橋梁工程中鋼箱梁吊裝施工技術(shù)研究與實(shí)踐

王橋

摘要 鋼箱梁橋相對(duì)于混凝土橋來說，自重輕、跨越能力強(qiáng)、施工效率高，目前在橋梁工程中的應(yīng)用越來越廣泛，但隨著鋼箱梁橋的廣泛應(yīng)用，對(duì)鋼箱梁橋安裝技術(shù)也提出了更高的要求。鋼箱梁橋的施工中，目前大部分采用分段制作和吊裝的工藝。為加大對(duì)鋼箱梁吊裝施工技術(shù)的研究，文章依托海翔大道白石立交C匝道橋第三聯(lián)鋼箱梁橋項(xiàng)目實(shí)例，對(duì)鋼箱梁吊裝施工過程中的交通組織、節(jié)段劃分、臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)、吊車及吊索具選擇、梁段吊裝等關(guān)鍵工序進(jìn)行分析論述及驗(yàn)算，為今后類似工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 橋梁工程；鋼箱梁吊裝；施工技術(shù)

中圖分類號(hào) U418.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）24-0103-04

0 引言

隨著橋梁技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼箱梁以其優(yōu)越的性能被廣泛應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)中。鋼箱梁施工需要經(jīng)過鋼箱梁的制作、梁段運(yùn)輸、分段吊裝、拼裝焊接等工序，該文以海翔大道白石立交C匝道橋第三聯(lián)鋼箱梁吊裝施工為實(shí)例，對(duì)鋼箱梁吊裝施工技術(shù)進(jìn)行分析研究。

1 工程概況

海翔大道提升改造工程，白石立交C匝道第三聯(lián)橋梁中心樁號(hào)CK0+429.3，上跨海翔大道，橋跨布置為49.4 m+40 m鋼箱梁。上部結(jié)構(gòu)形式為單箱單室連續(xù)鋼箱梁橋，梁高2.5 m，橋面寬度10 m。頂板厚度為16 mm或20 mm（墩頂30 m內(nèi)），底板厚度為16 mm或22 mm（墩頂22～26 m內(nèi)），頂板及底板采用T形加勁肋；腹板厚16 mm，采用板肋加勁；橫隔板厚度為12 mm或20 mm（支座處），標(biāo)準(zhǔn)間距2 m。

白石立交C匝道第三聯(lián)鋼箱梁吊裝施工方案的選擇主要依據(jù)本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工條件、交通組織、運(yùn)輸方式等因素來確定，主要分三個(gè)環(huán)節(jié)：從鋼箱梁制作基地分節(jié)段加工制作；鋼箱梁裝車后的固定、運(yùn)輸、工地現(xiàn)場(chǎng)卸車；鋼箱梁吊裝定位、拼裝焊接，調(diào)整固定。

根據(jù)鋼箱梁的基本情況及現(xiàn)場(chǎng)條件，確定白石立交C匝道第三聯(lián)鋼箱梁總體吊裝方案：鋼箱梁分段運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，采用兩臺(tái)160 t汽車吊進(jìn)行吊裝，將單節(jié)段鋼箱梁吊裝到現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)的臨時(shí)支墩上進(jìn)行拼裝；臨時(shí)支架由鋼管立柱、聯(lián)系梁、支承橫梁自制組成，鋼箱梁拼裝作業(yè)時(shí)，采用全斷面焊接連接。

2 施工準(zhǔn)備工作

2.1 交通組織

擬建項(xiàng)目位于既有海翔大道處，該道路系重要交通干道，車流量很大。白石立交節(jié)點(diǎn)為海翔大道與集美大道交叉處，現(xiàn)狀立交缺少一個(gè)相位，即后溪往同安方向的左轉(zhuǎn)匝道，該次設(shè)計(jì)增設(shè)后溪往同安方向的左轉(zhuǎn)匝道，即為C匝道。C匝道設(shè)C匝道大橋，跨越海翔大道主線和集美大道。

由于在海翔大道上架設(shè)鋼箱梁，鋼箱梁吊裝期間，應(yīng)分次向交管部門申請(qǐng)對(duì)道路進(jìn)行封閉圍擋施工并得到批準(zhǔn)，以確保吊裝安全順利地進(jìn)行。鋼箱梁吊裝開始前，對(duì)施工區(qū)域的交通現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，評(píng)估交通組織方案對(duì)施工路段道路交通的影響，以確認(rèn)制定合理的施工方案和交通組織方案。交通管制方案按設(shè)計(jì)要求和交警部門批準(zhǔn)的布控方案進(jìn)行。

施工期間海翔大道的通行能力受到較大的影響，可充分利用周邊的路網(wǎng)進(jìn)行分流，對(duì)通往海翔大道的各個(gè)路口均設(shè)置交通引導(dǎo)標(biāo)志牌。片區(qū)外圍應(yīng)在較遠(yuǎn)距離進(jìn)行預(yù)告，提示往來海翔大道的車輛盡可能進(jìn)行繞行。一級(jí)告知標(biāo)志牌設(shè)置于通往施工路段周邊主要節(jié)點(diǎn)處，用于施工路段信息提示；二級(jí)指示標(biāo)志牌設(shè)置于周邊主要節(jié)點(diǎn)處，用于行駛路徑指引[1]。

2.2 測(cè)量放樣

根據(jù)該聯(lián)鋼箱梁分段情況，在臨時(shí)支墩頂部測(cè)量放樣出鋼箱梁的邊線及中心線，以便鋼梁吊裝定位。

2.3 其他準(zhǔn)備工作

①吊裝前，對(duì)作業(yè)班組進(jìn)行安全技術(shù)交底；②根據(jù)吊裝工序安排，事先確定好汽車吊的停放位置，保障吊裝需求；③根據(jù)交通組織方案，組織現(xiàn)場(chǎng)安全人員、交通指揮員到位。

3 鋼箱梁吊裝施工技術(shù)

3.1 節(jié)段劃分

鋼箱梁分節(jié)段的首要原則是便于吊裝施工，通過優(yōu)化鋼箱梁的分段，可以提高施工效率，縮短工期，減少對(duì)交通的影響。白石立交C匝道橋第三聯(lián)鋼箱梁共分為9個(gè)梁段，分段示意圖見圖1。

分段劃分時(shí)，按相關(guān)規(guī)范要求，頂板接縫、腹板接縫、底板接縫錯(cuò)開至少200 mm以避免應(yīng)力集中。各梁段的具體參數(shù)見表1。

3.2 臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)

臨時(shí)支墩由鋼管立柱、聯(lián)系梁、支承橫梁組成。立柱采用直徑φ529壁厚為6 mm的鋼管，立柱間采用C12槽鋼連接系，L100*10角鋼為斜撐。主支管正上方焊接雙拼32a工鋼組成的支承橫梁。支承橫梁上方設(shè)2*HN300*150*6.5*9.0調(diào)節(jié)立柱，必要時(shí)設(shè)千斤頂調(diào)整標(biāo)高。臨時(shí)支墩下設(shè)120 cm×120 cm×30 cm的C20混凝土預(yù)制塊。白石立交C匝道橋第3聯(lián)臨時(shí)支墩布置及大樣圖見圖2。

3.2.1 橫梁驗(yàn)算

由各分段梁體自重可知，立柱受力最大的為第三聯(lián)C段梁，總重120.11 t，一端由4個(gè)支撐承受豎向荷載，單個(gè)支撐承受的兩頭自重為120.11/2/4=15.01 t。按簡(jiǎn)支梁驗(yàn)算，采用力學(xué)求解器計(jì)算結(jié)果見圖3。

最大彎矩M 187.63 kN·m，σ=M/W=187.63×106/（2×692×103）=135.6 MPa＜[σ]=215 MPa，滿足要求。

最大剪力Q=165.11 kN，τ=Q/A=165.11×103/（2×67×102）=12.32 MPa＜[τ]=125 MPa，滿足要求。

3.2.2 立柱驗(yàn)算

由各分段梁體自重可知，立柱受力最大的為第三聯(lián)C段梁，總重120.11 t，由四根立柱同時(shí)承受豎向荷載，每根立柱承受的梁體自重荷載為120.11/4=30.03 t，人

員機(jī)具荷載按2 t計(jì)算，工字鋼和上部支撐計(jì)算荷載按2 t計(jì)。則立柱承受的荷載為：F=1.2×（30.03+2）+1.4×2=41.24t=412.4 kN。

φ529×6 mm主要參數(shù)為：Q235，A=98.58 cm2，L=7.5 m，i=18.49 cm，[σ]=215 MPa。

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算。σ=F/A=412.4×103/（98.58×102）=41.83 MPa＜[σ]=215 MPa，滿足要求。

（2）穩(wěn)定性驗(yàn)算。λ=L/i=750/18.49=40.56＜[λ]=150，滿足要求。

查GB50017—2017附錄D.0.1得，穩(wěn)定系數(shù)φ=0.94，則：

F/（φ·A）=412.4×103/（0.94×98.58×102）=44.5 MPa＜[σ]=215 MPa，滿足要求。

（3）混凝土基礎(chǔ)受力計(jì)算。鋼管底板采用750 mm×750 mm規(guī)格的鋼板，則混凝土基礎(chǔ)受力為：

f =412.4×103/（750×750）=0.73 MPa＜[ f ]=9.6 MPa，滿足要求。

（4）地基承載力驗(yàn)算。P=F/S=412.4/（1.2×1.2）=286.4 kPa，即地基承載力需不小于286.4 kPa，當(dāng)不滿足時(shí)換填適量砂碎墊層。

3.3 吊車及吊索具選擇

3.3.1 吊機(jī)性能要求

（1）吊重。白石C匝道第三聯(lián)E段鋼箱梁采用單臺(tái)160 t起重機(jī)吊裝，A、B、C、D段采用兩臺(tái)160 t起重機(jī)吊裝。C2段重60.69 t，起重機(jī)吊重性能應(yīng)不小于60.69/2×1.3（動(dòng)載系數(shù)）=39.45 t。

（2）吊高。吊高最大的為吊裝第三聯(lián)E段，地面高程為+6.6 m，箱梁頂高程為+17.9 m，吊點(diǎn)距離梁端5.2 m。則吊高不小于地面以上17.9?6.6+5.2=16.5 m。

3.3.2 三一SAC1600T8吊機(jī)性能

經(jīng)查160 t汽車吊性能表，當(dāng)?shù)醣坶L(zhǎng)度為19 m、作業(yè)半徑為8 m時(shí)，吊重為80 t，按80%性能核算為80×80%=64 t＞39.45 t，吊重滿足要求。

當(dāng)?shù)醣坶L(zhǎng)度為19 m、作業(yè)半徑為8 m時(shí)，吊高為1.2+17.23 m=18.43 m＞16.5 m，吊高滿足要求。

3.3.3 鋼絲繩及卸扣選型

按不利情況3個(gè)吊點(diǎn)計(jì)算，當(dāng)?shù)跹b最大重量為60.69 t的C2梁段時(shí)，鋼絲繩受力為60.69/sin60°/3/2=11.68 t，即116.8 kN。

要求安全系數(shù)不小于6，則鋼絲繩最小破斷力不小于116.8×6=700.8 kN，查《起重用鋼絲繩（GB/T 34198—2017）》附表D，采用φ38 mm的6×19M類鋼絲繩（公稱抗拉強(qiáng)度1 960 MPa）的最小破斷力為869 kN＞700.8 kN，此時(shí)鋼絲繩安全系數(shù)為869/116.8=7.4＞6.0，滿足要求。經(jīng)查表計(jì)算，采用17T美式弓形卸扣，可滿足使用要求。

3.4 梁段吊裝

白石立交C匝道橋第三聯(lián)鋼箱梁采用1臺(tái)160 t汽車吊或2臺(tái)160 t汽車吊架設(shè)，架設(shè)順序?yàn)?#墩→7#墩，即A1→A2→B1→B2→C1→C2→D1→D2→E。

3.4.1 梁段起吊定位

空載試吊：驗(yàn)證吊裝方案選用的回轉(zhuǎn)半徑、臂長(zhǎng)、角度等參數(shù)，檢查是否與墩柱及吊梁段發(fā)生碰撞，否則需重新調(diào)整吊車位置。

吊裝前先試吊一段，起吊距離約為20 cm，停留時(shí)間不得小于10 min，過程中密切觀察吊車各項(xiàng)配件性能及運(yùn)轉(zhuǎn)情況，監(jiān)控梁段在空中狀態(tài)。吊裝時(shí)在梁段上系好纜風(fēng)繩，以控制吊裝時(shí)梁段在空中的狀態(tài)。當(dāng)掛鉤與鋼箱梁吊耳掛好后，安全員對(duì)其進(jìn)行檢查驗(yàn)收，合格后，由指揮員指揮吊車將梁段緩慢起吊。在達(dá)到預(yù)定高度時(shí)，吊車緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)主臂至橋位上空后，指揮吊車緩慢將梁段吊至臨時(shí)支墩頂面10 cm左右停下，然后根據(jù)事先測(cè)量放樣好的鋼箱梁底板邊線、中心線將梁段準(zhǔn)確下放至安裝位置[2]。

3.4.2 梁段固定

鋼梁臨時(shí)就位后，在鋼梁兩側(cè)設(shè)置擋塊，防止鋼梁滑移、傾覆。在鋼梁分段接口位置利用馬板和匹配件對(duì)就位的梁段進(jìn)行臨時(shí)固定，防止鋼梁梁段位移[3]。待吊裝完成，鋼箱梁焊接完成后，拆除臨時(shí)固定措施。

3.5 吊裝過程注意事項(xiàng)

（1）梁段起吊時(shí)，應(yīng)在整體梁段離車板50～100 mm時(shí)停車，檢查梁塊的平穩(wěn)度是否符合組裝的要求，對(duì)吊車的性能及各項(xiàng)指標(biāo)做全面檢查、核實(shí)，并觀察承壓地面是否有下沉的跡象，各條鋼絲繩受力是否均衡，是否能滿足載荷的要求。在確認(rèn)無安全隱患后才能正式起吊。

（2）起吊時(shí)，升降速度應(yīng)保持緩慢勻速運(yùn)行，吊臂變幅、旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)緩慢起步。

（3）梁體的重心位置必須準(zhǔn)確測(cè)量和確定，以避免偏斜和傾覆。

（4）在吊裝作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，所有人員必須戴安全帽，穿防護(hù)服。

（5）吊裝過程中，派專人指揮，進(jìn)行有效的溝通和協(xié)調(diào)，確保吊裝安全。

3.6 安裝精度控制

3.6.1 軸線和中心線控制

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)坐標(biāo)在橋墩上準(zhǔn)確地放樣出橋梁軸線和中心線。

（2）在吊裝就位時(shí)，鋼箱梁離支座約50 mm時(shí)，進(jìn)行精調(diào)，讓鋼箱梁上軸線和中心線對(duì)準(zhǔn)橋墩上放樣的軸線和中心線。

（3）檢查各線的重合度，并在支座四面安裝限位碼，然后吊車緩慢松鉤就位，在松鉤過程中要隨時(shí)注意各線的偏移。

3.6.2 標(biāo)高控制

（1）根據(jù)鋼箱梁設(shè)計(jì)高程表，準(zhǔn)確地計(jì)算出各臨時(shí)支墩處各支點(diǎn)的高程。

（2）支點(diǎn)安裝完成后，根據(jù)計(jì)算的支點(diǎn)高程，用激光經(jīng)緯儀復(fù)測(cè)各支點(diǎn)高程。

（3）鋼箱梁初步定位好后，用水準(zhǔn)儀復(fù)測(cè)鋼箱梁頂板的高程，如有偏差，重新進(jìn)行調(diào)整[4]。

4 總結(jié)

該文結(jié)合白石立交C匝道橋第三聯(lián)鋼箱梁施工實(shí)際，從工程重難點(diǎn)出發(fā)，梳理形成了鋼箱梁吊裝施工的關(guān)鍵工序，對(duì)臨時(shí)支墩、地基承載力、吊車及吊索具等進(jìn)行驗(yàn)算，均滿足要求。針對(duì)鋼箱梁吊裝施工，提出了吊裝過程的注意事項(xiàng)和安裝精度控制，為今后類似工程提供一些參考和借鑒。

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