难

Pm219—Pm221段钢箱梁所跨区域地下有地下通道和自来水、排污、电缆、光缆等管线，Pm208—Pm210段钢箱梁处于新建高铁区上方，吊机需要站在高铁区顶板上作业，临时支撑需要管线和顶板支撑位置调整和加固。

2.3 钢结构焊接难度大

钢箱梁工程根据运输及吊装分段，焊接量巨大，且许多焊缝必须在桥面箱室内完成，施工条件苛刻，同时对焊接质量要求高，需要进行γ射线检测。

3 施工关键技术

3.1 加工方案

R2、R4、R5、R7、R8等5条匝道钢箱梁跨径及桥宽不等，通过综合考虑运输路线及现场场地、安装方案等实际因素选定“分段制作、现场组拼”的加工方案。

钢箱梁制作时，工厂采用分段总装反造法，桥长、桥宽方向均匹配制造，由于钢箱梁梁段尺寸较大，在厂内制造完成、预拼装合格后，将梁段转运至现场起吊区域，现场拼装采取正拼。工厂反拼梁总宽在20 m内的，加工厂场地条件满足，钢箱梁在设定的分段位置断开并采用卡码板将各个节段的顶、底、腹板等连接，组装时整体组装、拼装，焊接完成后打开卡码板分段运输至现场；箱梁总宽在20 m以上的，加工厂场地条件不满足，整体分为2大段进行总拼，第1大段拼装完成后留置一小段基准段，作为第2大段的拼装基准。

工厂加工预拼装钢箱梁加工制作流程为：胎架制作→顶板安装→中腹板安装→隔板安装→侧腹板安装→悬挑隔板安装→梁身顶板安装→悬挑顶板安装。

3.2 分段方案

3.2.1 分段原则

1）纵向分段控制位置：墩顶及各控制点。控制点①为边墩处支座中心，控制点②为中墩处支座中心，控制点A为横隔板处，控制点B为横向加劲处。

2）纵向分段控制原则：纵向分缝距离控制点①、②不小于5 m（横梁范围按横梁处分段控制原则执行），距离控制点A不小于0.5 m，距离控制点B不小于0.25 m。腹板、顶板、底板分缝应错开0.25 m，不得在同一位置分缝。

3）横向分段控制原则：顶板（桥面板）横向分缝距离挑臂根部尽可能不小于1 m，横向分缝距离支座中线尽可能不小于1 m。分缝处，腹板、顶板、底板分缝应错开0.1 m，不得在同一位置分缝。底板分缝应优先考虑位于2道底板纵向加劲肋中点。在条件许可的情况下，横向分缝应尽可能保留完整箱室。

4）横梁处分段控制原则：端横梁范围（边跨梁端5 m左右范围）、中横梁范围不得进行横向分段。

5）跨中不允许分段，可在1/4→1/3跨中分段。

3.2.2 钢箱梁具体分段

1）根据加工厂到施工现场的距离、构件运输车运输宽度和长度等因素，选择构件的分段长度为23 m左右，最长不超过25 m，宽度在4.2 m左右，最大不超过4.5 m。

2）根据以上原则，以Pm219—Pm221段为例，共计分为45个节段，其中最重节段质量为63.8 t（图2）。

图2 Pm219—Pm221平面分段示意

3.3 临时支架方案

根据钢箱梁节段自重及现场场地条件，临时支撑胎架采取100 t标准支撑胎架（规格分为6 m和3 m这2种）＋调整段胎架组合方式，现场支撑胎架组合方式根据钢箱梁距离地面高度进行组合，缀条与主肢之间、上下标准节均通过高强螺栓连接。调整段胎架现场制作，高度不超过3 m。根据各吊装分段的受力特点和断面形式，综合考虑现场的场地环境，调整段胎架顶部设置转换梁，转换梁连接下部2～3组支撑胎架，保证支撑胎架整体稳定性，转换梁规格为HW200 mm×200 mm×8 mm×12 mm，转换梁上部放置调节支撑（HW200 mm×200 mm×8 mm×12 mm）和顶撑板（Pl20 mm×300 mm×300 mm），胎架下部支撑在路基箱上，路基箱规格为2.2 m×2.2 m×0.2 m。临时支架在路边要导行并设置防撞装置，如水马或锥形桶。

3.4 吊装组装方案（以Pm219—Pm221段钢箱梁为例）

本工程钢箱梁为单箱多室结构形式，每个分段钢箱梁一侧有纵腹板，另一侧无纵腹板刚性较弱，钢箱梁分段在吊装时会产生较大变形，为此必须对每个分段钢箱梁无纵腹板侧进行箱体加固，采用∠75 mm×5 mm和PL250 mm×10 mm斜向支撑（图3）。

图3 钢箱梁横向加固示意

根据Pm219—Pm221所处的地理位置及吊装施工环境，横向分段最大宽度为4.18 m，纵向最大长度为24.1 m。

Pm219—Pm221段钢箱梁距离地面12.7～16.0 m，胎架设置在钢箱梁的分段处，Pm219—Pm220之间分段位置，纵向分段处设置了10组支撑胎架，横向分段处设置3组支撑胎架，Pm220—Pm221之间分段位置，纵向分段处设置了6组支撑胎架，横向分段处设置3组支撑胎架，具体胎架设置如图4所示。

图4 支撑胎架平面布置

Pm220—Pm221之间胎架设置时，由于下部位置存在东西联络通道，支撑胎架设置时，与通道的侧墙避开500 mm以上。

根据钢箱梁的分段质量和吊装高度，现场拟选用250 t履带吊吊装，39 m主臂，长跨钢箱梁最大质量为63.8 t，履带吊在跨中吊装作业，作业半径为14 m；短跨钢箱梁最大质量为34.9 t，履带吊在跨外吊装作业，履带吊作业半径为20 m。以上2种情况均可满足吊装要求，其余钢箱梁吊装时，履带吊作业半径为14～20 m，均可满足吊装。

钢箱梁纵向分段的安装顺序为：桥墩处端横梁→Pm219—Pm220之间的钢箱梁→Pm220—Pm221之间的钢箱梁。对于轴线之间的钢箱梁，先安装长跨后安装短跨。

Pm220—Pm221之间钢箱梁吊装时，由于短跨区域下方为东西联络通道，履带吊吊装在长跨区域站位，吊装短跨钢箱梁，并与通道边保留6 m以上的距离。

焊接顺序对焊接变形有一定影响，焊接顺序应遵循先焊约束大部位后焊约束小部位、焊接方向一致、多层同顺序、两侧交替焊接、对称施焊等原则进行。