大型鋼箱梁吊裝施工工藝在跨金馬河大橋工程中的應(yīng)用

朱領(lǐng)，嚴(yán)弘志，陳義

（中交二航局成都城市建設(shè)工程有限公司，成都 610000）

1 工程概況

本文以跨金馬河大橋建設(shè)工程作為研究案例，該項(xiàng)目跨越金馬河段的里程設(shè)計(jì)為K1+097.46～K1+808.54，K2+666.959～K2+973.041 段需要跨越匯水溝渠，K3+293.175～K3+964.255處需要跨越成都市第二繞城高速，該項(xiàng)目?jī)?nèi)總計(jì)需要建設(shè)3 座橋梁，橋梁路面的行車(chē)速度設(shè)計(jì)為80 km/h。

結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙來(lái)看，單榀箱梁質(zhì)量最小為93.5 t，最大為160.1 t，單榀箱梁的體積比較大，自身質(zhì)量比較重，原材料運(yùn)輸過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)人流量和車(chē)流量均較大的路段，運(yùn)輸作業(yè)的難度大，存在較大的安全隱患。

2 施工方案

該項(xiàng)目中所使用的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支小箱梁直接從生產(chǎn)廠家采購(gòu)，簡(jiǎn)支小箱梁使用QJ260-50A3、QJ180-40 A3 兩種型號(hào)的架橋機(jī)進(jìn)行安裝，簡(jiǎn)支小箱梁先在作業(yè)平臺(tái)上拼裝成一個(gè)整體，然后縱向移動(dòng)完成架設(shè)。其中，QJ260-50 A3 型架橋機(jī)主要負(fù)責(zé)跨越金馬河大橋路段的小箱梁與鋼箱梁安裝；QJ180-40 A3 型架橋機(jī)則負(fù)責(zé)K2+820 大橋段的箱梁安裝。

在架設(shè)小箱梁之前，需要先安裝臨時(shí)支座與永久支座，施工現(xiàn)場(chǎng)的小箱梁運(yùn)輸使用運(yùn)梁小車(chē)完成，運(yùn)梁小車(chē)沿著道路前進(jìn)的方向?qū)⑿∠淞哼\(yùn)輸至架橋機(jī)后側(cè)，架橋機(jī)在抓梁以后，開(kāi)始架設(shè)小箱梁，每架設(shè)一個(gè)孔后，架橋機(jī)需要前進(jìn)一定的距離。重復(fù)以上步驟循環(huán)作業(yè)，直至所有小箱梁全部架設(shè)完成。

3 驗(yàn)算分析

3.1 混凝土小箱梁吊裝鋼絲繩驗(yàn)算

箱梁的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為40 m，按照最大質(zhì)量160.1 t 進(jìn)行計(jì)算，鋼絲繩與吊鉤質(zhì)量為1.5 t，吊梁時(shí)需要使用兩臺(tái)130 t 的卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行吊裝，單臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的最大載重為Q=[1.2×（160.1+1.5）]/2=96.96 t，四舍五入按照97 t 計(jì)算。其中，1.2 為動(dòng)荷載系數(shù)。

鋼絲繩的拉力計(jì)算過(guò)程為：

經(jīng)計(jì)算，取550 kN。

式中，P為單根鋼絲繩的拉力，kN；P總為指箱梁整體質(zhì)量，t；α為鋼絲繩與豎直線之間的夾角，取30°。具體情況如圖1 所示。

圖1 角度示意圖

鋼絲繩的容許拉力按式（1）計(jì)算：

式中，P′為鋼絲繩的容許拉力，kN；為鋼絲繩的鋼絲破斷拉力和，kN；α′為鋼絲繩間荷載不均勻系數(shù)，取0.82；K為鋼絲繩的安全系數(shù)，取值情況見(jiàn)表1。

表1 鋼絲繩的安全系數(shù)

K取8 時(shí)，得：

鋼絲繩吊裝標(biāo)準(zhǔn)可以參照GB 8918—2006《重要用途鋼絲繩》規(guī)范，該項(xiàng)目選擇使用直徑為98 mm 的鋼絲繩，鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度為1 770 MPa，鋼絲繩的力學(xué)性能滿足實(shí)際施工的需求。

3.2 鋼箱梁吊裝鋼絲繩驗(yàn)算

該項(xiàng)目?jī)?nèi)使用的鋼絲繩設(shè)置方式如圖2 所示。

圖2 單機(jī)吊裝鋼絲繩設(shè)置示意圖

該項(xiàng)目使用的鋼絲繩與水平面之間的角度需保持在45°～60°，按照夾角為45°，箱梁取最大自重，鋼絲繩的動(dòng)荷載系數(shù)按照1.1 進(jìn)行計(jì)算，使用4 根鋼絲繩同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，單根鋼絲繩的拉力：

選擇鋼絲繩的直徑時(shí)，通常是按照鋼絲繩受到的拉力確定，先計(jì)算出鋼絲繩的鋼絲破斷拉力和，然后按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇鋼絲繩的直徑。若使用的是舊鋼絲繩，那么應(yīng)該根據(jù)舊鋼絲繩使用情況，將許用拉力P乘以0.4～0.7 的系數(shù)。

4 施工要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

1）在架運(yùn)小箱梁之前，應(yīng)該將路基清理干凈，保證運(yùn)梁小車(chē)順利通行。

2）施工現(xiàn)場(chǎng)的施工裝置必須在驗(yàn)收合格以后使用，相關(guān)操作人員應(yīng)經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)化培訓(xùn)后持證上崗。

3）施工現(xiàn)場(chǎng)需要配備應(yīng)急物資，并提前制訂應(yīng)急措施。夜間施工時(shí)，保證現(xiàn)場(chǎng)照明條件滿足實(shí)際作業(yè)的需求，確保不會(huì)出現(xiàn)安全隱患。

4.2 施工方法

4.2.1 箱梁運(yùn)輸

將鋼箱梁放置在枕木上，枕木稍微高于箱梁的頭部，鋼箱梁尾部的懸挑長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，保持在6 m 以?xún)?nèi)比較合適，為保證鋼箱梁不發(fā)生側(cè)向偏移，應(yīng)該在鋼箱梁兩側(cè)與車(chē)廂之前設(shè)置連接板，加強(qiáng)鋼箱梁運(yùn)輸過(guò)程中的穩(wěn)定性。

以箱梁最大質(zhì)量（98 t）進(jìn)行計(jì)算：

1）運(yùn)輸牽引車(chē)：奔馳6×63354 型，功率397 kN。

2）運(yùn)輸車(chē)板：武漢神駿全液壓板，雙排10 軸線。

此外，鋼箱梁在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)該做加固處理，保證運(yùn)輸途中不會(huì)出現(xiàn)形變，鋼箱梁支撐點(diǎn)部位放置墊板或者膠皮，保證箱梁表面油漆不被損壞，臨時(shí)加固點(diǎn)部位需要進(jìn)行打磨、刷漆處理。

4.2.2 混凝土預(yù)制小箱梁安裝施工

在安裝之前，施工人員應(yīng)該復(fù)核橋臺(tái)、墩柱的軸線、高程以及平整度。

將橋臺(tái)上的墊石清理干凈，若墊石超高，則應(yīng)該做鑿毛處理，使用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)殘缺面進(jìn)行找平處理，確保墊石的高程滿足設(shè)計(jì)要求。

在安裝箱梁之前，墊石的強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

4.2.3 架橋機(jī)拼裝與調(diào)試

架橋機(jī)組裝作業(yè)場(chǎng)地確定在K2+820 處，該場(chǎng)地的寬度為20 m，長(zhǎng)度為100 m，組裝長(zhǎng)度的面積完全可以滿足實(shí)際拼裝需求，利用吊車(chē)來(lái)拼裝架橋機(jī)的各個(gè)構(gòu)件，吊車(chē)?？吭诩軜驒C(jī)拼裝點(diǎn)的右側(cè)。具體的拼裝流程可以參照本項(xiàng)目制訂的《架橋機(jī)安拆專(zhuān)項(xiàng)方案》。

1）喂梁作業(yè)。喂梁過(guò)程中，需要先進(jìn)行試停車(chē)檢驗(yàn)，檢查運(yùn)梁小車(chē)的制動(dòng)性能，在檢查合格以后再次運(yùn)行，駕駛員注意力應(yīng)高度集中，聽(tīng)從指揮人員的指揮，運(yùn)梁小車(chē)不得與架橋機(jī)發(fā)生碰撞。運(yùn)梁小車(chē)的副車(chē)將箱梁運(yùn)輸至架橋機(jī)腹板位置，移動(dòng)至起重天車(chē)的下側(cè)，沿著梁體吊點(diǎn)部位下放鋼絲繩，使用鋼絲繩捆綁固定梁體，在捆綁固定梁體的過(guò)程中，在梁體與鋼絲繩接觸的部位放置墊護(hù)材料，避免鋼絲繩損壞梁體表面。梁體起吊全程必須配備專(zhuān)人進(jìn)行指揮，起吊過(guò)程中保證鋼絲繩保持垂直狀態(tài)，梁體保持水平狀態(tài)；當(dāng)梁體脫離運(yùn)梁車(chē)以后，對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行多次制動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)合格以后才可以走梁。待架橋機(jī)將梁體全部吊起，并且梁體離開(kāi)運(yùn)梁車(chē)的尾端以后，要檢查運(yùn)梁車(chē)四周是否存在障礙物，確認(rèn)無(wú)誤后方可退出架橋機(jī)的作業(yè)范圍；運(yùn)輸通道內(nèi)不得堆放雜物，以確保運(yùn)梁車(chē)安全、順利通行[1]。

2）吊梁運(yùn)行。小箱梁的最大自重為160.1 t，鑒于此，選擇使用φ60 mm 鋼絲繩完成吊裝作業(yè)。結(jié)合設(shè)計(jì)圖，吊點(diǎn)的位置應(yīng)距離支座的邊跨1 m。

3）橫移和落梁。橫向移動(dòng)架橋機(jī)，保證梁體順利就位。當(dāng)架橋機(jī)移動(dòng)至輪廓的邊緣部位時(shí)停止移動(dòng)，開(kāi)始緩慢下放梁體，梁體距離墊石10 cm 時(shí)，開(kāi)始對(duì)梁體的位置進(jìn)行小幅度調(diào)整，根據(jù)外邊緣線來(lái)調(diào)整梁體的位置，確保梁體落放位置的精準(zhǔn)性。梁體落放過(guò)程中，保證梁體與支座緊密貼切，確保支座不會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象，同時(shí)落放不得出現(xiàn)梁體與支座相互碰撞，當(dāng)支座位置發(fā)生偏離時(shí)，應(yīng)該吊起梁體，調(diào)整支座的位置。

4.2.4 特殊橋跨架設(shè)

1）第一跨梁的架設(shè)。在安裝首跨梁體時(shí)，架橋機(jī)的中支腿支撐在橋臺(tái)上，需保證梁下的基礎(chǔ)具備足夠的承載力，避免橋架機(jī)在架設(shè)梁體時(shí)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，消除施工過(guò)程中的安全隱患。前支腿縱向移動(dòng)之前，先調(diào)整支腿的高度，保證前支腿迅速就位。

2）最后一跨架設(shè)。在安裝最后一跨時(shí)，架橋機(jī)的對(duì)立面是已經(jīng)安裝好的橋面，在這種情況下，架橋機(jī)的前支腿會(huì)在橋面移動(dòng)，因此，需要適當(dāng)降低前支腿的高度。

4.2.5 架橋機(jī)拆除

箱梁全部架設(shè)完成后，架橋機(jī)應(yīng)移動(dòng)至橋臺(tái)部位，施工人員開(kāi)始拆除架橋機(jī)，拆除按照先裝后拆，后裝先拆的原則進(jìn)行。使用25 t 的吊車(chē)拆除架橋機(jī)。

4.2.6 鋼箱梁安裝施工

1）安裝前的準(zhǔn)備工作。鋼卷尺等專(zhuān)業(yè)測(cè)量設(shè)備需要相關(guān)機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)校驗(yàn)合格的情況下才能使用，確保測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性。施工人員在吊裝作業(yè)之前，需要先進(jìn)行技術(shù)交底、安全交底，并做好完整的交底記錄。吊裝作業(yè)之前，必須保證腳手架等防護(hù)設(shè)施準(zhǔn)備就緒，施工人員每人配備一套勞保用品。安裝鋼箱梁之前，需要將承臺(tái)墊塊表面清理干凈，促使箱梁安裝順利進(jìn)行。檢查起吊設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與質(zhì)量性能，正式吊裝作業(yè)之前先進(jìn)行試吊作業(yè)，在試吊無(wú)誤后開(kāi)始正式吊裝作業(yè)。吊裝作業(yè)之前需要對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行復(fù)核：預(yù)埋件的安裝位置、支座的頂面標(biāo)高、墩柱之間的距離等[2]。

2）鋼箱梁現(xiàn)場(chǎng)吊裝。（1）鋼箱梁對(duì)接就位。當(dāng)鋼箱梁底面距離平面10～50 mm 時(shí)，架橋機(jī)無(wú)法對(duì)鋼箱梁進(jìn)行小幅度的調(diào)整。在這種情況下，施工人員可以利用手拉葫蘆調(diào)整鋼箱梁的位置。當(dāng)鋼箱梁底面距離平面10～50 mm 時(shí)，架橋機(jī)無(wú)法對(duì)鋼箱梁進(jìn)行小幅度的調(diào)整，在這種情況下，施工人員可以借助千斤頂完成鋼箱梁安裝任務(wù)。具體參照?qǐng)D3。（2）鋼箱梁固定。對(duì)支座與鋼箱梁進(jìn)行連接加固。相鄰的兩個(gè)鋼箱梁使用碼板進(jìn)行連接加固，在加固完成以后，開(kāi)始對(duì)外露的焊接縫進(jìn)行焊接處理。（3）鋼箱梁卸載。當(dāng)鋼箱梁焊接縫作業(yè)完成以后，將橋體的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)移至千斤頂上，然后將承重支架上的鋼板墊塊拆除，當(dāng)支撐不需要承受橋體荷載時(shí)，將支撐拆除，最后卸除橋梁的荷載。卸載作業(yè)應(yīng)該分多次進(jìn)行，單次卸載高度不得超過(guò)20 mm。

圖3 鋼箱梁就位示意圖

4.2.7 鋼箱梁現(xiàn)場(chǎng)涂裝工藝

當(dāng)鋼箱梁焊接為整體以后，開(kāi)始對(duì)焊接縫進(jìn)行處理。頂板下側(cè)的表面使用支架作業(yè)平臺(tái)完成涂裝。在對(duì)鋼箱梁表面進(jìn)行涂裝之前，需先對(duì)表面進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的內(nèi)容包括脫脂凈化、打磨鐵銹。處理后的鋼箱梁表面的清潔度必須達(dá)到Sa3級(jí)，表面粗糙度保持在Ra50～80 μm，而后開(kāi)始涂裝作業(yè)。

施工人員不得在封閉的箱體內(nèi)部展開(kāi)涂裝作業(yè)。即使需要在箱體內(nèi)部進(jìn)行涂裝作業(yè)，也應(yīng)該提前做好通風(fēng)措施，以保證箱體內(nèi)的空氣處于流通狀態(tài)。油漆放置點(diǎn)與施工點(diǎn)之間的距離不得小于10 m。

4.2.8 臨時(shí)支墩卸載與拆除

1）使用至少50 t 的千斤頂來(lái)替換臨時(shí)支點(diǎn)，千斤頂與支點(diǎn)之間的距離不得超過(guò)200 mm，施工人員需對(duì)千斤頂支撐部位采取加固措施，提供千斤頂?shù)姆€(wěn)定性。支架承受的荷載分3 次卸除，首次卸載高度控制為10 mm，第二次卸載高度控制為20 m，第三次卸載高度為20 mm。

2）當(dāng)千斤頂布設(shè)完成以后，使用測(cè)量?jī)x器測(cè)量出參數(shù)數(shù)值，然后降低支撐標(biāo)高凳的高度。將所有標(biāo)高凳的高度全部降低10 mm，而后同步收縮所有千斤頂10 mm，持續(xù)5 min，使用測(cè)量設(shè)備測(cè)量變化前后的情況，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)不再發(fā)生變化時(shí)，說(shuō)明卸載完成。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合工程實(shí)踐結(jié)果可以得出，跨金馬河大橋施工質(zhì)量滿足現(xiàn)行規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，鋼箱梁的幾何尺寸以及安裝位置滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了竣工驗(yàn)收合格的標(biāo)準(zhǔn)。文中提到的大跨度鋼箱梁吊裝施工工藝具備可行性，不但可以保證施工質(zhì)量，還可以縮短施工工期，提高施工效率。此次研究對(duì)類(lèi)似工程項(xiàng)目具備一定的參考價(jià)值。