大跨度鋼梁落梁施工工藝

王振杰

摘要：鋼梁頂推及落梁施工工藝日漸發(fā)展與應(yīng)用背景下，為大跨度橋梁施工提供重要技術(shù)保障。從鋼梁施工實(shí)際要求看，重點(diǎn)在于頂推、落梁等施工方面強(qiáng)化，保證各工序施工質(zhì)量，使橋梁頂推落梁整體安全得到保障。北京市中低速磁浮交通示范線永定河鋼梁落梁采用同步頂升系統(tǒng)，該頂升系統(tǒng)通過(guò)對(duì)液壓變頻調(diào)速的控制以及對(duì)壓力和位移閉環(huán)的自動(dòng)控制，以達(dá)成多點(diǎn)力均衡控制，進(jìn)而對(duì)頂升的梁體施行稱重、同步頂升、同步下降，對(duì)大跨度鋼梁施工實(shí)例的研究分析總結(jié)，通過(guò)對(duì)鋼箱梁頂推落梁施工概念與原理做簡(jiǎn)單介紹，重點(diǎn)分析頂推落梁施工具體工序，提出頂推落梁施工相關(guān)注意問(wèn)題，為類似施工積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鋼梁落梁；施工工藝；注意事項(xiàng)；保障措施

1 工程概況

北京市中低速磁浮交通示范線永定河鋼梁為03標(biāo)段四道橋至金安橋區(qū)間第18#～24#（里程K6+428.875～K6+851.275），全長(zhǎng)422.4m。每跨橋長(zhǎng)由小里程到大里程分別為78m、84mA、84mB、84mC、54m、38.4m，由于沿頂推線路方向?yàn)?2‰的上坡，所以84mC、54m、38.4m鋼梁需要落梁，其余鋼梁需要抬梁施工，78米簡(jiǎn)支鋼箱拱梁重約997t，84米簡(jiǎn)支鋼箱拱梁重約1100t，54米簡(jiǎn)支鋼槽型梁重約631t，38.4米簡(jiǎn)支鋼格構(gòu)梁重約396t。

2 落梁總體施工工藝

本工程涉及的梁跨不同，噸位不同，以54m及38.4m簡(jiǎn)支梁為例闡明運(yùn)用同步頂升系統(tǒng)，利用液壓變頻調(diào)速控制以及壓力和位移閉環(huán)自動(dòng)控制的方式，達(dá)成多點(diǎn)力均衡控制，對(duì)頂升的梁體進(jìn)行稱重、同步頂升、同步下降完成鋼梁落梁施工。

回落22#、23#、24#三個(gè)墩柱上兩孔鋼箱梁首先采用整體調(diào)坡下落的方式回落至統(tǒng)一標(biāo)高后再整體平衡下落的方式施工，回落及頂升施工均采用PLC液壓同步控制系統(tǒng)控制液壓設(shè)備進(jìn)行整體回落或頂升；本次落梁最大高度為24#橋臺(tái)處落梁2.33m。

3 落梁及支座安裝施工流程

施工準(zhǔn)備→安裝頂梁鋼支撐、千斤頂→千斤頂頂升→拆除滑梁→橫移滑道梁→安裝臨時(shí)支撐→交替落梁→精準(zhǔn)對(duì)位→安裝支座→澆筑灌漿料→拆除落梁系統(tǒng)。

3.1 安裝頂梁鋼墩、保護(hù)墩及千斤頂

3.1.1 落梁支撐布置

梁體的每端設(shè)鋼支撐6個(gè)，其中4個(gè)是落梁鋼支撐、2個(gè)作為臨時(shí)支撐，鋼支撐采用12mm壁厚鋼板焊接而成，鋼支撐直徑為500mm，單節(jié)高度分別為1000mm，500mm，200mm、100mm四種規(guī)格，能夠滿足落梁需求。為保證鋼支撐穩(wěn)定，鋼支撐與墩頂之間采用膨脹螺絲連接，鋼支撐與鋼支撐之間采用螺栓連接，并且將鋼支撐四周采用[10槽鋼焊接為一個(gè)整體。

上下節(jié)鋼支撐之間使用栓接、鋼管支撐與承臺(tái)之間使用栓接、鋼管支撐之間采用型鋼焊接牢固。通過(guò)以上措施能夠保證支撐結(jié)構(gòu)有良好的整體性，避免橋梁因頂升有可能發(fā)生的滑移使支撐體系失穩(wěn)破壞。

3.1.2 落梁鋼支撐安裝

鋼支撐采用機(jī)械配合人工施行安裝。在安裝時(shí)需嚴(yán)格控制鋼支撐的垂直度不能超過(guò)0.5%。鋼支撐在調(diào)整其垂直度時(shí)，先在其底部用薄厚不一的小鋼板進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)垂直度達(dá)到要求后，通過(guò)膨脹螺絲的方法與承臺(tái)連接，膨脹螺栓數(shù)量不小于6個(gè)，支撐底法蘭盤(pán)與承臺(tái)間的縫隙用高強(qiáng)灌漿料灌注填實(shí)整平。

3.1.3 千斤頂及頂升系統(tǒng)選型

落梁千斤頂?shù)念~定起重能力應(yīng)大于實(shí)際起重總量的1.3倍，以保證不平衡受力時(shí)的安全，本工程采用兩種規(guī)格的頂升千斤頂：200噸千斤頂本體高度為360mm，底座直徑為275mm，行走量程為140mm，200噸千斤本體高度為472mm，底座直徑為324mm，行走量程為240mm。

千斤頂選用球頭可以旋轉(zhuǎn)的液壓千斤頂，球頭頂部旋轉(zhuǎn)角度最大可達(dá)5度。頂升時(shí)隨著坡度的變化，液壓千斤頂與上部結(jié)構(gòu)物由垂直變成不垂直，此時(shí)千斤頂頂部的球頭隨著梁體坡度的變化自動(dòng)調(diào)整缸頂?shù)那蝾^。采用此帶球頭的千斤頂能夠解決頂升過(guò)程中由于坡度變化引起的千斤頂與梁體不垂直對(duì)鋼梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的局部應(yīng)力的問(wèn)題。此種裝置是調(diào)坡落梁的關(guān)鍵技術(shù)之一。

本工程38m及54m鋼梁共計(jì)重約997噸，落梁作業(yè)配置8臺(tái)QYS200t豎向千斤頂，每個(gè)落梁支墩上設(shè)置2臺(tái)，總頂力1600噸，安全儲(chǔ)備系數(shù)為1.6，滿足規(guī)范要求。落梁系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的PLC液壓同步控制系統(tǒng)進(jìn)行落梁控制。液壓控制系統(tǒng)型號(hào)為CWS-01CWS-02，液壓泵站型號(hào)為SHPS-T-P4-F3.8-P28-V500-T。

3.2 千斤頂安裝

將千斤頂?shù)寡b在梁底，避免了落梁達(dá)到一定程度時(shí)拆卸千斤頂?shù)墓ば颉Ｔ诎惭b前，首先將原有梁底的黃油清理干凈，然后在吊頂鋼板與梁底加入隔離層，增大千斤頂與梁底的摩擦力。

在鋼梁上根據(jù)吊頂鋼板四面槽口的位置來(lái)焊接螺桿，利用螺桿將吊頂鋼板固定在鋼梁上。因?yàn)楸竟こ虨檎{(diào)坡下落，在落梁過(guò)程中梁體會(huì)隨著落梁高度的減少而產(chǎn)生水平位移，因此在每回落一定的高度后將吊頂鋼板與鋼梁間使用楔形鋼板進(jìn)行填塞，并將千斤頂移動(dòng)至與鋼支撐中心重合的位置，并保持吊頂鋼板水平及千斤頂與鋼支撐垂直。

3.3 頂梁、拆除滑道梁

安裝落梁鋼支撐及千斤頂后，將鋼梁底頂起2cm，千斤頂由操作熟練的工人操作，并由技術(shù)人員統(tǒng)一指揮，嚴(yán)格控制監(jiān)控測(cè)量同步施工嚴(yán)格監(jiān)控測(cè)量同步情況。將2t重滑道梁分為上下兩塊進(jìn)行分割拆除，單個(gè)滑道梁上塊重約0.7t，下塊重約1.3t，同時(shí)用螺旋千斤頂將滑道梁分塊側(cè)向反推至行走平臺(tái)上，吊車吊出。

在移除滑道梁之前首先需要對(duì)行走平臺(tái)進(jìn)行加固，利用鋼管將行走平臺(tái)與墩柱進(jìn)行連接，在內(nèi)側(cè)墩柱上安裝反力牛腿（或在鋼梁外側(cè)焊接吊環(huán)），然后用螺旋千斤頂（或倒鏈）將滑道梁橫移，待滑道梁移出鋼梁后，使用吊機(jī)吊除。

3.4 限位裝置

由于橋梁調(diào)坡降落，梁體的水平投影會(huì)變短，在落梁同時(shí)梁體溫度變化也引起梁長(zhǎng)的變化，頂升鋼支撐和千斤頂安裝誤差，過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生水平推力，為保證梁體的正常姿態(tài)和位置，保證落梁系統(tǒng)的安全及梁體的結(jié)構(gòu)安全，需要設(shè)置橫向限位裝置，橫向限位設(shè)置在24#橋臺(tái)及滑道梁外側(cè)位置。橫向限位裝置采用在24#橋臺(tái)位置安裝型鋼制作，具體方法見(jiàn)下圖。

滑道梁拆除完畢后在支座位置安裝落梁臨時(shí)支撐，每端臨時(shí)支撐設(shè)置2個(gè)（84m梁設(shè)置4個(gè)），臨時(shí)支撐頂部距梁底≤3cm。

3.5 落梁

3.5.1 落梁原則

落梁時(shí)應(yīng)安排專人觀察落梁支撐、臨時(shí)支撐，如發(fā)現(xiàn)安全質(zhì)量隱患立即叫停落梁作業(yè)，及時(shí)查明原因并積極處理；采用兩端分別并聯(lián)的落梁千斤頂，千斤頂?shù)囊?guī)格、高壓油管的長(zhǎng)度和直徑等需一致，確保終端壓力相同、同步頂升和停止，使頂升的梁端形成統(tǒng)一支點(diǎn)。

3.5.2 整體同步落梁施工方法

臨時(shí)支撐安裝完成后，靠外側(cè)落梁支撐千斤頂回油，臨時(shí)支撐頂起梁體重量，墩上操作人員按照梁體下落高度將落梁支撐上。

將墊塊調(diào)換成不同厚度組合鋼墊板；隨后千斤頂加壓將梁體頂升，使梁體遠(yuǎn)離臨時(shí)支撐，墩上操作人員及時(shí)將臨時(shí)支撐頂層墊塊調(diào)換成不同厚度組合鋼墊板，而后將落梁千斤頂回油，使梁體回落至臨時(shí)支撐上，一個(gè)落梁循環(huán)結(jié)束。

22-24#墩落梁方法：第一階段：以22#墩（該墩設(shè)計(jì)落梁高度為51mm）為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，采用PLC液壓同步控制系統(tǒng)對(duì)梁體進(jìn)行角速度一致的調(diào)坡落梁，當(dāng)38.4m鋼梁與54m鋼梁落至水平位置時(shí)，停止落梁；第二階段：根據(jù)圖紙要求切割38.4m鋼梁與54m鋼梁間焊縫，將支座安裝完成后依次對(duì)38.4m鋼梁、54m鋼梁施行落梁施工，落梁施工流程圖詳見(jiàn)圖5。

3.5.3 縱坡調(diào)整

本工程根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，梁體在調(diào)坡降落的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生水平位移，如不采取有效措施進(jìn)行調(diào)整，在降落過(guò)程中則會(huì)出現(xiàn)偏心受力的情況，同樣由于坡度變小，千斤頂和支撐之間會(huì)存有一定的間隙，會(huì)出現(xiàn)不均勻受力的情況，為了避免以上情況的發(fā)生，在工程施工過(guò)程中應(yīng)注意以下卡控重點(diǎn)：①在吊頂鋼板與梁底間用楔形鋼板填塞，在落梁過(guò)程中隨著梁體旋轉(zhuǎn)角度的變化，楔形鋼板數(shù)量隨之變化；②由于在落梁過(guò)程中，梁體會(huì)產(chǎn)生一定的水平位移，所以千斤頂懸掛的鋼板上進(jìn)行開(kāi)孔，開(kāi)孔形狀為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度比水平投影位移長(zhǎng)出一部分，寬度大于螺栓的直徑大小，每頂升兩個(gè)行程，對(duì)千斤頂?shù)牡蹴斅菟ㄟM(jìn)行一次調(diào)整，始終滿足千斤頂中心與鋼支撐中心相對(duì)，這樣就避免了出現(xiàn)偏心受力的情況；③頂升過(guò)程中采用PLC液壓同步控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)坡頂升；嚴(yán)格控制落梁高度分解，控制表如下：

3.6 支座安裝

梁體落至梁底距墊石接近支座上鋼板高度時(shí)，進(jìn)行精確測(cè)量，保證梁底與支座上鋼板5cm垂直距離，以便滑動(dòng)安裝支座。支座安裝前將支撐千斤頂，頂升脫離臨時(shí)支撐，對(duì)臨時(shí)鋼支撐分別拆除，拆除臨時(shí)支撐后對(duì)支座底及支座預(yù)埋孔進(jìn)行清理，將支座用鋼管及水平放置的導(dǎo)鏈移至支座預(yù)埋位置，將支座利用梁底的導(dǎo)鏈吊起撤出支座下方滑移的鋼管同時(shí)安裝支座預(yù)埋螺栓，安裝好以后將支座調(diào)整好中心位置布置并對(duì)支座預(yù)埋孔及支座底部用灌漿料找平灌漿錨固。

如誤差超標(biāo)則對(duì)鋼梁平面位置進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整時(shí)首先在臨時(shí)支撐上安裝滑動(dòng)面，滑動(dòng)面采用聚乙烯四氟板及不銹鋼板設(shè)置，然后將梁體回落臨時(shí)墩柱上，使用水平千斤頂對(duì)鋼梁位置進(jìn)行調(diào)整，精確對(duì)位后落梁就位，最后灌漿錨固。

4 施工注意事項(xiàng)

4.1 鋼梁起落梁過(guò)程中，兩端操作人員必須統(tǒng)一指揮，同步頂升及降落。

4.2 鋼支撐與墩頂之間必須采用膨脹螺絲連接，鋼支撐底法蘭盤(pán)與承臺(tái)間的縫隙用高強(qiáng)灌漿料填實(shí)。鋼支撐與鋼支撐上下之間采用螺栓連接，鋼支撐與鋼支撐橫向之間采用型鋼焊接，以保證支撐結(jié)構(gòu)有良好的穩(wěn)定性并嚴(yán)格控制其垂直度不超過(guò)0.5%。

4.3 梁體頂落所使用的液壓千斤頂、油泵、壓力表等器具在使用前嚴(yán)格進(jìn)行試驗(yàn)，并配套使用，確保使用過(guò)程中千斤頂同步運(yùn)行。千斤頂、油泵、有關(guān)接頭嚴(yán)防漏油現(xiàn)象，如有漏油應(yīng)及時(shí)清理嚴(yán)禁流入支錨栓孔洞。千斤頂起落時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，幾臺(tái)千斤頂同時(shí)起落時(shí)必須保持同步。采用兩端分別并聯(lián)的落梁千斤頂，千斤頂?shù)囊?guī)格、高壓油管的長(zhǎng)度和直徑等需一致，確保終端壓力相同（千斤頂升降時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，多臺(tái)千斤頂同時(shí)起落時(shí)應(yīng)保持同步。采用端頭分別并聯(lián)的落梁千斤頂，并且規(guī)格、高壓油管的長(zhǎng)度和直徑等需一致，確保終端壓力相同、同步頂升和停止，使頂升的梁端形成統(tǒng)一支點(diǎn)。

4.4 落梁過(guò)程中，由測(cè)量人員對(duì)鋼梁偏位、拱度、標(biāo)高等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即停止落梁進(jìn)行整改，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)梁體利用糾偏器及限位器進(jìn)行糾偏及時(shí)調(diào)整落梁參數(shù)，確保落梁平穩(wěn)安全準(zhǔn)確。

5 落梁監(jiān)控

5.1 監(jiān)控目的

在梁體回落工程中，為避免各千斤頂頂升速率差異造成的梁體位移差，杜絕梁體結(jié)構(gòu)損傷，進(jìn)一步控制頂升及落梁施工安全質(zhì)量。通過(guò)在橋梁上布置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，設(shè)置預(yù)警值及極限值并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)觀測(cè)值變化量，判斷梁體頂升及落梁外力作用狀態(tài)，以便及時(shí)、主動(dòng)地采取措施降低或消除不利因素的影響，確保結(jié)構(gòu)的安全，與PLC控制液壓同步系統(tǒng)相結(jié)合形成雙重控制。為確保施工控制萬(wàn)無(wú)一失，施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控應(yīng)貫穿于頂升及落梁全過(guò)程。

PLC液壓控制液壓同步系統(tǒng)，保證千斤頂承受負(fù)載不失控，并通過(guò)系統(tǒng)中的位移檢測(cè)裝置及壓力變送器在千斤頂移動(dòng)時(shí)精準(zhǔn)的測(cè)定負(fù)荷及實(shí)時(shí)位移，從而精準(zhǔn)控制梁體頂升。

5.2 監(jiān)測(cè)的內(nèi)容

施工監(jiān)控主要包括：支撐體系觀測(cè)、橋梁頂升高度、臨時(shí)支撐系統(tǒng)監(jiān)測(cè)三大方面，具體如下：支撐體系觀測(cè)；梁底標(biāo)高感測(cè)；梁體橫向位移觀測(cè)；頂升系統(tǒng)垂直度觀測(cè)；頂升監(jiān)測(cè)監(jiān)控實(shí)施；梁體底標(biāo)高監(jiān)測(cè)。

梁底標(biāo)高的測(cè)量是控制頂升標(biāo)高與各組千斤頂間同步性的重要檢測(cè)指標(biāo)，梁體頂升過(guò)程中，在梁底標(biāo)高相應(yīng)位置安裝拉線傳感器，并將數(shù)據(jù)反饋到PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于及時(shí)調(diào)整各組千斤頂?shù)捻斏俣取?/p>

在梁端相應(yīng)位置固定鉚釘或膨脹螺絲作為指針，在臺(tái)背指針相應(yīng)位置固定鋼尺，頂升結(jié)束后，專業(yè)人員對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)比較，并與PLC液壓控制系統(tǒng)拉線傳感器傳達(dá)至電腦中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

5.2.1 頂升支撐垂直度觀測(cè)

落梁支撐安裝完畢后，在每根鋼支撐上布置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在落梁施工中運(yùn)用全站儀對(duì)鋼支撐的垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5.2.2 頂升系統(tǒng)加固點(diǎn)監(jiān)測(cè)

每節(jié)段針對(duì)頂升系統(tǒng)加固點(diǎn)指派專業(yè)人員進(jìn)行巡視觀察監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)向總指揮報(bào)告請(qǐng)示。

5.2.3 數(shù)據(jù)觀測(cè)采集

頂升工程分段進(jìn)行，待千斤頂鎖定后，分組采集豎、縱向數(shù)據(jù)，分析梁體形態(tài)、頂升受力變化，一切正常方可繼續(xù)頂升。

6 結(jié)束語(yǔ)

鋼梁的落梁施工安全風(fēng)險(xiǎn)高、質(zhì)量控制難、施工作業(yè)面受限等不利條件，本工程充分利用同步頂升系統(tǒng)利用液壓，通過(guò)前期工程調(diào)查、施工案例的分析結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，施工使用PLC控制液壓同步系統(tǒng)有效的達(dá)到了頂梁的同時(shí)、還實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步升降、保持力均衡的施工目的，順利完成鋼梁的落梁施工。本文通過(guò)總結(jié)了落梁過(guò)程中使用PLC控制液壓同步系統(tǒng)完成鋼梁頂、落，施工控制、安全質(zhì)量控制及過(guò)程監(jiān)測(cè)，可作為后續(xù)類似工程施工參考依據(jù)。

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（作者單位：中鐵六局集團(tuán)北京鐵路建設(shè)有限公司）