特殊情況下采用大噸位汽車吊進(jìn)行箱梁架設(shè)的可行性分析

劉凌軍

摘要：在公路建設(shè)中，不可避免地會遇到高壓輸電線路等對凈空有要求的障礙物限制，導(dǎo)致重要構(gòu)件施工遇到阻礙，同時工期等因素的要求需要工程技術(shù)人員拓展思維、通過嚴(yán)謹(jǐn)計算，采用其他安全的方法進(jìn)行連續(xù)施工。本文以高壓輸電線路影響下的箱梁汽車吊裝為例進(jìn)行了論證。

Abstract： In highway construction， it is inevitable to encounter obstacle restrictions on the clearance requirements， such as high-voltage transmission lines， which will lead to obstacles to the construction of important components. At the same time， the requirements of engineering need the technical personnel expand the thinking and use other safe methods for continuous construction through rigorous calculation. This paper demonstrates the large tonnage truck crane under the influence of high-voltage transmission lines.

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路；大噸位汽車吊；箱梁安裝

Key words： high voltage transmission line；large tonnage truck crane；box girder installation

中圖分類號：U469.6+4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）15-0131-03

0 引言

平原地區(qū)往往是經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的區(qū)域，鐵塔林立，線路縱橫，輸電線路往往沿河流、原有道路進(jìn)行布設(shè)。新建道路，尤其是跨越大徑流江河的公路，從選線設(shè)計到現(xiàn)場施工不可避免地會遭遇高壓輸電線路的影響，高壓輸電線路的遷改要求跨行業(yè)聯(lián)動，其審批、設(shè)計、實施流程更將和道路緊張的建設(shè)工期要求產(chǎn)生矛盾，本文就平原地區(qū)某在建大橋的箱梁安裝為例，論證高壓輸電線路影響下采用大噸位汽車吊替代架橋機架設(shè)方案的可行性，以企為廣大工程技術(shù)人員打開思路，解決問題。

1 工程簡介

本大橋跨越平原地區(qū)某河流，長216.04m，全橋共2聯(lián)：3×30+4×30。上部結(jié)構(gòu)采用后張法預(yù)應(yīng)力砼簡支箱梁，單片箱梁重：中板110.8t、邊板111.8t；下部結(jié)構(gòu)橋臺采用肋板臺，橋墩采用柱式墩，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。本橋平面位于直線上，橋面橫坡為雙向2%，縱斷面位于R=5000m的豎曲線上。

橋梁與河道交角為110°，平均墩高約12m。橋址處屬河床階地沖積地貌，相對高差9～15m。橋址處100年一遇設(shè)計流量3040m3/s，設(shè)計流速3.78m/s，5～9月為河流汛期。本橋所跨河流河道寬緩，呈寬敞“U”字型，自然坡度2°～5°，河道兩側(cè)為設(shè)有二級平臺的防洪堤，為漿砌卵石護(hù)面，坡比為1：1和1：1.5。橋臺位于兩岸防洪堤外側(cè)，0號臺后18m上方有35kV高壓輸電線路一組及變電站調(diào)度通信線纜，分別距路基頂面6.48m、3.64m；7號臺后12m上方有110kV高壓輸電線路一組，距路基頂面5.59m。

2 遇到的問題和解決思路

按原定施工方案，箱梁在預(yù)制張拉注漿封端等工序完成以后，在橋臺后設(shè)置架橋機拼裝區(qū)域和梁板運輸通道，采用公路橋梁常用的40m/150t雙導(dǎo)梁架橋機進(jìn)行架設(shè)，但截止基礎(chǔ)和下部構(gòu)造完成，兩岸河堤外側(cè)的高壓輸電線路仍未能進(jìn)行遷改，且梁板運輸通道按極限縱坡填筑形成后，預(yù)判架橋機拼裝區(qū)域其凈空距離仍不能滿足《電力設(shè)施保護(hù)條例》規(guī)定的安全距離，架橋機拼裝作業(yè)嚴(yán)重受限，安全風(fēng)險極大，即便成功拼裝，天車也無法運行作業(yè)；橋址兩側(cè)無可作業(yè)空間，且河流汛期將至，該大橋箱梁能否及時啟動安裝，既而開始橋面系施工并形成運輸通道，將成為影響項目工期的關(guān)鍵因素。為實現(xiàn)該目標(biāo)，迅速開始箱梁架設(shè)，擬采用大噸位汽車吊對受影響橋跨進(jìn)行箱梁安裝。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，先架設(shè)第一跨的左半幅作為過渡，讓出架橋機拼裝區(qū)域，再由架橋機進(jìn)行半幅剩余橋跨的架設(shè)，形成運輸通道。本文即以先行架設(shè)實施的第一跨左幅邊梁為最不利位置進(jìn)行論證，橋梁截面和安裝順序及工藝流程如圖1-2示。

吊裝過程為：由1臺QAY220汽車吊配合1臺QAY350汽車吊雙機抬吊進(jìn)行該批梁板的吊裝工作，喂梁掛鉤后開始雙機抬吊，箱梁底面高于背墻頂面30cm時，進(jìn)行空中水平移動，移動過程中，首先關(guān)閉0#臺處吊車水平制動（從動），1#墩處吊車作為主機進(jìn)行平移（1#機為主動）。在1#機完成平移后雙機抬吊并就位。其中邊梁為最不利位置。吊裝作業(yè)簡圖如圖3。

3 吊裝方案論證

3.1 設(shè)備選型

根據(jù)現(xiàn)場地形條件和箱梁重量，初步選擇采用220t和350t兩種噸位聯(lián)合吊裝。由運梁車將箱梁經(jīng)運梁通道送至0#臺尾后，雙機掛鉤由0#向1#方向回轉(zhuǎn)送梁，考慮到聯(lián)合抬吊荷載均分為理想受力情況，同時回轉(zhuǎn)方向、最大作業(yè)半徑、可能產(chǎn)生的慣性沖擊以及墩臺間吊裝平臺高差等因素，報請當(dāng)?shù)睾拥琅c水務(wù)管理部門同意后，臨時破除頂端河堤修筑站位平臺，將350t作為主吊車設(shè)置在0#與1#間；220t吊車作為輔助吊車站位于0#臺尾，根據(jù)架設(shè)順序進(jìn)行安裝。如遇作業(yè)半徑超限等報警情況則采取移機的方法以利安全。0#臺與1#墩之間為原有河堤和陡峻護(hù)岸，1#墩位于河堤二級臺階下，350t吊車的站位平臺提前進(jìn)行開挖、回填、平整和碾壓處理，該處為地基承載力的薄弱位置，對出現(xiàn)車轍、反彈、泌水位置進(jìn)行翻挖，摻灰換填處理。并備用路基箱進(jìn)行二次加強。

220t汽車吊外形尺寸：16722×3000×4000；行駛時自重72t，作業(yè)時自重147t；支腿跨度8800×8800；最小轉(zhuǎn)彎半徑13m，最小離地間隙325。350t汽車吊外形尺寸：19980×3000×4000；行駛時自重84t，作業(yè)時自重191t；支腿跨度9000×9000；最小轉(zhuǎn)彎半徑13m，最小離地間隙305。作業(yè)參數(shù)可查隨車資料。

3.2 吊裝安全性驗算

根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場預(yù)制澆筑方量復(fù)核確認(rèn)，以最不利架設(shè)位置的邊板為例，該板重111.8t，長度30m。根據(jù)施工圖設(shè)計，箱梁吊裝采用兜底吊，捆綁繩設(shè)置在距梁端1.35m處。根據(jù)汽車吊隨車資料，模擬計算箱梁吊裝過程中，各工況下作業(yè)半徑及吊車重心距結(jié)構(gòu)物距離、允許操作半徑及實際最大作業(yè)半徑進(jìn)行吊重分析，理論實際最大作業(yè)半徑分別約為8m和9m。

保證吊裝安全的同時，需嚴(yán)格控制與高壓輸電線路間距保持安全作業(yè)距離。為保證梁板安全架設(shè)，應(yīng)盡可能靠近落梁點位，但同時必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)、部門規(guī)章有關(guān)高壓輸電線路附近作業(yè)安全的相關(guān)規(guī)定（《起重機械安全規(guī)程》GB6067-2010規(guī)定為35KV，安全距離4m；電力部門實施要求均提高）。起重機揚臂回轉(zhuǎn)時大臂頂端飛輪與高壓線路距離約為5.5m（通信線路放散后采取避讓措施），所以實際作業(yè)中需要雙機高度契合，嚴(yán)格監(jiān)控0#臺側(cè)220t吊車回轉(zhuǎn)過程中主臂起揚和伸縮距輸電線路的距離；同時做好施工謀劃，關(guān)注天氣變化和空氣濕度，使作業(yè)全過程完全滿足電力部門的安全作業(yè)凈空要求，作為卡控紅線以防事故發(fā)生。

根據(jù)《建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)程》，雙機抬吊時，單機荷載不超過額定荷載的80%，總起重量不超過雙機總額定負(fù)荷的75%。根據(jù)上述規(guī)范要求，汽車吊選型及起重量驗算控制在額定起重量的75%。

根據(jù)雙機抬吊安全要求，取汽車吊額定性能的75%計算：

0#臺220t汽車吊起重量驗算（220t最不利工況：臂長26.7m，作業(yè)半徑8m時）

∵Q額=85t*0.75=63.75t Q實=Q/2+q=111.8/2+2=57.9t

∴Q起=63.75t>Q實=57.9t

1#墩350T汽車吊起重量驗算（350t最不利工況：臂長30.9m，作業(yè)半徑9m時）

∵Q額=110t*0.75=82.5t Q實=Q/2+q=111.8/2+2=57.9t

Q起=82.5t>Q實=57.9t

∴2臺汽車吊滿足雙機抬吊該批橋板的吊裝。

注：Q額—額定起重量；

Q實—實際吊裝重量（QMAX=111.8t）；

Q—橋板重；

q—吊具重量，85t/110t為隨車資料上該工況下允許吊重。

3.3 抗傾覆驗算

汽車吊的工作穩(wěn)定性相對較差，抗傾覆要求需使穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。根據(jù)《起重機設(shè)計規(guī)范》：KgMG+KqMQ+KwMW≥0

式中：Kg—自重加權(quán)系數(shù)，取1；

Kq—起升荷載加權(quán)系數(shù)，取1.15；

Kw—風(fēng)動荷載加權(quán)系數(shù)，取1，風(fēng)動荷載，按提升物體荷載的20%考慮；

MG、MQ、MW為汽車吊自重、起升荷載、風(fēng)動荷載對傾覆邊的力矩，N·m。

220t吊車作業(yè)時自重147t；支腿跨度：8800×8800mm，則a=4.4m；R=8m，風(fēng)動合力點高度h=5.3m。

KgMG+KqMQ+KwMW=1*1470000*4.4-1.15*579000*（8-4.4）-0.2*579000*5.3=3457200N·m≥0，穩(wěn)定性滿足要求。

350t吊車作業(yè)時自重191t；支腿跨度：9000×9000mm，則a=4.5m；R=9m，風(fēng)動合力點高度h=7.3m。

KgMG+KqMQ+KwMW=1*1910000*4.5-1.15*579000*（9-4.5）-0.2*579000*7.3=4753335N·m≥0，穩(wěn)定性滿足要求。

3.4 地基承載力驗算

兩吊車支腿位置均為土層，對平整和局部回填的區(qū)域進(jìn)行壓實處理，不考慮土體側(cè)壓力，只驗算地基承載力。計算依據(jù)《路橋施工計算手冊》，考慮汽車吊最不利工況為3個點承受荷載，根據(jù)地基應(yīng)力公式σmax=N/A≤[σ]，N—作用于地基處的豎向分力；A—作用于地基處的受力面積；[σ]—地基容許承載力。

220t和350t吊車作業(yè)時自重分別為147t和191t，支墊鋼板尺寸2m*2m*0.05m?？紤]雙機抬吊，取梁板及吊具重量的1/2，則為56.9T。

220噸吊車：σmax=N/A=（1.2*147*10+1.4*56.9*10）/2*2*3=213kPa

350噸吊車：σmax=N/A=（1.2*191*10+1.4*56.9*10）/2*2*3=257kPa

采用重型重力觸探方法實測吊裝處地基經(jīng)碾壓處理后承載力≥300kPa，滿足吊裝需求。對于回填區(qū)域臨邊處支腿，為保障安全，鋪墊路基箱進(jìn)行二次加強。

3.5 鋼絲繩驗算

Q=111.8/2×1.4=78.26t，Q為單根鋼絲繩吊重，其中動力系數(shù)取1.4。

Sb≥6×78.26÷2sin60°=271.1t

選用繩徑為72mm的鋼絲繩，規(guī)格6×61，公稱抗拉強度1850MPa。根據(jù)《路橋施工計算手冊》附錄三相關(guān)參數(shù)，其鋼絲繩總斷面積為1942.22mm2，鋼絲捻制不均折減系數(shù)取0.8。

Sb=1942.22×1850×0.80=2874.5kN=287.5t≥271.1t，鋼絲繩的選擇滿足要求。

鋼絲繩繩頭采用插編方式，插編長度≥15d（d為鋼絲繩直徑），故未涉及卡環(huán)等吊具驗算。主臂伸展長度26.7（30.9）>起吊高度Hmax=7.3m，鋼絲繩與主臂最小夾角滿足主臂離吊物安全距離，無碰撞風(fēng)險。

4 結(jié)語

經(jīng)過驗算和專項方案討論，參建各方同意后，細(xì)化方案經(jīng)現(xiàn)場安全、技術(shù)、安裝質(zhì)量交底，部署應(yīng)急預(yù)案后選擇適宜時機實施，當(dāng)天風(fēng)力三級，空氣濕度65%，滿足安全要求，設(shè)置專人指揮，定點定人監(jiān)控各作業(yè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)格執(zhí)行專項方案，該批梁板現(xiàn)已成功架設(shè)就位，開始進(jìn)行濕接縫等工序作業(yè)，為下一步架橋機架設(shè)其余橋跨、電力設(shè)施的遷改爭取了時間（現(xiàn)有高壓輸電線路懸高仍不能滿足道路運營安全凈空要求），同時也為對岸采用汽車吊吊裝同類型梁板（受110kV高壓線路影響，存在類似問題）積累了一些經(jīng)驗，限于裝備原因，同時出于為壓縮安裝作業(yè)時間、盡量少移機站位的原因考慮，未采用2臺220t吊車多次站位的方法進(jìn)行吊裝，本次吊裝作業(yè)富余系數(shù)較大，故經(jīng)濟(jì)性未能充分體現(xiàn)，為確保安全，綜合考慮仍按此實施。期望以此為良好開端，能夠舉一反三，采用一些簡易可行的方法安全及時地克服各種矛盾，解決現(xiàn)場問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB6067-2010，起重機械安全規(guī)程[S].

[2]JGJ33-2012，建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)程[S].

[3]GB/T 3811-2008，起重機設(shè)計規(guī)范[S].

[4]電力設(shè)施保護(hù)條例.

[5]JTG F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[6]路橋施工計算手冊.

[7]QAY220、QAY350汽車起重機使用說明書.