在運(yùn)營(yíng)泵站范圍內(nèi)的大跨度鋼箱梁吊裝技術(shù)

蔡桂標(biāo)

（廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 廣州510620）

0 引言

鋼箱梁橋由于外形優(yōu)美、受力性能良好、施工工期短、并且可根據(jù)工程運(yùn)輸及吊裝條件采取不同的節(jié)段劃分的優(yōu)點(diǎn)［1］，在市政橋梁跨越既有構(gòu)筑物的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

廣州臨江大道東延線一期工程跨東圃泵站范圍采用（35+50+50+35）m 的單箱三室結(jié)構(gòu)的鋼箱梁，鋼箱梁梁高1.6 m。其中一跨（50 m）上跨東圃泵站前池及設(shè)備房。

因東圃泵站為廣州市三涌補(bǔ)水的取水點(diǎn)，直接影響獵德涌、沙河涌、車陂涌的水質(zhì)。按照泵站運(yùn)營(yíng)方的要求，施工期間需確保泵站原有結(jié)構(gòu)安全及正常運(yùn)營(yíng)。由于上跨泵站前池及地埋式設(shè)備房的跨徑為50 m 鋼箱梁，不具備安裝臨時(shí)墩的條件。南幅4 軸～5 軸鋼箱梁上跨東圃泵站前池，北幅上跨泵站設(shè)備房，同時(shí)距北幅北側(cè)0.5 m 有一臺(tái)45 m 跨徑的龍門吊，如圖1 所示。因場(chǎng)地條件限制（西側(cè)為廣州環(huán)城高速引橋，凈高受限），東圃泵站大橋4 軸～5 軸鋼箱梁吊裝時(shí)的吊裝場(chǎng)地需設(shè)置在5 軸～6 軸位置，5 軸～6 軸南側(cè)為本項(xiàng)目下穿東圃泵站的電力隧道頂管工作井，北側(cè)為泵站的管理用房，現(xiàn)場(chǎng)照片如圖2所示。

圖1 起重吊裝的施工平面圖Fig.1 Hoisting Construction Plan

圖2 泵站現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.2 Site Photo of Pumping Station

根據(jù)泵站大橋鋼箱梁設(shè)計(jì)圖紙及鋼箱梁的深化設(shè)計(jì)，4 軸～5 軸鋼箱梁分為3 個(gè)節(jié)段從鋼結(jié)構(gòu)廠加工運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)段分塊的長(zhǎng)度分別為10.388 m、26.571 m、10.388 m，重量合計(jì)為120 t。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地條件，鋼箱梁拼裝場(chǎng)地需設(shè)置在頂管工作井北側(cè)。起重設(shè)備根據(jù)鋼箱梁的總量（120 t）及作業(yè)半徑（＞30 m），需采用500 t 以上的履帶吊（超起工況）方可滿足起重要求。由于超起工況下超起配重的最小回轉(zhuǎn)半徑為12 m，現(xiàn)場(chǎng)位于調(diào)轉(zhuǎn)場(chǎng)地北側(cè)的管理用房在回轉(zhuǎn)半徑以內(nèi)，因此采用常規(guī)裝好超起配重后再進(jìn)行吊裝將無(wú)法實(shí)施。（超起工況：超起是指在主臂與主臂尖端之間設(shè)置超起支臂，以改善主臂與鋼絲繩之間的關(guān)系，使之能形成多個(gè)三角幾何關(guān)系，在吊車尾部增加額外配重，使得吊車在起吊過(guò)程中能達(dá)到最大起重能力和吊車的穩(wěn)定性［2］。）

1 運(yùn)輸線路、場(chǎng)地調(diào)查

鋼箱梁構(gòu)件尺寸和質(zhì)量受到工廠的生產(chǎn)能力、超限運(yùn)輸及安裝設(shè)備的承載能力、運(yùn)輸線路通過(guò)性、場(chǎng)地凈空條件等限制［3］。本工程鋼箱梁橫向分塊，縱向分段制造并運(yùn)輸。運(yùn)輸線路制約箱梁分塊縱向長(zhǎng)度的主要為道路轉(zhuǎn)彎半徑，采用牽引車+運(yùn)梁炮車的組合（見圖3），可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度不大于30 m梁長(zhǎng)的運(yùn)輸。

圖3 運(yùn)輸車：牽引車+運(yùn)梁炮車Fig.3 Transporter: Tractor + Girder Camion

2 鋼箱梁深化設(shè)計(jì)

鋼箱梁的深化設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮施工條件、進(jìn)度質(zhì)量和成本等各種因素，還須充分考慮吊機(jī)的起重能力，分段間的相互影響臨時(shí)胎架的搭設(shè)、箱形粱分段的剛度以及吊裝工藝的可行性等因素［4］。采用板單元預(yù)制再組焊梁段的施工方式具有進(jìn)度快、質(zhì)量好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)［5］。本項(xiàng)目采用板單元預(yù)制，跨東圃泵站前池（設(shè)備房）粱段采用三階段制造方式（三階段制造方法是在梁段拼焊完后再進(jìn)行整體預(yù)拼裝）。

為解決該橋鋼箱梁運(yùn)輸難題、加快施工進(jìn)程，采用化整為零的思路，提出了橋梁縱向分段（見圖4）、橫向分塊（見圖5）的施工方案［6］。

圖4 4軸～5軸縱向分塊Fig.4 4～5 Axis Vertical Block

圖5 橫向分塊Fig.5 Horizontal Block

3 臨時(shí)墩設(shè)計(jì)

根據(jù)鋼箱梁深化設(shè)計(jì)的分段，需在橋墩兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)墩，用于加設(shè)橫梁及單位件的臨時(shí)支撐、固定。臨時(shí)墩的設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 臨時(shí)墩設(shè)計(jì)Fig.6 Temporary Pier Plan

構(gòu)件在吊裝時(shí)，構(gòu)件重力應(yīng)乘以動(dòng)力系數(shù)1.2。應(yīng)按要求對(duì)臨時(shí)支墩的各組成部件在不同受力狀態(tài)下強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算［7］。并對(duì)設(shè)計(jì)地基承載力進(jìn)行計(jì)算。

4 吊耳驗(yàn)算

4.1 吊耳設(shè)置

根據(jù)梁的截面尺寸、分段的長(zhǎng)短和吊裝工況，選擇用4 個(gè)吊耳起吊。吊耳設(shè)在鋼梁縱橫板交點(diǎn)處，端部用鋼板加強(qiáng)，保證局吊部穩(wěn)定，吊耳采用坡口焊接。吊耳設(shè)置長(zhǎng)度方向上按照距離邊約（1∕4～1∕3）L的橫隔板或腹板位置（見圖7）。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)制作吊耳Fig.7 Make the Lug Drawing on Site

4.2 吊耳驗(yàn)算

對(duì)吊耳正應(yīng)力、切應(yīng)力及焊縫強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算［8］，經(jīng)驗(yàn)算均滿足要求。

5 鋼絲繩驗(yàn)算

吊裝采用直徑φ 64 的鋼絲繩，6×37 鋼絲繩（公稱抗拉強(qiáng)度1 960 MPa，鋼芯），使用新鋼絲繩。

吊裝時(shí)吊繩和構(gòu)件間角度不小于60o，計(jì)算時(shí)按60°計(jì)，構(gòu)件吊裝時(shí)采用4 點(diǎn)綁扎的方式進(jìn)行吊裝，按照吊裝重量120 t進(jìn)行驗(yàn)算。

對(duì)鋼絲繩拉力進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)查《重要用途鋼絲繩：GB 8918-2006》表11可得選用的鋼絲繩滿足要求。

6 鋼絲繩驗(yàn)算

根據(jù)《一般起重用D 形和弓形鍛造卸扣：GB∕T 25854-2010》，選擇型號(hào)為D 型8 級(jí)工作極限載荷卸扣，規(guī)格為GB∕T 25854-8-DW50，可以吊重50 t，每個(gè)分塊構(gòu)件吊裝時(shí)設(shè)置4個(gè)卸扣，滿足吊裝要求。

7 起重機(jī)站位、拼裝場(chǎng)地確認(rèn)及吊機(jī)選型

根據(jù)圖8，吊裝最大的作業(yè)半徑為30 m。

圖8 4軸～5軸吊裝作業(yè)平面Fig.8 4～5 Axis Lifting Operation Plane

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)道路條件的安全經(jīng)濟(jì)的前提下，起重設(shè)備根據(jù)鋼箱梁的總量（120 t）及作業(yè)半徑（＞30 m），需采用500 t 以上的履帶吊（超起工況）方可滿足起重要求。同時(shí)對(duì)最不利工況下的地基承載力進(jìn)行計(jì)算，履帶吊吊裝的最不利工況：履帶吊超起吊裝工況下，考慮單側(cè)履帶受力的情況下對(duì)地基承載力要求最高。通過(guò)在履帶吊底部增設(shè)專用路基箱，降低對(duì)地基承載力的要求［9］。

8 吊裝工況轉(zhuǎn)換

由于超起工況下超起配重的最小回轉(zhuǎn)半徑為12 m，現(xiàn)場(chǎng)位于調(diào)轉(zhuǎn)場(chǎng)地北側(cè)的管理用房在回轉(zhuǎn)半徑以內(nèi)，因此采用常規(guī)裝好超起配重后再進(jìn)行吊裝將無(wú)法實(shí)施。根據(jù)吊車的性能參數(shù)，針對(duì)不同工況下的吊車作業(yè)性能進(jìn)行驗(yàn)算，確保不同工況下的作業(yè)安全，特別是不同工況在轉(zhuǎn)換時(shí)的安全。因場(chǎng)地吊裝條件的限制，吊車超起裝置無(wú)法在吊裝前安裝，創(chuàng)新性地提出超起裝置后掛的吊裝方法。

根據(jù)履帶吊相關(guān)性能表，工況1：未掛超起配重時(shí)，最大的作業(yè)半徑為16 m，因此作業(yè)半徑16 m 是不同工況轉(zhuǎn)換的邊界條件，在未加超起配重的情況下嚴(yán)禁轉(zhuǎn)換吊裝工況；工況2：履帶吊在吊起鋼箱梁后旋轉(zhuǎn)至尾部可安裝配重位置后，連接相應(yīng)的桿件及液壓管等設(shè)備，安裝配重后方可增加作業(yè)半徑至吊裝所需的作業(yè)半徑。采用一臺(tái)75 t 的汽車吊安裝超起小車上的配重（見圖9）。

按照履帶吊性能表的參數(shù)要求吊裝250 t 超起配重后，方可增加作業(yè)半徑至吊裝所需的作業(yè)半徑（見圖10）。

圖9 吊裝工況1立面及實(shí)況（未裝超起裝置）Fig.9 Elevation and Actual of Hoisting Condition 1（No Overlift Device Installed）

圖10 吊裝工況2立面及實(shí)況（已裝超起裝置）Fig.10 Elevation and Actual of Hoisting Condition 2（Installed with Overlift Device）

9 結(jié)論

因場(chǎng)地吊裝條件的限制，吊車超起裝置無(wú)法在吊裝前安裝，創(chuàng)新性地提出超起裝置后掛的吊裝方法。針對(duì)不同工況的邊界條件進(jìn)行分析，明確不同工況的邊界條件。在相關(guān)技術(shù)措施及條件滿足下一個(gè)工況后，方可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。并在吊裝前需做好以下幾點(diǎn)：

⑴對(duì)臨時(shí)墩、吊裝場(chǎng)地的地基承載力進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)地基承載力是否滿足要求。

⑵增加對(duì)吊耳焊縫質(zhì)量的檢測(cè)，由于吊耳為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范未對(duì)其檢測(cè)做相關(guān)的要求。本項(xiàng)目單個(gè)吊耳承擔(dān)荷載較大，故對(duì)吊耳的焊縫質(zhì)量采用100%超聲波探傷檢測(cè)。

⑶在正式起吊前進(jìn)行試吊，試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括：①吊機(jī)空載整體移動(dòng)；②吊機(jī)各機(jī)構(gòu)按功能要求運(yùn)轉(zhuǎn)；③吊機(jī)結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)過(guò)程中的狀態(tài)；④橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)過(guò)程中的狀態(tài)［10］。