互通匝道小半径曲线连续钢箱梁上跨新建高速公路施工技术

互通式立交是一种利用多个匝道在立体交叉情况下，对位于不同高程下的道路进行有序沟通，进而达到车流畅通、驾驶转向顺畅的立体交通方式。随着我国高速公路建设的快速发展，互通式立交也得到了大力推广及应用。互通式立交具有投资规模大、交叉施工多、结构形式复杂的特点，尤其是在施工条件差、作业环境复杂、施工场地狭小的山区施工，这种施工难度大的特点尤为突出。采用大跨度连续钢箱梁可以有效解决以上问题，在我国现已频繁应用于地形复杂的山区及城市桥梁建设中。

1 工程概况

位于北京市门头沟区灵山镇齐家庄村东南侧的国道109新建高速公路（西六环段–市界段）灵山互通立交，是设置于G109新线高速与G109国道之间的互通工程，属于一般互通式立交，采用变异单喇叭形式。灵山互通立交共计主线桥梁2座，匝道桥梁5座，跨线桥1座，通道3道，涵洞2道，施工主线长度为1023.489m，对向双车道匝道长度为348.454m，单向匝道车道为1324.806m。其中D匝道桥第2联上部结构3m×37m钢箱梁上跨主线张家庄2号大桥。钢箱梁采用“槽型钢主梁+混凝土桥面板”的单箱双室设计，混凝土桥面板宽8.5m，梁高1.85m，混凝土板悬臂长1.6m。钢箱梁钢构件均采用Q420qDNH耐候钢，现场安装采用焊接连接，免涂装耐候钢构件制造完成后，耐候钢表面应喷砂处理至清洁度Sa2.5级，然后进行锈层稳定化处理。

2 施工工艺

2.1 施工准备

2.1.1 钢梁加工与制作

材料进厂后，及时进行材料复验，未复验的材料不允许下料，确保材料质量。钢结构加工过程中不得采用火工矫正变形，只能采用机械矫正或预变形矫正变形。为了确保钢梁的焊接质量，焊缝均为自动焊。未表示焊角高度的焊缝均应熔透。焊接时应尽量采用平焊，避免仰焊。组拼时应注意对称施焊，确保控制钢梁间接头受力板件错缝量在1/12板厚范围内。在工厂对所有的钢梁节段进行整体试拼装，对试拼装的误差实行有效管理，避免误差累积。主梁加工精度要求如下。

（1）节段加工精度：长度±2mm，横断面±2mm。

（2）总体加工精度：单跨长度±3mm，半幅桥横断面±3mm（图1）。

     

图1 灵山互通D匝道桥第2联钢梁构造示意

钢箱梁分段方法采用纵向分段，设计超长的分段，需横向分两个节段，分段位置避开跨中4m范围，然后运输到工地现场，在地面按设计分段进行组拼，然后再进行整体吊装。分段时应考虑避免超过运输及吊装限制。钢箱梁主要受力顶、底板及腹板纵向拼接焊缝，按设计要求不在同一截面上，均错开250mm。厂内制作梁段划分为最长15.85m、梁宽3.45m、梁高1.78m的制作梁段，重量最重26.5t。现场吊装梁段最长15.85m，最宽3.45m，梁高1.78m梁段节段最大重量为26.5t。

2.1.2 机械设备的技术参数

（1）钢梁吊装设备。灵山D匝道钢梁吊装设备采用300t汽车式起重机，外形尺寸17752mm× 3000mm×4000mm，自重72t，配重100t。

（2）支架吊装设备。支架吊装设备50t汽车式起重机外形尺寸13300mm×2750mm×3650mm，自重40.87t。

2.1.3 钢梁预埋件安装

钢梁安装前先施工与钢梁安装相关的预埋件，按预埋件制作→测量放线→安装固定→校正→复核测量的顺序进行施工，再检查复核预埋件位置及标高无误后方可进入下一道工序，为钢箱梁施工做好准备。

（1）钢梁主墩墩顶预埋件安装。在土建施工阶段穿插进行预埋螺栓的安装工作，桥墩施工时考虑钢箱梁跨中主墩墩顶预埋钢板的安装，墩顶预留2?100?mm高度不浇筑，在钢梁吊装完成后，通过墩顶钢板预留孔浇筑桥墩墩顶区域预留段补偿收缩混凝土。在强度满足设计要求后，方可进行桥面板拆除临时支架。在混凝土浇筑之前应完成预埋螺栓安装固定及坐标、水平标高校正工作。

（2）钢梁墩顶抗震设施预埋件安装。抗震设施各部件间均为焊接，焊缝等级为二级。焊接必须保证质量，焊缝要平滑、连续。所有焊缝的技术要求，检查标准等均按JTG/T3650—2020《公路桥涵施工技术规范》及JGJ81—2019《建筑钢结构焊接规程》执行。

2.1.4 支座与桥梁技术连接

提前在预埋钢板上弹出支座底板位置边线进行核对。重点核对支座规格型号是否与图纸一致，支座位移方向与图纸是否一致。支座与主梁下翼缘底面采用高强螺栓连接，与支座垫石采用地脚栓连接。支座焊接前将焊缝处清理干净，不得有污垢、油脂等。焊缝尺寸按施工图纸要求施工。焊缝检查合格后先涂两遍防锈底漆，再涂面漆。

2.2 工艺流程

（1）总体施工流程：工厂制造→临时支撑安装→ 梁节段运输→梁节段吊装、焊接→竣工验收。

（2）工厂制造流程：材料进厂、验收、复验→焊接工艺评定→场地布置，工装胎架制作→下料、加工、单元件制造→梁节段定位组装、焊接。

（3）现场安装流程：场地道路准备、支撑安 装→梁节段入场→梁节段吊装、连接、焊接→拆除临时支撑。

灵山D匝道第2联钢梁施工工序如下。

（1）施工桥梁下部墩台，搭设临时支架，并对临时支架进行预压。

（2）架设钢梁梁段于临时支架上，并完成钢梁间工地连接。

（3）焊接墩顶预埋钢板，张拉墩顶竖向预应力，拆除临时支架。

（4）填充墩顶区域钢梁内的补偿收缩混凝土。

（5）分两次浇筑钢箱梁桥面板。

（6）施工桥面系。

2.3 施工工艺

2.3.1 现场布置

灵山互通D匝道桥第2联钢梁总体施工方案：钢梁在工厂分段制造，经试拼验收合格后，运输到现场钢梁安装位置，搭设临时支架平台。在地面上用履带式起重机将工厂制作节段吊至拼装平台上，焊接为吊装节段，验收合格后再将钢梁节段吊装至临时支架上，按成桥线性、坡度、预拱度进行安装。场地平整后对其分层压实，确保地基承载力达到150kPa以上，平整度不大于5%。

2.3.2 现场施工用电

现场桥梁吊装处设置一级配电箱1个，放置在钢梁区域。总箱接出三路三级分配电箱，需将电源牵至拼装现场30m范围。施工用电计划见表1。

表1施工用电计划

     

2.3.3 地基处理

首先依据临时支架布设平面图，准确放出支架位置。在地基承载力不足时进行地基处理。使用碎石土分层压实回填，每层30cm，分层回填夯实至支架搭设底标高10.000cm以下，经检测地基承载力不小于方案设计值，地基验收之后浇筑10cm厚C20混凝土；基础高度1m，采用C30混凝土。

2.3.4 临时支架基础施工

（1）桥下临时支架基础。灵山互通D匝道桥第2联钢箱梁临时支架ZJ1、ZJ2、ZJ3、ZJ4、ZJ5基础采用4.2m×1.2m×1m的C25钢筋混凝土基础。临时支架钢管与预埋钢板焊接，并沿钢管四周布置加筋板。钢立柱预埋件在标高、位置复核无误后方可进行基础浇筑（图2）。

     

图2 灵山互通D匝道桥第2联钢梁支架立面示意

（2）桥上临时支架基础。由于剩余两组ZJ6、ZJ7临时支架位于张家庄2号大桥主线桥面上，此两组基础采用45号工字钢五拼焊接为一组，共4组，作为临时支架基础。将45号工字钢按图2进行五拼一组，长度5.5m，并排连续焊接，焊缝长度150mm，间距100mm，焊缝高度6~8mm。工字钢顶部拼缝，底部拼缝均需焊接。利用定位线及水准仪使45号工字钢组准确就位，同一组支架的两组工字钢放置时，顶部标高需相等。最后将其与临时支架焊接牢固。

2.3.5 临时支架结构及布置

灵山互通D匝道桥第2联钢梁安装临时支架，采用 直径为630mm ×10 mm 的钢管，立柱采用[20槽钢进行纵、横向连接，水平撑每隔3m设置1道，并搭设斜撑，支架钢管与型钢采用焊接，直径为630mm×10 mm 钢管与 直径为630mm ×10 mm钢管可采用法兰盘通过高强度螺栓连接。临时支架材料均为Q235B。

施工前应调查清楚现场的管线布置情况，并对基础及预埋件的标高、位置进行复核。临时支架构件采用50t汽车式起重机吊装施工。在地面将两根6m长钢管立柱与横连槽钢，斜连槽钢、连接板焊接为1个吊装单元。先采用50t汽车式起重机吊装第1层第1组支架立柱。然后依次吊装第2层至第4层支架立柱及连接系，使支架形成稳定结构体系。最后吊装支架顶端双拼32a工字钢分配梁，完成其余附属设施的 安装。

钢管柱的接长应采用环焊缝（V形焊缝）+缀板等强对接，注意钢管柱顶标高控制，确保钢梁安装时的预拱度和纵横坡满足设计要求。为方便操作人员上下通行，确保施工安全，支架外侧需设置护笼式爬梯，混凝土桥墩位置为之字形爬梯。必要时采用24m作业半径的曲臂式高空作业平台协助安装。

2.3.6 钢梁吊装工艺及要求

灵山D匝道钢梁现场组拼后梁段最长15.85m，最宽3.45m，梁高1.78m梁段节段最大重量为26.5t。吊装半径最大22m，选择300t汽车式起重机进行吊装。吊装前必须进行试吊，确保安全后再进行吊装。灵山互通D匝道桥第2联顺桥向钢梁分8个节段，每个节段2片梁。钢梁节段最重为26.5t，吊装半径22m，选择300t汽车式起重机进行吊装。

钢梁纵向吊装顺序：A节段→B节段→C节段→ D节段→E节段→F节段→G节段→H节段。为减少钢梁附近E匝道下部结构施工的干扰，各节段在吊装到位后，在临时支架进行纵向连接和环缝施工。

2.3.7 钢梁现场拼装与焊接

在临时支架上按照先箱体后悬挑梁的拼装顺序对各节段进行依次拼装。按照先焊接节段间纵缝，再焊接节段间环缝的现场焊接总体顺序进行钢梁焊接。

进行现场纵焊缝焊接时，按照底板→顶板→钢梁内腹板→加劲肋嵌补对→桥面系附属件的顺序依次焊接。优先选用埋弧自动焊和二氧化碳气体保护焊两种焊接方法，采用CJP、PJP、CJP 3种接头方式进行焊接。

在焊接过程中，钢梁会因受热产生不规则变形，需要在工厂制造过程中取得准确的变形数据，防止现场累计焊接变形量过大造成桥段尺寸不足等现象发生。按规范规定的探伤数量、探伤比例和检验标准分别进行超声波探伤和射线探伤。

2.3.8 钢梁现场涂装

免涂装耐候钢构件制造完成后，耐候钢表面应喷砂处理至清洁度Sa2.5级，然后进行锈层稳定化处理。免涂装耐候钢施焊前，焊缝位置及其两侧10cm范围内不应进行锈层稳定化处理。施焊完成后应对焊缝及其两侧10cm范围内进行锈层稳定化处理。

2.3.9 桥面板浇筑

采用两次浇筑桥面板。先采用C?50微膨胀混凝土浇筑跨中正弯矩范围桥面板，待龄期不小于14d、混凝土强度和弹性模量均达到设计要求的90%后，再采用C50微膨胀纤维混凝土浇筑钢箱梁主墩前后各5m共10m范围内墩顶负弯矩范围桥面板。待混凝土满足设计强度后，再进行桥面系施工。

2.3.10 卸载落梁

严格按照图纸提供的落梁前的主梁预拱度进行控制，确保落梁后的线型满足设计要求。

卸荷前重新复测桥面板及临时支架监控点，在卸荷过程中进行实时动态监控，如果监控点出现异常变化，应立即停止落梁，排除隐患后方可继续落梁。

2.3.11 临时支架拆除

支撑体系包括格构钢管柱、横梁两部分，整联钢梁安装完成卸载后才能对支撑体系进行拆卸。对支撑体系进行拆卸时，采用手拉葫芦和两台汽车式起重机抬吊的方案进行。拆架程序应遵循“由上而下，先搭后拆”的原则，即先切割调节钢管，使钢梁底与临时支架体分离，再用式起重机起吊拆除操作平台，最后拆支架标准节。

3 结束语

随着当今路桥建设的蓬勃发展，钢箱梁以施工速度快、施工干扰小、施工安全可靠、对施工环境适应性强等优点，应用越来越多。结合灵山互通D匝道桥第2联钢梁施工实例，对钢箱梁加工及施工过程中的技术要点进行了有益探讨，对类似工程施工中遇到的技术问题有一定的借鉴作用。