上跨京滬高速鐵路鋼蓋梁制造與吊裝施工技術(shù)

馬雪梅

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司，山西太原 030024)

1 工程概況

鄭徐客運(yùn)專線應(yīng)急工程徐州特大橋與京滬高速鐵路交叉處788#～791#墩采用門式結(jié)構(gòu)，每個(gè)墩身為雙柱結(jié)構(gòu)，雙柱頂部以鋼蓋梁跨過京滬高速鐵路。鋼蓋梁可提前在工廠加工，從設(shè)計(jì)上減小了施工對京滬高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的干擾。

門式結(jié)構(gòu)跨徑均為25.3 m，鋼蓋梁兩側(cè)設(shè)鋼柱腳插入混凝土墩身，與墩身固結(jié)，墩身尺寸3.3 m×3.9 m。4個(gè)門式墩支座位置各不相同，其中789#為制動(dòng)墩。鋼蓋梁尺寸為25.3 m(長)×3.3 m(寬)×3.15 m(高)，起吊質(zhì)量最大達(dá)234.19 t，采用箱形截面，鋼柱插入混凝土墩身部分高5 m，鋼柱外包并內(nèi)填C40混凝土，鋼結(jié)構(gòu)鋼材采用Q345qE。

2 鋼蓋梁施工主要特點(diǎn)

鋼蓋梁為鄭徐客運(yùn)專線橋梁的一部分，其加工、焊接、防腐標(biāo)準(zhǔn)高，要求在具有相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行廠內(nèi)加工。鋼橫梁自重大，跨徑長，施工中必須嚴(yán)格控制橫梁的吊轉(zhuǎn)方向，對吊裝作業(yè)設(shè)備性能、起吊作業(yè)人員技術(shù)水平要求高。鋼梁與柱腳之間在吊裝就位后采用焊接，吊裝就位精度要求較高。

徐州特大橋跨越既有京滬高速鐵路，線路上設(shè)有護(hù)欄、接觸網(wǎng)立柱、接觸網(wǎng)回流線，給鋼蓋梁安裝施工造成較大障礙，見圖1。受鐵路天窗安排限制與天氣(尤其是大風(fēng))因素的影響，施工組織難度非常大。

圖1 鋼蓋梁施工現(xiàn)場

3 鋼蓋梁制造、運(yùn)輸及拼裝

鋼蓋梁加工流程:原材料進(jìn)場驗(yàn)收—廠內(nèi)分節(jié)加工制作—運(yùn)輸—現(xiàn)場拼接為整體—焊縫無損檢測。鋼蓋梁的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 鋼蓋梁設(shè)計(jì)參數(shù)

鋼蓋梁在廠內(nèi)分節(jié)加工，分節(jié)應(yīng)充分考慮公路運(yùn)輸?shù)南薷?、限寬、限載以及掛車的長度要求，原則上盡量少分節(jié)，以減少現(xiàn)場焊接工程量。根據(jù)結(jié)構(gòu)及施工特點(diǎn)，除789#墩分為5節(jié)外其余均分為4節(jié)，789#墩分節(jié)如圖2所示。

3.1 鋼箱梁廠內(nèi)加工質(zhì)量控制要點(diǎn)

圖2 789#墩鋼蓋梁分節(jié)示意(單位:mm)

1)特殊鋼材全熔透角焊縫的焊接質(zhì)量控制。在整個(gè)組裝焊接過程中，為控制段與段接口和條與條起拱的一致性，避免焊接變形產(chǎn)生偏差，規(guī)定了統(tǒng)一的焊接順序、焊接方向和每次完成的焊接量。對Q345qE材質(zhì)的鋼箱梁采用CO2氣體(純度為99.99%)保護(hù)焊焊接，焊材使用H08Mn2SiA。在腹板上打K型雙坡口，間隙為3～4 mm，角度為50°～55°;制作了框形抱緊式翻轉(zhuǎn)工裝，所有吊耳全部焊在工裝上，翻轉(zhuǎn)180°使頂板朝下(分兩次操作)，以便于焊接施工;腹板外部焊縫用碳弧氣刨掏根打磨、焊接，并采用火焰加外力方法校正焊接變形處。采取以上措施保證了焊接質(zhì)量。

2)鋼梁構(gòu)件制作的檢驗(yàn)控制要點(diǎn)。①鋼材的檢驗(yàn):除檢查材料質(zhì)量證明文件是否符合設(shè)計(jì)和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)外，同時(shí)按同一爐(批)、材質(zhì)、板厚每10個(gè)爐(批)號(hào)抽檢一組試件。②鋼梁零部件加工尺寸的檢驗(yàn):腹板寬度根據(jù)底板、頂板厚度及焊接收縮量確定，部件長度≤10 m的直線度允許偏差為2 mm，＞10 m的為3 mm，不得有銳彎。用刨邊機(jī)或半自動(dòng)切割機(jī)加工坡口。

3)鋼箱梁組裝尺寸的檢驗(yàn)嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范要求進(jìn)行控制。

4)焊縫檢驗(yàn)。①對所有焊縫進(jìn)行外觀檢查，不得有裂紋、未熔合、加渣等缺陷。②外觀檢查合格后，在焊接24 h后進(jìn)行焊縫無損檢測。③對焊縫采用超聲波探傷檢測內(nèi)部質(zhì)量等級。④對于對接焊縫除用超聲波探傷外，尚須用射線抽探(抽檢比例為10%)，探傷范圍為焊縫兩端各250～300 mm，焊縫長度 ＞1 200 mm時(shí)，中部加探250～300 mm。

3.2 運(yùn)輸

依據(jù)安裝順序分單元成套加工，根據(jù)構(gòu)件長度、重量選用運(yùn)輸車輛。超長件應(yīng)設(shè)標(biāo)志，構(gòu)件應(yīng)墊平，穩(wěn)固綁扎，保證構(gòu)件運(yùn)輸不產(chǎn)生變形，不損傷涂層。裝卸構(gòu)件的鋼絲繩與構(gòu)件之間設(shè)置墊塊以保護(hù)構(gòu)件。構(gòu)件進(jìn)場后，用100 t吊車將構(gòu)件堆放至存放場地。

3.3 現(xiàn)場拼裝

采用箱梁樁搭設(shè)拼裝支架拼裝鋼蓋梁。箱梁樁上設(shè)鋼墊梁及100 t砂筒，下側(cè)澆筑混凝土條形梁作為縱梁支點(diǎn)，拼裝步驟如下:

1)在預(yù)埋件上定位鋼支柱位置并放線。

2)拼裝鋼立柱。定位后用限位板頂緊，箱梁樁與預(yù)埋件焊接，吊裝鋼墊梁及砂筒，并測量標(biāo)高。

3)吊裝鋼橫梁節(jié)段，用砂筒調(diào)整鋼橫梁標(biāo)高后焊接接縫，鋼立柱與鋼橫梁在工作平臺(tái)上先試拼然后再吊裝、焊接。

4)鋼橫梁與鋼支柱連接處設(shè)加勁板，并補(bǔ)漆。

5)全面檢查(包括外觀、尺寸、焊縫)合格后，拆除鋼支柱處工作平臺(tái)，移至混凝土墩墩頂處，準(zhǔn)備安裝。

4 鋼蓋梁吊裝施工

4.1 吊裝作業(yè)準(zhǔn)備

1)場地準(zhǔn)備。吊裝施工在鋼蓋梁組裝場地上進(jìn)行，起重機(jī)通過的道路要求地基承載力≥150 kPa。吊裝場地實(shí)測地基承載力僅為90 kPa，需進(jìn)行處理。處理方案為:將吊車吊裝站位區(qū)域整體下挖80 cm，填鋪80 cm厚的級配碎石，并分層壓實(shí)，經(jīng)處理后實(shí)測地基承載力達(dá)到450 kPa以上。

2)鋼絲繩受力分析和檢算。根據(jù)吊點(diǎn)位置布置、吊耳設(shè)計(jì)及吊索具選型，鋼絲繩與水平面的夾角為65°，以本次吊裝重量最重的789#鋼蓋梁為例檢算吊索受力。繩扣采用壓制鋼絲繩扣WAW90，長度為2×30 m，單只繩扣允許工作載荷842.4 kN。每只繩扣的兩頭分別通過85 t級弓形卸扣與鋼箱梁相連，中間掛在吊鉤上。共4股繩受力，則鋼絲繩受力F=2 341.9/4/Sin65°=646.0 kN＜842.4 kN，故能滿足要求。吊裝其它鋼蓋梁也能滿足要求。

3)各墩鋼蓋梁吊裝起重設(shè)備在起吊、就位兩種工況下的平面位置技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 各墩處起重設(shè)備起吊、就位技術(shù)指標(biāo)

主吊車采用LR1750(750 t)，履帶中心距為11.9 m×10.3 m，吊車配重220 t，車體配重95 t，吊臂長度70 m，超起配重400 t，超起回旋半徑20 m。由表3可知:設(shè)備負(fù)荷率均低于85%，選擇的起重機(jī)和4處起吊位置滿足吊裝需要。

4)起吊注意事項(xiàng)。吊裝過程中鋼蓋梁、吊桿及其他吊裝輔助設(shè)施需遠(yuǎn)離京滬高速鐵路高壓線至少3 m以上;吊裝前準(zhǔn)備好起重機(jī)使用的鋼墊板，以滿足起重機(jī)的行走、轉(zhuǎn)向和吊裝要求。①起吊前需協(xié)調(diào)供電部門使接觸網(wǎng)斷電。②試吊，將鋼蓋梁吊離地面200 mm時(shí)，對吊車、站車位置處的地基沉降情況、吊耳、吊索和鋼蓋梁進(jìn)行全面檢查，符合要求后再正式起吊;③吊裝時(shí)至少設(shè)置2根溜繩，鋼蓋梁起吊及回轉(zhuǎn)時(shí)要緩慢平穩(wěn)。

4.2 鋼蓋梁臨時(shí)錨固裝置施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

在混凝土橋墩內(nèi)預(yù)埋鋼板、錨栓與立柱栓接，對柱腳進(jìn)行臨時(shí)錨固。

1)預(yù)埋鋼板孔位質(zhì)量控制。預(yù)埋鋼板安裝位置的準(zhǔn)確度決定了鋼立柱的標(biāo)高及軸線方向的準(zhǔn)確度。將兩塊要連接的環(huán)向鋼板點(diǎn)焊在一起鉆孔，并做上標(biāo)記，保證了兩層鋼板各螺栓孔的同心度，然后再對柱腳相應(yīng)鋼板擴(kuò)孔。每個(gè)鋼立柱底部有40個(gè)φ24 mm螺栓孔，在吊裝過程中螺栓孔對位是在動(dòng)態(tài)中進(jìn)行的，考慮到施工各個(gè)過程中的誤差，經(jīng)設(shè)計(jì)審核同意，螺栓孔直徑選用50 mm，并支墊相應(yīng)尺寸的墊片。

2)預(yù)埋鋼板標(biāo)高和軸線質(zhì)量控制。澆筑墩身混凝土至距離墩頂6 m處時(shí)預(yù)埋連接鋼蓋梁柱腳錨栓，待墩頂混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，將墩頂混凝土鑿毛，在鋼混結(jié)合面處安裝預(yù)埋鋼板，預(yù)埋鋼板底用高強(qiáng)度等級支座灌漿料找平，安放時(shí)利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行標(biāo)高檢測，每塊鋼板設(shè)置4個(gè)角點(diǎn)作為標(biāo)高控制點(diǎn)，同時(shí)利用水平尺控制底座鋼板面的水平面標(biāo)高是否一致。利用全站儀進(jìn)行鋼板的軸向定位。待鋼立柱吊裝到位后將鋼柱底鋼板和預(yù)埋鋼板對齊，并用預(yù)埋螺栓擰緊，經(jīng)檢查位置無誤后，將兩塊鋼板焊接，確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。

3)限位控制。在墩頂預(yù)埋環(huán)形鋼板外緣設(shè)置8處限位卡板，卡板內(nèi)緣形成杯口形，另將8根2.5 m長［20型鋼埋于墩柱內(nèi)，鋼蓋梁立柱就位時(shí)通過此裝置并結(jié)合鏈條葫蘆、撬棍等進(jìn)行精調(diào)。鋼構(gòu)件就位后將兩鋼板對齊，采用預(yù)埋螺栓擰緊與焊接固定，鋼柱腔內(nèi)利用［10型鋼、鋼板與鋼柱焊結(jié)以起到臨時(shí)固結(jié)的作用，如圖3。

4)鋼立柱安裝就位后，在柱內(nèi)灌注C40無收縮混凝土，然后綁扎鋼立柱外側(cè)鋼筋，立模澆筑鋼立柱外側(cè)30 cm厚混凝土。由于此處鋼筋較密，受力復(fù)雜，墩身混凝土配合比經(jīng)優(yōu)化后確定采用高強(qiáng)度等級細(xì)石混凝土，混凝土養(yǎng)護(hù)期不少于14 d。

4.3 吊裝作業(yè)安全控制技術(shù)要點(diǎn)

圖3 墩頂預(yù)埋限位裝置示意(單位:mm)

1)設(shè)備吊裝前，大型起重機(jī)要按平面布置圖和工藝參數(shù)表要求站好位，設(shè)備應(yīng)按吊裝方案要求擺放好。掛好鋼絲繩后，組織有關(guān)人員進(jìn)行檢查并確認(rèn)以下內(nèi)容:①起重機(jī)使用、工藝參數(shù)和負(fù)荷應(yīng)符合參數(shù)表要求。②吊裝索具鋼絲繩、卡環(huán)應(yīng)拴掛牢固，鋼絲繩、卡扣的規(guī)格及吊蓋式吊耳的制作必須符合要求。③對檢查出的問題安排專人處理，檢查合格后方可進(jìn)行試吊。④起重機(jī)在使用前應(yīng)根據(jù)有關(guān)移動(dòng)式起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)和試吊，用主、副起重機(jī)將設(shè)備吊離設(shè)備的支撐物200 mm左右，對吊裝索具的受力情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)吊裝負(fù)荷狀態(tài)。⑤吊裝的指揮和操作人員接到吊裝令后開始吊裝。

2)主起重機(jī)吊起設(shè)備向安裝位置緩慢、穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)，當(dāng)起重機(jī)吊裝的鋼蓋梁旋轉(zhuǎn)至基礎(chǔ)中心位置后，起重機(jī)松繩使設(shè)備就位。

3)鋼蓋梁落到橋墩上，先進(jìn)行鋼蓋梁校正，然后擰緊地腳螺栓，起重機(jī)松鉤、摘鉤，吊裝結(jié)束。

4)在設(shè)備吊裝、提升、旋轉(zhuǎn)、就位及行走過程中設(shè)專人控制溜繩，保證設(shè)備平穩(wěn)移動(dòng)。

5 結(jié)語

上跨既有鐵路吊裝鋼蓋梁前，應(yīng)對起吊設(shè)備在起吊、就位等工況下的受力、旋轉(zhuǎn)半徑進(jìn)行計(jì)算與分析，對鋼絲繩受力進(jìn)行檢算，要準(zhǔn)確確定起重吊車站位位置，并控制好與接觸網(wǎng)的安全距離，這樣才能保證吊裝鋼蓋梁施工質(zhì)量和既有京滬高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的安全。

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