自升降塔架在橋梁吊裝工程中的運(yùn)用

陳翔，黃書海

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

1 吊裝施工

1.1 工程概況

貴州省貴陽(yáng)市人民大道（南段）第一合同段筑城廣場(chǎng)大橋（以下簡(jiǎn)稱筑城廣場(chǎng)大橋），地處貴陽(yáng)市市中心南明區(qū)繁華地段，該橋上跨貴陽(yáng)市南明河，橋梁四周被已有高大建筑物群包圍，施工場(chǎng)地十分狹窄。大橋結(jié)構(gòu)為：雙層小半徑曲線鋼桁架主梁+拋物線輕型斜跨拱。橋梁主體受力結(jié)構(gòu)為鋼桁架主梁，橋拱為裝飾結(jié)構(gòu)。

其中，橋拱部分分為小拱與大拱，小拱和大拱計(jì)算跨徑分別為90m 和162m（見圖1），計(jì)算矢高分別為60m 和70m，拱圈結(jié)構(gòu)為鋼箱拱，采用2～2.5m 變高菱形截面（下寬上窄）。拱圈由若干節(jié)段構(gòu)成，每段設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為7～9m（下長(zhǎng)上短）。

圖1 筑成廣場(chǎng)大橋立面（投影面）示意圖

1.2 自升降塔架吊裝工藝概述

以筑城廣場(chǎng)大橋?yàn)槔?，筑城廣場(chǎng)大橋鋼桁架主梁由于起吊高度均在15m以內(nèi)，故采用常規(guī)吊車即可解決吊裝問題，但當(dāng)主桁架施工完成后，在拱圈安裝施工過程中，即面臨施工場(chǎng)地狹窄、吊裝噸位大、吊裝高度高等難題，主要表現(xiàn)為：①施工場(chǎng)地四周均被已有高大建筑物群包圍，除已施工完成的主體梁式橋面（華倫體系桁架梁）外，幾乎沒有任何施工作業(yè)場(chǎng)地；②在大橋拱圈安裝過程中，每個(gè)拱圈的計(jì)算矢高和起吊重量均較大，以大拱為例，大拱計(jì)算矢高70m（即使在已有雙層橋面頂面起吊，起吊高度也達(dá)到60m），整個(gè)拱圈自重499t，因此傳統(tǒng)吊車、纜索吊等吊裝方式已不能解決本工程拱圈吊裝問題[1]。

為了解決上述問題，施工單位自行設(shè)計(jì)了一種自升降塔架系統(tǒng)，利用主體梁式橋頂面作為施工平臺(tái)，將自升降塔架作為吊裝系統(tǒng)主體，在配合拱圈體外鉸后，通過拱圈豎轉(zhuǎn)工藝完成了拱圈的吊裝合龍，其吊裝流程如下：

（1）利用主體梁式橋面作為自升降塔架施工平臺(tái)。主體梁式橋完成后，在梁式橋面進(jìn)行塔架基礎(chǔ)施工，通過塔架自升降功能完成塔架主體結(jié)構(gòu)安裝及吊裝系統(tǒng)安裝。

（2）將拱圈適當(dāng)拆分，在橋面設(shè)置臺(tái)架平臺(tái)，并在拱圈拱腳位置設(shè)置體外鉸，同時(shí)，在橋面設(shè)置胎架，將拆分后的拱圈放置于胎架，配合自升降爬架系統(tǒng)，形成半拱圈豎轉(zhuǎn)體系，一方面解決了拱圈垂直提升問題，另一方面也解決了拱圈水平移動(dòng)問題。

（3）將拆分的拱圈吊裝到位后，進(jìn)行最后的合龍。按上述步驟將各個(gè)拆分拱圈起吊到位后，最后開始吊裝合龍段，將拆分的拱圈進(jìn)行合龍，重新連接成整體，從而使拱圈整體吊裝到位。

2 自升降爬架設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)原理

自升降爬架在整個(gè)起吊過程中起到了十分關(guān)鍵的作用，以下通過重點(diǎn)介紹自升降爬架各個(gè)重要參數(shù)及設(shè)計(jì)原理，說明自升降爬架在吊裝工程中的運(yùn)用機(jī)理。

2.1 自升降爬架設(shè)計(jì)參數(shù)

自升降爬架主要由4 部分組成：①塔架立柱節(jié)段（包括頂節(jié)段、標(biāo)準(zhǔn)段、底節(jié)段）；②外套架系統(tǒng)；③液壓爬升系統(tǒng)；④臨時(shí)鎖扣系統(tǒng)。

2.1.1 塔架立柱節(jié)段

立柱斷面中對(duì)中尺寸為2m×2m，其中，頂節(jié)段高度2.5m（自重2.3t），標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高度3m（自重1.6t），底節(jié)段高度0.5m （自重0.3t）。所有節(jié)段均由直徑為219mm（壁厚12mm）、102mm（壁厚6mm）、89mm（壁厚6mm）Q345b錳鋼鋼管配合法蘭盤制作而成，見圖2。

圖2 自升降爬架立柱節(jié)段示意（單位：mm）

2.1.2 外套架系統(tǒng)

外套架系統(tǒng)是自升降爬架的輔助系統(tǒng)，其目的在于實(shí)現(xiàn)爬架的自升降功能。同時(shí)，為方便運(yùn)輸，該框架設(shè)計(jì)為4 部分（總長(zhǎng)度8.3m，可拆分為0.4m、2m、2m、3.9m）。

外套架與立柱節(jié)段保持平行，四周與立柱節(jié)段保持400mm（中對(duì)中），為方便完成套架在立柱節(jié)段的上下移動(dòng)及受力體系轉(zhuǎn)換，立柱與套架設(shè)置臨時(shí)鎖扣。同時(shí)，套架頂設(shè)置5t 電動(dòng)葫蘆，方便自提升（下放）、安裝（拆除）立柱節(jié)段。

2.1.3 液壓爬升系統(tǒng)

主要是提供外套架自爬升及自下降動(dòng)力，每一組立柱（包括外套架）由4個(gè)5t千斤頂組成。完整的一套提升系統(tǒng)由4個(gè)立柱組成。

2.1.4 臨時(shí)鎖扣系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)爬架自升降功能，塔架立柱節(jié)段與外套架設(shè)置臨時(shí)鎖扣點(diǎn)，通過臨時(shí)鎖扣點(diǎn)的臨時(shí)鎖扣與解鎖（配沖釘螺栓），實(shí)現(xiàn)外套架與立柱節(jié)段受力體系相互轉(zhuǎn)換，在配合液壓爬升系統(tǒng)吊裝后，從而達(dá)到自提升（下降）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、自安裝（拆除）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的目的[2]。

2.2 自升降爬架設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)述

2.2.1 立柱平面布置

根據(jù)吊裝起吊點(diǎn)實(shí)際情況，確定立柱安裝平面位置，從而確定吊裝作業(yè)范圍。為保證自提升爬架吊裝過程穩(wěn)定，立柱個(gè)數(shù)通常以4個(gè)為一組，且使吊裝點(diǎn)盡量靠近平面布置形心位置。以筑城廣場(chǎng)大橋?yàn)槔?，為了?shí)現(xiàn)拱圈順利豎轉(zhuǎn)，四個(gè)立柱（一組）中對(duì)中距離（按拱軸線方向）縱向6m，橫向9.6m；兩組間中對(duì)中距離17m，與拱軸線平行布置，吊點(diǎn)布置靠近平面布置形心位置。

2.2.2 節(jié)段安裝

在地面完成底節(jié)段與初始標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段安裝。利用外套架系統(tǒng)、臨時(shí)鎖扣系統(tǒng)與液壓爬升系統(tǒng)，進(jìn)行受力體系輪換，實(shí)現(xiàn)節(jié)段安裝（見圖3），拆除過程按上述過程逆操作即可。

圖3 自升降爬架節(jié)段安裝示意

2.2.3 平臺(tái)頂?shù)跹b點(diǎn)設(shè)置

施工中，需要解決吊裝過程中的構(gòu)件水平位移問題，因此平臺(tái)頂?shù)牡觞c(diǎn)可根據(jù)立柱布置，設(shè)置多組，以滿足構(gòu)件水平位移過程中，吊點(diǎn)換鉤操作。以筑成廣場(chǎng)大橋?yàn)槔?，立柱頂面每組設(shè)置兩組吊點(diǎn)，即A類吊點(diǎn)與B類吊點(diǎn)，以此解決構(gòu)件在起吊過程中，因水平位移產(chǎn)生的換鉤操作問題。

2.3 自升降爬架建模驗(yàn)算

根據(jù)起吊設(shè)計(jì)，利用Midas 建模，通過模擬驗(yàn)算，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況（考慮拱座拱鉸共同受力），取最不利荷載情況（大拱起吊，139t，安全系數(shù)1.2），得到自升降爬架最大彎應(yīng)力241MPa （安全允許應(yīng)力345MPa，完全滿足安全施工需要），最大偏位9.2cm（安全允許范圍20cm，完全滿足安全施工需要）。

3 自升降爬架實(shí)際運(yùn)用中需注意的問題

以筑成廣場(chǎng)大橋拱圈吊裝為例，利用自升降爬架，結(jié)合拱外鉸，將拱圈分別提升到位，從而實(shí)現(xiàn)拱圈的安裝，現(xiàn)以大拱吊裝為例，說明實(shí)際運(yùn)用中需注意的問題：

3.1 吊裝前的注意事項(xiàng)

3.1.1 立柱偏位及水平偏差檢測(cè)

在立柱節(jié)段基礎(chǔ)安裝完成后，通過儀器設(shè)備檢測(cè)其頂面高程、水平高差、立柱偏位等，符合要求后，方可進(jìn)行下道工序，盡量保證立柱頂面間相對(duì)高差最小。

3.1.2 起吊系統(tǒng)走線

在已安裝完成的爬架系統(tǒng)上安裝起吊與牽引鋼絲繩，使之形成完整的起吊系統(tǒng)。

3.1.3 半拱地面焊接

在拱圈臺(tái)架上完成起吊拱圈的焊接工作，連接起吊拱圈的牽引、起吊鋼絲繩安裝，使拱圈處于待起吊狀態(tài)。

3.1.4 吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置

為了克服起吊過程產(chǎn)生的巨大水平分力，不僅需在爬架頂設(shè)置多組起吊點(diǎn)（A 類、B 類），而且在待起吊的構(gòu)件上也要設(shè)置對(duì)應(yīng)的多組起吊點(diǎn)，以筑成廣場(chǎng)大橋?yàn)槔叭υO(shè)置5個(gè)吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換點(diǎn)A1、A2、A3、B1、B2，以和爬架頂?shù)觞c(diǎn)A 類、B 類吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)，通過吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換減小起吊豎直夾角（控制在5°以內(nèi)），使水平分力控制在起吊總重的7%內(nèi)，保證安全起吊。

3.1.5 起吊系統(tǒng)的調(diào)試與試吊

雖然自升降爬架可安全起吊60m高度，139t重的物體（安全系數(shù)1.2），但由于實(shí)際施工過程中，可能存在加工與安裝的誤差，故還需要對(duì)安裝完成的爬架進(jìn)行試吊。試吊過程如實(shí)記錄爬架立柱的偏位和塔頂水平數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，要求必須符合相關(guān)規(guī)范要求（傾斜度小于6‰）[3]。

3.2 合龍段的吊裝注意事項(xiàng)

以筑成廣場(chǎng)大橋拱圈吊裝為例，拱圈拆分成三段：左半拱、右半拱、合龍段。以大拱為例，當(dāng)左半拱和右半拱分別起吊到位后（考慮預(yù)拱度），需利用提升爬架作為臨時(shí)支撐吊點(diǎn)，使左、右半拱臨時(shí)固結(jié)于提升爬架上，在復(fù)核拱圈高程和線性無誤后，起吊合龍段就位，進(jìn)行焊接。需要注意的是，必須先形成完整拱圈后，再進(jìn)行拱腳鉸接處固定，以保證爬架及拱圈的穩(wěn)定性。

4 自升降爬架施工要點(diǎn)

（1）確定自升降爬架作業(yè)面。自升降爬架需在起吊位置有足夠的作業(yè)面，為自升降爬架提供安裝、運(yùn)輸?shù)目臻g，如主桁架梁未完成，則不能采用此工藝。

（2）自升降爬架的配套設(shè)施需提前完成。使用自升降爬架提升施工時(shí)，還需提前將其他輔助設(shè)施準(zhǔn)備到位，以便施工順利進(jìn)行，本工程中，拱鉸、換勾吊點(diǎn)、滑輪、鋼絲繩走線、牽引、吊裝體系等輔助設(shè)施均需提前做好準(zhǔn)備。

（3）自升降爬架自提升過程中，頂面水平十分重要。自升降爬架使用時(shí)，要盡量保持頂面水平，使受力始終處于可控狀態(tài)，故在每節(jié)段安裝完成時(shí)，均要檢測(cè)立柱段頂水平偏差，使之保持在允許范圍內(nèi)，如水平偏差超過規(guī)范允許范圍，必須先查明原因，整改完成無誤后方可進(jìn)行后續(xù)節(jié)段安裝。本工程中，拱圈提升過程的水平偏差為2～3cm（允許偏差5cm），塔柱偏位為9～15cm（允許偏差16cm）。

（4）因自升降爬架屬于高空作業(yè)，需根據(jù)需要增設(shè)附屬防護(hù)措施。因?qū)嶋H使用情況千差萬(wàn)別，故自升降爬架需根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加安全防護(hù)設(shè)施，以最大程度保證施工人員作業(yè)環(huán)境安全。

（5）自升降爬架使用前，需進(jìn)行技術(shù)交底。自升降爬架涉及較多的臨時(shí)鎖扣與解鎖工序，需施工人員熟悉操作流程并認(rèn)真按操作流程完成每步操作，使用前，必須對(duì)操作人員做好詳細(xì)且有效的技術(shù)交底，以確保自升降爬架整體安全性能。

（6）自升降爬架使用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件較多，使用前，需提前做好計(jì)劃，確定立柱段數(shù)量并運(yùn)輸至指定地點(diǎn)。

（7）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及各附屬構(gòu)件加工精度要保證。綜上所述，升降爬架需使用較多的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及附屬構(gòu)件，每一個(gè)構(gòu)件間相互配合，相互作用，一個(gè)構(gòu)件的加工精度不夠，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。因此，該系統(tǒng)使用前，需對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及附屬構(gòu)件進(jìn)行嚴(yán)格檢查，除了材質(zhì)必須保證外，構(gòu)件及附屬構(gòu)件的尺寸、角度、幾何形狀等指標(biāo)均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求（一般要求誤差控制在±2mm）。在使用過程中，還應(yīng)不定期測(cè)量各構(gòu)件的變形情況，如發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)停止施工，更換相應(yīng)構(gòu)件。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自提升爬架能在施工場(chǎng)地狹窄的情況下解決大噸位構(gòu)件起吊安裝問題，隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，大型構(gòu)件吊裝施工將普遍出現(xiàn)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，而自提升爬架無疑將成為另一種解決大型構(gòu)件吊裝的重要技術(shù)。