一点交叉多层次蝶形立交钢箱梁跨既有高架桥施工技术

龙厚全

【摘要】一点交叉、全定向多层互通立交的形式在全国都比较少见，它适应城市发展需要，占地面积小，通行能力比较好，将来会越来越受到重视和推广，本工程一点五层立交施工的场地布置、临时支架设计、钢箱梁的吊装施工、临时支架的拆卸、线形监测控制等施工技术、设计理念可节约土地、减少投资、绿色环保，有较大的适用价值，可为各地同类型桥梁的施工设计提供有利的参考。

【关键词】一点交叉；多层立交；钢箱梁施工技术

1、项目背景

按照苏州综合交通规划，苏州中环快速路是城市“井字加环”快速高架桥路网的重要组成部分，承担着苏州市区各组团之间的联系作用。中环快速路的建设不仅构架苏州综合交通运输体系，同时拉开城市的发展空间，建设意义非常重大，被列为苏州市重点工程。

苏州市中环快速路高新区段（312国道-玉山路南）二标段工程由中铁一局集团有限公司承建，是连接中环快速路西线高架桥与太湖大道高架桥的枢纽型、全定向、一点交叉五层互通立交，为中环西线的关键节点工程。目前这种立交桥的形式在全国都比较少见，它适应城市发展需要，占地面积小，通行能力比较好，将来会越来越受到重视和推广。本工程的实施让我们积累了宝贵的建设经验，培养了一批懂技术、懂管理的复合型人才。

2、工程概况

本工程北起铜墩街南，南至金珠路南，主要内容有高架桥主线、互通立交匝道、地面道路等。

主线高架桥起止里程桩号为JFK1+924.512～JFK2+639.312，长714.8m，新建立交在跨越太湖大道高架桥部位为钢箱梁，中环主线高架桥的非立交部位为预制混凝土箱梁，其余部位为现浇混凝土箱梁。本工程分五层，八条匝道，匝道总共长4181m。

第一层：鹿山路、金枫路地面道路（已建道路，本次部分拓宽改造）。

第二层：A（EN）、B（NW）、C（WS）、D（SE）匝道与太湖大道（沿鹿山路的已建高架桥）拼接，采用现浇混凝土箱梁。

第三层：E（ES）、G（WN）匝道，上跨太湖大道高架桥。E匝道（E02-E05）和G匝道（G02-G05）为三跨的连续钢箱梁，梁高是2.2m，顶宽是10m，底宽是7.06m，跨径组合均为45m+65m+45m，各有一联，结构中心全长155m，钢箱梁的形式为等高的连续直腹板钢箱梁，主梁的横断面为单箱室钢筋混凝土结构，顶板的横坡与道路的横坡一致，底板则按平坡来设计。

第四层：F（NE）、H（SW）匝道，上跨E、G匝道。F匝道（B07-F03）、H匝道（D07-H03）为三跨的连续钢箱梁，跨径组合均为50.5m+65m+50.5m，結构中心全长166m，其他的设计参数与第三层E、G匝道相同。

第五层：沿金枫路的中环主线高架桥，采用等截面的简支钢箱梁，2.0米的梁高，25.5米的梁宽，跨徑为50m，共1联。

太湖大道高架桥的路幅宽度是25.5m，桥面高度是8m，地面道路交叉口段的路幅宽度达55.25m，地面一般段的路幅宽度也有50.5米。如图一所示：

图一：太湖大道立交桥效果图

3、工程难点

本工程施工难点较多，主要有：

（1）施工场地狭小，交叉点多，而且现场四周被外资企业包围，厂区车辆频繁进出，穿插在施工区域内，只能半幅路开放，对施工干扰大，存在较多的安全隐患。

（2）地处鹿山路（太湖大道）与金枫路交叉口，太湖大道高架桥是苏州城区通往高新区西部的唯一主通道，车流大，交通组织难度大，交通安全隐患多。

（3）大型吊装工程多，安全风险大。本工程钢箱梁、预制梁均为大型构件，其中钢箱梁最大约270吨，最大起重高度约32m，并且集中于一点立体交叉，上下层交叉施工相互制约，周边高桥墩密集，场地受限，吊装工作是本工程最大的难点，也是本工程控制性关键节点。预制混凝土梁用于中环主线高架桥的非立交部位，有160片，梁重约80吨，安装高度最低24m，最高30m，施工场地狭小，吊装风险也很大。

（4）中环跨太湖大道高架段的主线，匝道墩柱的布置比较密集，最高桥墩达到了28m，高桥墩、盖梁的施工安全风险非常大。

（5）现浇箱梁44联，支架最高达20米，支架约70万立方米，箱梁混凝土3万多立方米，工程量大，工期非常紧。

4、关键技术

本工程中的钢箱梁主要有两种形式。第一种为第三、四层匝道单箱单室的钢箱梁，桥宽10m，箱梁均布在缓和曲线上，最小曲线半径分别是125m和90m。第二种为第五层的直线型多箱的钢箱梁，桥宽是26m。

因立交核心区吊装场地狭小，并集中一点立体交叉，上跨既有高架桥及匝道，施工难度大，根据现场情况，先选好吊装顺序，临时支架布置，再根据支架布置形式确定钢箱梁的节段划分。在现场吊装施工时，重点做好吊装机具的选择及验算，场地布置与基础处理，箱梁节段定位及箱梁线型控制，吊装过程中钢箱梁的变形监测、临时支架的监测，以及临时支架卸载过程中的监控等。

核心区域场地狭小，做好吊装场地布置和现场临时支架的设置是本项目的重点。

钢箱梁吊装单元的吊装定位，决定了整个的安装精度和施工质量。

采用全站仪对梁段安装轴线与线形进行测量。

5、管理措施

为使施工过程处于可控状态，保证总体工期目标、质量目标、安全目标，需要做好以下几点。

5.1必要的保障支持

（1）组织保障：成立以施工单位项目经理为首的攻关领导小组，为项目的实施提供有利的领导班子。

（2）资金的保障：准备专项建设资金，保证本工程的顺利实施。

（3）人员保障：参加研究的人员要稳定，不在实施过程中进行调动，保证项目资料及数据的专人保管性。

（4）设备保障：用于本项目部的机械设备特别是试验设备要结合本项目特点进行购置，满足项目实施过程中的试验要求。

5.2组织管理措施

本工程建立施工单位项目经理总负责、总工具体负责的质量安全责任制，全面实施各项目标管理，横向到边，纵向到底，权责清晰的管理机制。

5.3组织实施的步骤

（1）成立项目的领导小组，编写有关质量安全管理制度，明确小组成员的分工。

（2）编写项目实施方案。

（3）按照方案做准备，主要包括技术资料、材料构件、仪器设备、监测点布置与原始数据采集。

（4）严格按照方案组织施工，加强施工過程控制。

（5）及时采集监测数据，及时分析、判断，指导施工。

（6）整理原始资料，汇总分析，得出项目成果报告。

6、主要技术经济效益及前景分析

6.1技术经济的效益分析（含经济效益和社会效益）

（1）城市高架桥施工在各地都十分普遍，我们通过本项目积累了大量宝贵的施工经验，也培训了建设人才。

（2）本项目在安全施工前提下，有效地控制了工程变形，提高了工程质量，加快了施工进度，同时节约了成本。

（3）本项目位于重要的交通枢纽，安全、高质量、按时完成施工，为施工单位创造了很高的社会效益。

6.2推广应用前景分析

一点交叉多层次蝶形立交桥施工技术，在城市建设中有着十分广阔的前景。

7、主要成果

本工程一点五层立交施工的场地布置、临时支架设计、钢箱梁的吊装施工、临时支架的拆卸、线形监测，对于城市桥梁建设给出了一个全新的施工理念，节约土地、减少投资、绿色环保，有较大的适用价值，可为各地同类型桥梁的施工提供有利的参考。

7.1施工场地布置

根据以往施工经验，结合现场条件，制定详细的施工方案，科学合理地进行场地布置，充分利用有效资源，对每一施工环节都详细计算、评估，确保施工顺利进行。

本工程成功地采用BIM技术，真实还原现场环境，规划拼装场地，模拟吊装工况，保证了吊装工程顺利实施。

7.2临时支架设计

在吊装过程中，为了尽量保证既有道路（太湖大道高架、鹿山路）的通行，临时支架的设计显得非常重要。吊装过程是一个动态过程，随着钢箱梁的就位，梁体的纵横向偏差、板梁間隙等会发生变化，通过临时支架的精确设计来确保施工质量。

采用midas软件对钢管支架进行安全稳定性验算。

7.3钢箱梁的吊装

通过BIM技术，模拟吊装工况，检查吊装过程中空间是否满足要求。

7.4临时支架拆除

在临时支架拆除后，钢箱梁结构的受力状态发生了根本性的变化，由支撑受力转换为结构自身的受力，支架与结构构件的应力会超出安装时的初始应力。施工单位对此予以足够地重视，切实采取可靠的安全措施，防止支撑架或结构的垮塌事故。

7.5钢箱梁梁体的线型制控

通过对梁体的标高、预拱度、临时支墩的测量，确保钢箱梁整体线型达到设计要求，这也是施工监控的主要内容。

因运输条件、吊装条件、施工环境，以及设计要求等，钢箱梁通常纵向分段，横向分片，把闭口完整的钢箱梁分割成几个开口单元。到施工现场将这些片段组装拼接成较大的整体，再进行吊装施工，最终实现钢箱梁的架设。主梁挠度的变化非常复杂，要做好以下三方面：

（1）通过高精度测量与校正，做好箱梁梁段的吊装和调整。

（2）临时支架拆除后，钢箱梁就靠自身结构受力，转换受力的过程中，特别要防止支撑或结构垮塌事故的发生。

（3）本项目的钢箱梁整体拼装正值夏季，钢结构的昼夜温差有40℃左右，梁的合拢段选择在日出前的早上5：00至7：30，或者阴天进行，尽量减少温度变形。

7.6数据分析，以匝道钢箱梁为例说明

施工监控过程中，根据阶段挠度及梁段累计挠度，对各梁段标高进行监测，布置在主梁位移监测点的观测结果如下：

钢箱梁在施工过程中箱梁的挠度变化基本和理论计算一致，在整体安装完成拆除支架后，箱梁中跨跨中预拱为74mm，边跨跨中分别是58mm与30mm，在桥面铺装完成后跨中预拱为56mm，边跨跨中分别是20mm与18mm，桥面线型平顺，满足设计要求。

通过钢箱梁在施工过程中监测结构变形表明：钢箱梁实际变形值与理论变形值基本保持一致，钢箱梁工况钢箱梁实际最大变形值满足施工规范相应要求。

各种工况下，同一梁段上的监测点实测挠度变化大致相等，表明钢箱梁并没有出现横向扭转现象。

钢箱梁在施工过程中箱梁的挠度变化基本和理论计算一致，在整体安装完成拆除支架后，桥面铺装完成后的G匝道边跨跨中预拱度为-11mm，其他跨跨中最大预拱度是56mm，边跨最大预拱32mm为桥面线型基本平顺。

通过对支墩身沉降监测数据的监测，墩身沉降未见明显的不均匀变形，且变形数值稳定在支墩的压缩变形范围内，箱梁安装过程中未出现明显的偏压，未影响结构安全。

结语：

本工程工期紧，工程量大，施工技术特别复杂，缺少可借鉴的施工经验，并且受自身知识水平的限制，施工中某些技术环节和管理措施还不尽完美，将在以后的工程实践中进一步深入研究，使一点交叉多层次立交桥梁施工技术更加成熟。