淺談上跨京新高速鋼砼組合梁施工技術

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國人民物質生活也富裕起來，對基礎設施的需求也不斷的提高，城市道路橋梁建設也日益成熟。尤其大跨度輕便的鋼結構橋梁的制作工藝愈加成熟，使得橋梁跨越性增強，更加適合現(xiàn)代的大都市，向藝術美的方向發(fā)展，而不僅僅是其使用功能。對于鋼砼組合梁的優(yōu)異性能應用越來越廣泛。對于鋼砼組合梁的施工工藝的研究顯得格外重要。

關鍵詞：跨度;鋼結構;鋼砼組合梁;施工工藝

一、工程實例

京張鐵路清河火車站位于北京市海淀區(qū)清河街道境內，五環(huán)路以北，G7京新高速東側，小營西路與安寧莊北路之間，距離北京北站11km。作為2022年冬奧會的配套工程，清河火車站是奧運始發(fā)站之一。清河站配套地鐵、公交、出租等，形成綜合交通樞紐。清河火車站專用匝道橋梁工程，站房進出匝道系統(tǒng)包括4條匝道，其中Z2匝道的8-11軸為鋼-砼組合結構，9-10軸為上跨京新高速。Z2匝道施工場地狹小且為多作業(yè)平臺，工況極其復雜，跨京新高速段鋼梁吊裝施工危險性極大。經(jīng)多次與吊裝廠家研討、組織經(jīng)驗豐富的外部專家論證后，總結出一套完整的鋼梁吊裝技術要點，為鋼梁吊裝作技術保障。

二、鋼-砼組合梁的優(yōu)點

（一）鋼砼組合梁截面中混凝土主要受壓，鋼梁受拉，充分發(fā)揮材料特性，承載力高。承載力相同時，相比非組合梁節(jié)約鋼材達15%-25%。

（二）鋼砼組合梁提高了鋼梁的剛度，提高了穩(wěn)定性。改善了鋼梁受壓區(qū)的受力狀態(tài)，增強抗疲勞性能。

（三）鋼砼組合梁可以利用鋼梁剛度和承載力承擔懸掛模板、混凝土板及施工荷載，無需再設置支撐，加快施工速度。

（四）抗震性能好。

三、鋼梁臨時支架設計

臨時支架搭設形式按照設計圖紙的臨時支架反力、鋼箱梁橫橋及縱橋向連接板尺寸，另外綜合安裝現(xiàn)場場地情況進行設計施工，本次臨時支架全部采用鋼管格構式形式。

臨時支架結構計算依據(jù)：

按照設計圖紙臨時支架反力及臨時支架高度，對全部鋼箱梁臨時支架進行統(tǒng)計并驗算。

Z2匝道：

備注：結合上述數(shù)據(jù)，對全部臨時支架數(shù)據(jù)進行匯總分析，支架驗算按照如下三種支架形式復核。

支架1：臨時支架高度15米，反力3000KN

立柱鋼管φ219*6mm、橫桿及斜腹桿方管100*50*3mm、上橫梁H350*175*7*11，上橫梁、橫桿及斜腹桿與立柱焊接，上橫梁上部采用調節(jié)沙箱。

支架2：臨時支架高度15米，反力5000KN

備注：立柱鋼管φ273*6mm、橫桿及斜腹桿方管100*50*3mm、上橫梁H350*175*7*11。上橫梁、橫桿及斜腹桿與立柱焊接，上橫梁上部采用調節(jié)沙箱。

支架3：臨時支架高度8米，反力5000KN

備注：立柱鋼管φ273*8mm、橫桿及斜腹桿方管100*50*3mm、上橫梁H350*175*7*11。上橫梁、橫桿及斜腹桿與立柱焊接，上橫梁上部采用調節(jié)沙箱。

臨時支架基礎地基承載力計算：

（一）上部反力：3000KN

鋼管支架重量：8.5噸=85KN

砼基礎重量：（1.5×3×0.6）m3×25 KN/ m3 =67.5KN*4=270 KN

支墩總荷載：

P總=3000+85+270=3355KN

基礎承載力σ= p總/4/S=3355KN /4/（1.5×3）m2=186.3KN/m2=186.3KPa

（二）上部反力：5000KN

鋼管支架重量：8.5噸=85KN

砼基礎重量：（1.5×3×0.6）m3×25 KN/ m3 =67.5KN*4=270 KN

支墩總荷載：

P總=5000+85+270=5355KN

基礎承載力σ= p總/4/S=5355KN /4/（1.5×3）m2=297.5KN/m2=297.5KPa

臨時支架基礎施工時需對現(xiàn)狀地面進行處理以滿足地基承載力需求，如支架基礎范圍內存在地下管線路由，可對基礎位置及尺寸適當調整。臨時支架基礎參照對應的反力要求，分別按照上述兩種基礎承載力要求進行地面處理工作。

四、鋼箱梁吊裝安裝

（一）起重機性能

地基承載力計算（按最不利計算）：

450T汽車吊自重72噸，配重120噸，構件重量56噸，鉤子和鋼絲繩重2噸，每個支腿下面鋪設2m*3m路基板一塊。

吊車與構件總重

M總=72+120+56+2=250噸=2500KN

每條支腿平均受力

M=M總/4=250/4=62.5噸=625KN

最不利位置受力側兩條支腿完全受力

M后=2500/2=1250KN。

支腿下面鋪設2m*3m的路基板，因此對地壓力P地=M后/6㎡=208KN/㎡。需對吊車支腿地面做硬化處理，滿足地基承載力要求。另外針對汽車吊站位吊裝位置，需要在吊裝前做好地下管線及涵洞的咨詢工作。

（二）吊具索具的選擇

1、吊耳的布置：本工程主橋鋼箱梁最長鋼箱梁長約37米，最重一段重115噸。單機吊裝時候鋼箱梁最重86噸、雙機抬吊時鋼箱梁最重115噸。

2、雙機抬吊時：鋼梁的吊耳設置在距梁端2米處，每側設置4個吊耳，均對稱中心布置，每段梁八個吊耳。單機吊裝時，鋼梁的吊耳設置在距梁重心5米處，對稱中心布置;每段梁設四個吊耳;吊耳周邊應寬敞，盡量避開縱向加強筋和隔板，使35噸卡扣能方便拆卸。

雙機抬吊時鋼箱梁最大單重為115t，按180t計算，共設置8個吊耳，每個吊耳承載力按F=180t/8*1.4=32t計算。單機吊裝時最大鋼箱梁重量84噸，按120噸計算，鋼箱梁設置4個吊耳，每個吊耳承載力按F=120t/4*1.4=42t計算，吊耳采用Q345B，δ=30mm，本次計算按照單個吊耳承載力42噸計算。

a.吊耳薄弱部位計算：此吊耳薄弱部位為吊裝孔上部截面位置最小處，其截面積為： As=100*30=3000mm2

Q345B鋼材抗剪強度的設計值為：fv=170N/mm2

薄弱部位所能承受的荷載f承=As*fv=3000*170=51t>42t。

所以此吊耳足可以滿足吊裝要求。

b.焊腳高度計算：Q345B鋼腳焊縫抗剪強度設計值為ft=200N/mm2

吊裝所需要焊縫面積為As=F/ft=40*100/200=2000mm2

焊腳高度hf=As/（2L*0.7）=2000/（2*360*0.7）=4.0mm

為安全及施工考慮，hf==12mm，且開雙面坡口。

3、吊點的設置

根據(jù)鋼梁橋的外形尺寸大，單件重量大的特點，必須選擇4個吊點進行吊裝作業(yè)，由于鋼梁內部結構復雜，同一段鋼梁線性密度不均勻，必須根據(jù)設計圖和分段、分塊尺寸進行計算，精確測定出構件的重心，然后確定吊點位置，為了盡量減少構件吊裝時變形，且便于吊裝就位，吊點縱向距離一般為構件長度的2/3左右，橫向距離未鋼箱梁上翼緣板中心距。

4、鋼絲繩、卸扣的選擇

鋼絲繩承載力驗算：

按吊裝鋼箱梁重量，單機吊裝時鋼箱梁最重84噸，按照90噸進行計算，90t=900KN（最重情況考慮）、鋼絲繩4點受力計算

鋼絲繩與鋼梁的水平夾角α為60°

根據(jù)以上兩個條件可計算出每根鋼絲繩的許用拉力值：

[S]=900/4/sin60?=259.8KN

根據(jù)鋼絲繩破斷拉力計算公式：[S]=S0/K 得

S0=[S]*K=259.8*6=1558KN

[S]：鋼絲繩最大拉力值

S0：鋼絲繩最小破斷拉力

K：安全系數(shù)（本方案中鋼絲繩做吊索使用，取K=6）

查鋼絲繩技術參數(shù)表，選用以下鋼絲繩，6*37（股1+6+12+18），抗拉強度1850KPa，直徑56mm的鋼絲繩換算系數(shù)（6*37）=0.82

鋼絲繩最小破斷力系數(shù)為0.82，因此鋼絲繩破斷拉力應為1558KN/0.82=1900KN。

查鋼絲繩相應國標可知：

鋼芯兒鋼絲繩可選用56mm，可以使用。

5、卸扣的選用

單價吊裝鋼箱梁四個吊點布置、雙機吊裝時8個吊點布置，本次計算按照單機最重段鋼箱梁進行計算，最重段鋼梁84噸，按照90噸進行計算，鋼絲繩和鋼箱梁夾角按照60°計算，則吊耳承受的最大拉力按照最重段鋼梁計算，鋼箱梁重量84噸，按100計算， 1000t/4/sin60=28.9t=289KN。

故本次吊裝使用35噸卸扣。

（三）吊裝示意

Z2匝道（8-11軸）安裝：

E段吊裝： 350噸汽車吊站位Z2-11軸北側，300噸汽車吊工作半徑12米時，額定起重量92噸，構件重量53.5噸+1.5噸（吊鉤及鋼絲繩重量）=55噸，滿足吊裝要求。

D段吊裝： 350噸汽車吊站位Z2-10軸北側，300噸汽車吊工作半徑12米時，額定起重量92噸，構件重量45噸+1.5噸（吊鉤及鋼絲繩重量）=46.5噸，滿足吊裝要求。

C段吊裝： 450噸汽車吊站位Z2-10軸南側，構件車輛停放在京新高速進京方向，需封閉京新進京方向道路，計劃24：00點前將汽車吊支車完畢，構件車輛24：00后進入京新高速，凌晨1：00掛鉤吊裝，凌晨5：00前兩段鋼箱梁吊裝完畢。450噸汽車吊工作半徑18米時，額定起重量72噸，構件重量53噸+1.5噸（吊鉤及鋼絲繩重量）=54.5噸，滿足吊裝要求。

B段吊裝： 450噸汽車吊站位Z2-9軸北側，構件車輛停放在京新高速出京方向，需封閉京新出京方向道路，計劃24：00點前將汽車吊支車完畢，構件車輛24：00后進入京新高速，凌晨1：00掛鉤吊裝，凌晨5：00前兩段鋼箱梁吊裝完畢。450噸汽車吊工作半徑18米時，額定起重量72噸，構件重量56噸+1.5噸（吊鉤及鋼絲繩重量）=57.5噸，滿足吊裝要求。構件運輸車輛重量20噸，合計重量77.5噸，運輸時采用保證整體重量單軸載重不超過10噸。

備注：因京新高速隔離帶中間位置增加臨時支架，吊裝前利用晚上時間，24：00后導行出京方向里側兩車道，利用16噸汽車吊安裝臨時支架。臨時支架四周設置警示標志及夜間反光提示。鋼箱梁全部吊裝完畢后，因鋼梁接口位于最里側車道，出京方向最里側車道需要導行?？紤]到B-C接口位于現(xiàn)狀京新高速上方，施工時在接口位置搭設封閉吊框進行螺栓連接作業(yè)。

A段吊裝： 350噸汽車吊站位Z2-8軸北側，300噸汽車吊工作半徑12米時，額定起重量92噸，構件重量53噸+1.5噸（吊鉤及鋼絲繩重量）=54.5噸，滿足吊裝要求。

五、高強螺栓施工

本工程使用的螺栓主要為大六角頭高強度螺栓。

（一）施工中采用高強螺栓，其安裝技術要求應符合以下規(guī)定：

1、高強螺栓在施工前必須有材質證明書（或質量保證書）必須在使用前做復試。

2、高強螺栓設專人管理妥善保管，不得亂扔亂放，在安裝過程中，不得碰傷螺栓及污染臟物，以防扭距系數(shù)發(fā)生變化。

3、高強螺栓要防潮、防腐蝕。

4、高強螺栓要能自由穿入，不得硬性敲入，應使用過孔沖和鉸刀修正擴正，修擴后的螺栓孔最大直徑應小于1.2倍螺栓公稱直徑。

5、雨雪天氣不得進行高強螺栓安裝，摩擦面上及螺栓表面不得有水及其它污物。

6、高強螺栓分2次擰緊。第1次初擰到標準予拉力的60%，第2次終擰到標準值。

初擰：當構件吊裝就位后，將連接板使用普通螺栓固定，檢查合格后，再安裝高強螺栓，注意連接面不能有雜物進入，安裝完成后用手動或電動扳手進行初擰，使連接板面接合緊密。

終擰：螺栓的終擰使用電動扭力搬手進行，終擰強度由力矩控制設備完成，確保其扭力達到設計和規(guī)范要求。扭剪型螺栓終擰時應采用專用扳手將尾部梅花頭擰掉。

7、高強螺栓的初擰和終擰，時間間隙一般不能超過一天。

8、在大六角頭高強度螺栓全部安裝就位后，可以開始緊固。緊固方法一般分為兩步進行，即初擰和終擰。應將全部高強度螺栓進行初擰，初擰扭矩應為標準軸力的60%～80%，具體還要根據(jù)鋼板厚度、螺栓間距等情況適當掌握。若鋼板厚度較大、螺栓布置的間距較大時，初擰軸力應大一些為好。初擰緊固順序，根據(jù)大六角頭高強度螺栓緊固順序規(guī)定，一般應由接頭剛度大的地方向不受拘束的自由端順序進行;或者從栓群中心向周圍擴散方向進行。

9、若連接板螺孔誤差較大時應檢查分析酌情處理，若屬調整螺孔無效或剩下局部螺孔位置不合適，可使用電動絞刀或手動絞刀進行打孔處理。

（二）高強螺栓安裝采用自制吊籠和鋼筋爬梯來完成。

六、結語

隨技術的發(fā)展、產(chǎn)品的更新、高鐵建設的變化日新月異，未來高速鐵路將逐步占領鐵路市場，因此對于高鐵的建設施工方法越來越多，移動模架造橋機也將會不斷改進不足，對施工過程中安全和質量的控制將更加嚴謹，對高速鐵路的建設發(fā)展有極大的促進作用，將成為我國鐵路建設事業(yè)不可磨滅的篇章。

參考文獻：

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[8]徐工450t汽車吊使用說明書;

作者簡介：張玉強，男，工程師，2005年7月畢業(yè)于石家莊鐵道學院房屋建筑工程專業(yè)