裝配式梁橋架設(shè)與安裝工藝研究

豐慧瑩, 張 陽

(金華市公路與運(yùn)輸管理中心，浙江 金華 321000)

1 引言

傳統(tǒng)就地現(xiàn)澆的橋梁建設(shè)方式推動(dòng)了社會(huì)交通與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但也存在資源浪費(fèi)、施工費(fèi)時(shí)、勞動(dòng)力成本大等諸多弊端，而工業(yè)化程度更高的預(yù)制裝配式橋梁的出現(xiàn)，較好地規(guī)避了現(xiàn)場(chǎng)澆筑帶來的問題。裝配式技術(shù)在橋梁中的應(yīng)用，雖然不過短短的幾十年，但是其發(fā)展前景十分美好[1]。中國(guó)的全裝配式橋梁起源于跨海大橋，如今在行業(yè)政策的支持下，全裝配式橋梁在眾多城市市政建設(shè)中得以快速發(fā)展[2，3]。本文以梁橋?yàn)槔M(jìn)行橋梁預(yù)制裝配技術(shù)的探討，其中預(yù)制梁的架設(shè)與安裝是十分重要的工序，直接關(guān)系到梁橋的穩(wěn)固性與安全性，應(yīng)事先分析施工現(xiàn)場(chǎng)條件、梁橋跨徑大小等情況，綜合考慮成本、效率、安全等因素，合理確定預(yù)制梁的架設(shè)安裝方案。不管采用哪種操作方式，都必須嚴(yán)格遵循施工的技術(shù)規(guī)范與要求，嚴(yán)密把握架設(shè)與安裝過程中的質(zhì)量控制[4]。

2 預(yù)制梁的出坑和運(yùn)輸

2.1 預(yù)制構(gòu)件的出坑

預(yù)制構(gòu)件從預(yù)制場(chǎng)的底座上移出來，稱為“出坑”。預(yù)制構(gòu)件的“出坑”操作也是裝配式梁橋工程建設(shè)中的關(guān)鍵步驟之一，其中T預(yù)制構(gòu)件出坑前的檢測(cè)主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

(1)外觀檢驗(yàn)：主要檢驗(yàn)是否有混凝土色差、蜂窩麻面，接縫、端頭處是否漏漿，是否出現(xiàn)漏筋，外露鋼筋長(zhǎng)度是否與設(shè)計(jì)相符等[5]。

(2)質(zhì)量檢測(cè)：包括保護(hù)層厚度、鋼筋間距檢測(cè)，混凝土回彈強(qiáng)度、密實(shí)度檢測(cè)，裂隙檢測(cè)等。

(3)評(píng)定匯總：施工單位應(yīng)如實(shí)匯總各項(xiàng)檢測(cè)報(bào)告，并交監(jiān)理復(fù)核評(píng)定，過審之后方可吊裝，嚴(yán)禁私自吊裝。

預(yù)制構(gòu)件的出坑檢測(cè)要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，以保證后續(xù)運(yùn)輸、吊裝、架設(shè)等步驟能順利有效開展。

2.2 預(yù)制梁的運(yùn)輸

預(yù)制梁的運(yùn)輸可分為場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸和場(chǎng)外運(yùn)輸，從工地預(yù)制場(chǎng)到橋頭的運(yùn)輸是“場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸”；從預(yù)制場(chǎng)至施工現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸是“場(chǎng)外運(yùn)輸”，場(chǎng)外運(yùn)輸?shù)木嚯x更長(zhǎng)，影響因素更多。

在場(chǎng)外運(yùn)輸時(shí)，首先，預(yù)制構(gòu)件要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，并合理規(guī)劃運(yùn)輸方案，包括運(yùn)輸車型、運(yùn)輸路線、運(yùn)輸次序及運(yùn)送至施工場(chǎng)地后的存放位置等，尺寸較長(zhǎng)、體積較大的特殊構(gòu)件更須擬定專門的運(yùn)輸方案，以確保能夠順利安全送達(dá)；其次，移運(yùn)預(yù)制梁時(shí)，構(gòu)件的起吊點(diǎn)要通過精密計(jì)算或按工程設(shè)計(jì)的要求來設(shè)定，吊裝時(shí)吊環(huán)要保持垂直受力，可以通過設(shè)置吊架輔助來保護(hù)吊環(huán)及周圍混凝土，運(yùn)輸過程中構(gòu)件要平放并確保沒有懸臂，在必要位置設(shè)置襯墊保護(hù)層，尺寸特殊的構(gòu)件在夜晚運(yùn)送時(shí)還要設(shè)置醒目標(biāo)志；最后，預(yù)制梁運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，也要做好預(yù)制梁的起吊、堆放、養(yǎng)護(hù)工作，防止預(yù)制梁被損壞，通常應(yīng)選擇地基穩(wěn)固、距離施工現(xiàn)場(chǎng)較近、交通便捷、有完善的排水設(shè)施的場(chǎng)地放置，堆放時(shí)構(gòu)件標(biāo)志朝外并墊防護(hù)層，還要做好灑水養(yǎng)護(hù)工作。

各類構(gòu)件都有不同的運(yùn)輸方式，要按照其本身受力特性來選擇，如梁要豎放，大型構(gòu)件則需要輔助斜撐之類的固定裝置，以保持其平衡。

3 陸地架設(shè)法

3.1 自行式吊車架梁

自行式吊車架梁主要有單吊機(jī)架設(shè)、雙吊機(jī)架設(shè)、吊機(jī)和絞車配合架設(shè)3種方式。當(dāng)預(yù)制構(gòu)件單體的質(zhì)量較輕，所在施工河流的河床較堅(jiān)實(shí)，在河流無水或少水的條件下，可采用單吊機(jī)架設(shè)安裝；當(dāng)梁重較大或尺寸較長(zhǎng)時(shí)可采用雙吊機(jī)架梁，此種方式對(duì)2臺(tái)吊機(jī)配合度要求較高；吊機(jī)和絞車配合架設(shè)法是由雙吊機(jī)架設(shè)法演變而來，吊機(jī)在垂直方向吊起預(yù)制梁，絞車在水平方向進(jìn)行牽引控制，此種方式安裝精度更高，操作難度更小，但對(duì)施工場(chǎng)地要求較高。

自行式吊車自帶動(dòng)力系統(tǒng)，是當(dāng)前小跨徑預(yù)制梁橋架設(shè)安裝的首選，其優(yōu)勢(shì)在于建設(shè)效率高、施工難度小，對(duì)場(chǎng)地和設(shè)備的要求低，對(duì)技術(shù)工種的需求少。如圖1所示。

圖1 自行式吊機(jī)架梁

3.2 跨墩門式吊車架梁

跨墩門式吊車架梁法采用龍門吊機(jī)安裝，安裝時(shí)先將預(yù)制梁運(yùn)送到橋孔處，用跨墩龍門架將梁吊起至安裝高度，然后水平移動(dòng)到預(yù)先設(shè)定的安裝位置完成安裝[6]。該法對(duì)操作技術(shù)和操作人員的要求均不高，但對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性要求較高，其穩(wěn)定主要依賴于承受了龍門架及橋梁全部重量的龍門架軌道，在淺水無水時(shí)可在河中填筑臨時(shí)路堤以放置軌道，在深水時(shí)則需要架設(shè)臨時(shí)便橋，如此一來建設(shè)成本就會(huì)翻倍，因而該架梁方式多用在河灘無水的情況下。如圖2所示。

圖2 跨墩門式吊車架梁

3.3 擺動(dòng)排架架梁

此方法需先將預(yù)制梁牽引到位并懸出臺(tái)面一小段，懸出長(zhǎng)度根據(jù)梁的截面尺寸和配筋確定，并在懸出的梁端底下設(shè)置人字扒桿或木支架。如圖3所示。

圖中1.制動(dòng)絞車；2. 預(yù)制梁；3. 支架；4. 牽引絞車

架設(shè)時(shí)預(yù)制梁前端需用制動(dòng)絞車進(jìn)行牽引，支架也會(huì)隨之?dāng)[動(dòng)至對(duì)岸，同時(shí)為控制擺動(dòng)速度還需在梁的后端設(shè)置一臺(tái)制動(dòng)絞車牽引減速。擺動(dòng)排架架梁法可用以解決橋梁高跨比稍大的情形，也適用于河中有水的情形，只需在水中設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單小墩以供設(shè)立木支架用。

3.4 移動(dòng)支架架梁

移動(dòng)支架架梁法需要在順著橋軸線的方向鋪設(shè)軌道，軌道用于安裝可移動(dòng)支架，預(yù)制梁的一段搭靠在支架上，通過支架的定向移動(dòng)將預(yù)制梁運(yùn)送至指定的架設(shè)位置，然后再進(jìn)行吊裝；也可以在橋墩上設(shè)置枕木垛，用千斤頂卸下后再將預(yù)制梁橫移到位。如圖4所示。

(a) (b)

圖4 移動(dòng)支架架梁

移動(dòng)支架架梁法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)動(dòng)力要求低，但只適用于橋下無水且河床堅(jiān)實(shí)的特定環(huán)境，要求所建橋的橋墩不宜過高且支架必須高大，由于受限較大且不夠經(jīng)濟(jì)，實(shí)際工程中較少采用。

4 浮吊架設(shè)法

4.1 浮吊船架梁

浮吊船架梁法主要應(yīng)用于海上或者深水大河且橋梁跨幅較大的施工場(chǎng)景，施工時(shí)利用浮吊船將預(yù)制梁運(yùn)送至指定地點(diǎn)并進(jìn)行吊裝，高空施工比較少，作業(yè)的安全性高，機(jī)械的吊裝能力強(qiáng)且效率高，運(yùn)用在具備浮吊條件的水域具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。如圖5所示。

圖5 浮吊船架梁

浮吊船來回運(yùn)梁航行時(shí)間長(zhǎng)會(huì)增加費(fèi)用，故一般利用裝梁船貯梁后進(jìn)行成批架設(shè)。浮吊船吊裝前要下錨定位，航道需臨時(shí)封鎖，如水流速度不大可利用預(yù)先拋入河中的混凝土錨作為錨固點(diǎn)。

4.2 固定式懸臂浮吊架梁

進(jìn)行浮吊架設(shè)時(shí)如果缺少大型伸臂式浮吊設(shè)備，可以通過拼接鋼制萬能桿件或是貝雷鋼架來裝配成固定式的懸臂浮吊進(jìn)行架設(shè)作業(yè)，此種架梁方式就稱為“固定式懸臂浮吊架梁法”。如圖6所示。

圖6 固定式懸臂浮吊架梁

先用存梁場(chǎng)吊將預(yù)制梁運(yùn)送至下河棧橋，用固定式懸臂浮吊接運(yùn)及安放穩(wěn)妥，再由拖輪把載梁浮吊拖運(yùn)到待架橋孔下，并讓浮吊就位待命。將船上的定位鋼絲繩與橋墩錨系仔細(xì)調(diào)整定位，對(duì)準(zhǔn)梁位后落梁就位。當(dāng)水流速度不大、橋墩不高時(shí)，此法架設(shè)30 m的T形梁或T形剛構(gòu)的掛梁都十分方便，但每片梁的架設(shè)都需浮吊拖至河邊棧橋處取梁，既影響架梁速度也增加經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)。

5 高空架設(shè)法

5.1 聯(lián)合架橋機(jī)架梁

又稱蝴蝶架架梁，主要用于架設(shè)中小跨度梁橋。采用聯(lián)合架橋機(jī)架梁可有效避免橋下通航受到影響，架設(shè)過程中定位及移動(dòng)都很方便，但需要用到大量的鋼架結(jié)構(gòu)，整個(gè)設(shè)施體積較大。如圖7所示。

圖7 聯(lián)合架橋機(jī)架梁

聯(lián)合架橋機(jī)基本構(gòu)造：①鋼導(dǎo)梁：由貝雷梁裝配而成，頂面可鋪設(shè)軌道；②門式吊機(jī)：由工字梁組成；③蝴蝶架：專門用以托運(yùn)轉(zhuǎn)移門式吊機(jī)，由角鋼組成。

5.2 閘門式架橋機(jī)架梁

此法適合架設(shè)中小跨徑的多跨梁橋，特點(diǎn)是不受水深及墩高的影響，且在工程中不阻塞通航。架橋機(jī)主要由三部分構(gòu)成，從下往上分別是伸縮型鋼制支腿、安裝梁、起重橫梁，如圖8所示。安裝梁下設(shè)有平車，用于移動(dòng)預(yù)制梁至指定位置。起重橫梁可沿安裝梁軌道移動(dòng)，同時(shí)梁上也設(shè)有起重車，以此可做到向任一水平位置移動(dòng)。具體施工過程中需要先將安裝梁安放到位，使支腿落在架梁孔的前墩上，再通過橫梁將預(yù)制梁運(yùn)送至安裝位置，用起重車將之安裝到位，再用相同的方法安裝好中梁，之后安裝梁軌道可繼續(xù)向前移動(dòng)，重復(fù)上述工序，直至全橋架梁完畢。這一方法可用于架設(shè)跨度較大、構(gòu)件較重的梁橋。

圖中1.安裝梁；2.支承橫梁；3.起重橫梁；4.可伸縮支腿

5.3 寬穿巷式架橋機(jī)架梁

此方法是在吊機(jī)的支點(diǎn)處架設(shè)門型支承橫梁，來支撐兩根間距擴(kuò)大了的安裝梁。在這一系統(tǒng)內(nèi)，所有主梁的橫移操作都可由起重橫梁上的起重車進(jìn)行橫移操作帶動(dòng)就位，無需再做繁瑣費(fèi)時(shí)的墩頂橫移。安裝梁的組裝可使用貝雷鋼架或者萬能桿件，架橋機(jī)質(zhì)量大，要特別注意施工安全。如圖9所示。

5.4 自行式吊車橋上架梁

當(dāng)梁橋的跨徑較小、質(zhì)量較輕、可運(yùn)送至橋頭的引道上時(shí)，采用自行式伸臂吊車架梁十分便捷，且該法對(duì)于輔助作業(yè)的需求微乎其微。自行式伸臂吊車有汽車吊、履帶吊兩種，施工過程中需注意，已建成的橋面須達(dá)到一定承載能力后方能使用，以確保能承載吊車的通行及之后的架梁作業(yè)，保證施工安全性。如圖10所示。

圖9 寬穿巷式架橋機(jī)

圖10 自行式吊車橋上架梁

5.5 “釣魚法”架梁

“釣魚法”架梁有很多衍生形式，扒桿縱向“釣魚法”是比較早期的，發(fā)展成熟但安全系數(shù)較低。目前使用較多的是雙扒桿“釣魚法”，它能有效解決傳統(tǒng)“釣魚法”在施工過程中面臨的安全性問題，此法用立在安裝孔墩臺(tái)上的兩副人字扒桿，通過絞車牽引預(yù)制梁就位，可實(shí)現(xiàn)無支架、無導(dǎo)梁安裝。如圖11所示。

圖11 雙扒桿“釣魚法”架梁

6 結(jié)語

本文主要探討了裝配式梁橋的架設(shè)與安裝工藝，大體可分為陸地架設(shè)法、浮吊架設(shè)法、高空架設(shè)法三大類，這三大類又分別包含了2種及2種以上的具體方法，在工程建設(shè)過程中，可以依據(jù)具體的工程設(shè)計(jì)、地理特征、機(jī)械配置等來選擇采用最為合適的架設(shè)方式。本文意在研究推動(dòng)裝配式技術(shù)在我國(guó)梁橋建設(shè)中的應(yīng)用與發(fā)展，并予其他類型橋梁的建設(shè)以啟示，以期提升我國(guó)橋梁建設(shè)的能力與國(guó)際影響力。