鋼混組合工字鋼梁架設施工技術(shù)

鐘 長 海

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

鋼混組合工字鋼梁是近幾年交通運輸部極力推廣的橋梁結(jié)構(gòu)，屬于新技術(shù)應用范疇，其與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土預制T梁相比具有自重輕、結(jié)構(gòu)受力條件較好、能夠提高國家鋼鐵戰(zhàn)略儲備等特點。常規(guī)使用的組合工字鋼梁的架設方法主要有汽車吊法(要求作業(yè)場地平整，起吊高度有限)、橫向頂推法(要求在橋跨部位搭設臨時支架，起吊設備分片吊裝拼接)。

由我公司承建的太行山高速公路是河北省太行山區(qū)重要旅游通道組成部分，是連接河北省省會與冀中南經(jīng)濟區(qū)中邢臺、邯鄲兩市的快速交通走廊，邢臺段全線長約83.7 km，雙向四車道，整體路基寬約25 m，雙向四車道設計。主線大中橋梁共計97座，其中,大百工1號大橋、東牛莊大橋、東柏山大橋、沙河1號大橋、沙河2號大橋、沙河3號大橋等6座橋梁上部構(gòu)造均采用鋼混工字組合梁結(jié)構(gòu)，鋼材用量約2萬t。鋼混工字組合橋梁主要技術(shù)參數(shù)見表1。

鑒于太行山高速公路鋼混組合工字鋼梁橋多處于地形陡峻的山區(qū)，最大墩柱高度達70多m，采用以上常規(guī)施工方法在該工程中無法實施。項目部經(jīng)研究決定，采用組合工字鋼梁專用架橋機進行單跨分兩聯(lián)兩次架設完成，解決了目前常規(guī)架設施工技術(shù)無法實施的問題，施工安全可靠，工效較高。筆者介紹了具體的施工技術(shù)。

表1 鋼混工字組合橋梁技術(shù)參數(shù)表

2 設計參數(shù)

橋梁跨徑40 m，組合梁橋面寬度分2×12.22 m和2×12.75 m兩種。現(xiàn)澆橋面板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋面板下設6 mm厚永久鋼模板形成組合結(jié)構(gòu)。鋼混工字組合梁采用4片工字鋼，由2片外主梁和2片內(nèi)主梁組成，實腹式工字型結(jié)構(gòu)。鋼主梁之間通過橫梁和橫向聯(lián)系加強其橫向聯(lián)系，端橫梁、中橫梁采用實腹式橫梁，焊接工字形截面[1]；橫向聯(lián)系采用框架式橫梁。鋼梁中心線處的梁高為2.05 m，梁間距為3.3 m。

鋼橋梁分單幅一聯(lián)3×40 m和單幅一聯(lián)4×40 m兩種形式，一聯(lián)由三(四)個制作段栓接組成，其中A制作段長46.87 m，B制作段長40 m，C制作段長33.13 m。工字組合鋼梁通用結(jié)構(gòu)見圖1。

各制作段在鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)分節(jié)制作、運輸，于橋位安裝現(xiàn)場分梁片組焊成一體，利用架橋機架設安裝。鋼梁架設步驟見圖2。

圖1 橋?qū)?2.22 m鋼混組合梁標準橫斷面圖(跨中)

3 總體施工方案

根據(jù)太行山高速公路邢臺段總進度計劃，各鋼橋需全線同步展開安裝施工。由于6座橋相距約34 km，且工程地點為太行山區(qū)，所處地形起伏大，不便于吊裝施工?？紤]到鋼橋特點和工期要求，6座鋼橋全部采用專用架橋機進行架設。

考慮到單個制作段尺寸大、重量大，施工便道無法滿足運輸要求，故將全橋鋼梁在工廠分節(jié)制作，運至橋頭路基臨時存放區(qū)，用吊機組拼工字鋼梁，然后將其吊裝至軌道運梁平車運梁，送至前方架橋機架設[2]。該專用架橋機設計為前支腿為固定、縱向移動式步履式架橋機，根據(jù)現(xiàn)場施工場地條件、架設重量及鋼梁尺寸并結(jié)合架設施工安全性等要求，最終決定采用半幅兩次架設完成。

主要施工工序：

(1)工字組合鋼梁在工廠內(nèi)分節(jié)段制作，運至橋頭路基臨時存放區(qū)；

(2)搭建鋼梁拼裝平臺，利用門機或移動式汽車吊將分節(jié)段梁片拼焊成一體；

(3)安裝雙導梁步履式架橋機并完成過孔工況；

(4)吊機吊裝鋼梁至運梁平車運至架橋機

圖2 3×40 m鋼混工字組合梁架設步驟示意圖

下方；

(5)從橋頭一端往另一端架設鋼梁，用高強螺栓將每兩個梁段栓接為一體；

(6)吊機喂梁，架橋機依次安裝鋼梁，先完成一幅面(左或右)的安裝，最終完成全部鋼梁的安裝。

4 架橋機的選型

考慮到6座橋梁的安裝高度及現(xiàn)場地形條件，全部采用專用架橋機架設法進行鋼梁的安裝。鋼梁制作段在梁場進行拼接，制作段拼接后分梁片進行架設，在橋上完成中間梁片端橫梁、中橫梁的焊接和橫向連接系的栓接[3]。

鋼梁各制作段分梁片進行架設，各制作段中的最大架設單元尺寸及重量見表2。

表2 鋼梁分梁片制作尺寸及重量表

表2的數(shù)據(jù)顯示，A制作段梁片為最大單元件，最大架設單元尺寸為46.87 m×3.9 m×2.4 m，最大架設單元件重量約為72 t。

為方便架橋機過孔并確保架橋機過孔安全，選用長度78 m以上的架橋機，起重量在120 t以上，中托、后支腿設置橫梁和驅(qū)動電機，鋪設軌道驅(qū)動架橋機前移過孔。

該項目選用的架橋機為非標準型產(chǎn)品，為提高架橋機使用范圍、滿足后續(xù)其它工程項目亦可使用，選用了起吊能力為2×40 m/180 t的專用橋架機。

架橋機前支腿支撐在蓋梁擋墻上，中心距為11.3 m。中支腿自帶橫移系統(tǒng)和縱向驅(qū)動系統(tǒng)，位于已架設的鋼梁上，中心距為11.3 m。為便于架橋機過孔，設置中托和后支腿過孔軌道，軌道中心距為9.9 m，與運梁車共用軌道。

4.1 架設順序

(1)該工程項目鋼梁長度標準不統(tǒng)一，一聯(lián)之內(nèi)A段、B段鋼梁懸出橋墩6.87 m，段間接縫未處于蓋梁中心且鋼梁幅面寬度幾乎等同于蓋梁內(nèi)開襠尺寸，架橋機前支腿無法布置于蓋梁梁面上，只能考慮布置于蓋梁兩側(cè)的擋塊上。

(2)設計專用架橋機的支腿跨距等同于蓋梁擋墻中心距，前支腿為固定形式(標準型式為帶橫移軌道)。

(3)單幅鋼梁的架設順序。單段鋼梁分三次架設，先架設1-2號梁片，再架設3-4號梁片，最后架設中間的端梁、中橫梁和橫向聯(lián)系，吊裝順序見圖3、4。

圖3 架設1-2號梁片示意圖

圖4 架設3-4號梁片示意圖

(4)先完成單幅面鋼梁的架設，再將架橋機退回至起點，并通過橫移軌道將架橋機移至另一幅面進行鋼梁的架設。

4.2 架橋機前支腿受力分析

(1)鑒于該方案架橋機為非標準產(chǎn)品，故需對其前支腿最大承重進行驗算(吊梁時吊點不對稱，分梁片吊裝時前支腿受力不對稱)。吊裝方式、受力情況見圖5、6。

(2)鋼梁分梁片架設，選用40 m/180 t架橋機，自重約140 t，單個前支腿最大受力約為：N=140/4+43.2×8.95/11.3=69.2(t)。

(3)對前支腿受力情況進行分析，對擋塊混凝土抗壓強度進行驗算。查C30混凝土抗壓強度設計值fc=14.3 N/mm2。單根前腿與擋墻的接觸面積為：300 mm×300 mm=90 000 mm2，因此，其對擋墻的壓強為：

f=69.2×104/90 000=7.7(N/mm2)

抗壓強度滿足使用要求。

4.3 運梁平車的選型

運梁平車采用自行式軌道平車，在架橋機生產(chǎn)廠家訂做，軌距9.9 m，載重120 t。前后車輪組設置驅(qū)動電機，通過軌道將梁片從梁場運輸?shù)綐蛭弧?/p>

5 鋼梁安裝的施工方法

5.1 總體施工工藝流程

鋼板組合梁采用40 m/180 t 架橋機逐跨安裝。6座橋均在橋端部設置鋼梁組拼場地并為架橋機拼裝提供作業(yè)面。拼裝場內(nèi)設置龍門吊，鋼梁節(jié)段利用龍門吊在拼裝場內(nèi)拼接為一體，然后利用運梁平車經(jīng)橋面運輸至架橋機架設區(qū)域，采用架橋機拼裝完成。

考慮到架橋機的架設能力及架橋機支腿需要立在擋塊上，因此，架橋機在架設時需先進行左邊兩根梁整體的架設定位，然后進行右邊兩根梁的架設定位，最后安裝中間橫向聯(lián)系。一跨拼裝完成后縱移至下一跨開始鋼板組合梁的架設[4]。

5.2 架橋機的組拼

雙導梁步履式架橋機由主梁總成、前支腿、中支腿、后支腿、前天車、后天車、電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等幾部分共同構(gòu)成一個完整的承載結(jié)構(gòu)體系。

圖5 架橋機安裝工字鋼梁圖

圖6 架橋機安裝工字鋼梁最不利受力示意圖

架橋機屬重型橋梁架設設備。為保證架橋機的正常工作，必須對照廠家使用說明書的相關(guān)內(nèi)容并嚴格依據(jù)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)章制度進行拼裝操作。

5.3 鋼梁的現(xiàn)場拼裝

工字組合鋼梁分節(jié)段從廠家運至橋頭路基臨時存放區(qū)。利用工字型鋼梁段拼裝專用胎架進行工字型鋼梁的兩兩二次拼裝。安裝兩個工字型鋼梁之間的橫梁和橫向連接系及鋼模板。拼裝完成后的工字型鋼梁需進行外形尺寸及工字型鋼梁相關(guān)參數(shù)(預拱度、平面線形、橫坡等)的驗收并需合格。焊接工字型鋼梁對接縫和橫梁對接縫及鋼模板對接縫。探傷工字型鋼主梁對接縫和橫梁對接縫。探傷合格后，進行工字型鋼梁整體涂裝處理。安裝螺栓連接板，橋位工字型鋼梁段通過高強螺栓連接[5]。

5.4 運梁平車及軌道的安裝

運梁平車采用自行式軌道平車，軌距9.9 m，載重120 t。運梁平車軌道布置于已安裝的鋼梁中間兩片工字梁頂部，軌道底部按間距90 cm布置枕塊，枕塊采用倒扣箱形結(jié)構(gòu)，長度為50 cm，箱內(nèi)高度以高出剪力釘高度為宜(≥24 cm)。運梁平車軌道采用P43軌，連接梁場運梁軌道并與之同軌距、同高程布置。

5.5 架橋機過孔

架橋機過孔以生產(chǎn)廠家的說明書為準，簡要過孔步驟為：

(1)架橋機拼裝完畢，檢查各機構(gòu)的運轉(zhuǎn)情況，查看旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)向是否正確。將主梁調(diào)節(jié)至水平狀態(tài)，做好過孔準備。

(2)架橋機前支腿及后支腿同時頂升，使架橋機主梁脫離中托系統(tǒng)。

(3)架橋機中托系統(tǒng)自動行走至前支腿后方，然后將前后支腿液壓系統(tǒng)下落，使主梁落至中托系統(tǒng)反拖輪組上。

(4)鋪設鋼軌，架橋機前腿提升，天車移至尾部，橋機準備過孔。

(5)架橋機通過后支輪箱組和中托反拖輪箱組的驅(qū)動自平衡過至下一孔，同時利用中托橫移系統(tǒng)做橫向調(diào)整至橋墩正上方完成過孔。

5.6 工字鋼梁的架設

采用運梁小車將鋼梁運至架橋機架設位置后，用架橋機前天車將工字型鋼梁在前吊點處提升，使其脫離前運梁平車。架橋機前天車與后運梁平車配合送梁前行，直至工字型鋼梁后吊點進入后天車可起吊作業(yè)面，后天車吊起鋼梁。架橋機前后天車配合前行將工字型鋼梁吊至待架設位置。架橋機前后天車配合利用天車橫移系統(tǒng)將工字型鋼梁安裝就位。至此，鋼梁架設完成。

重復以上步驟完成整個橋位工字型鋼梁架設。

6 實施效果評價

太行山高速公路邢臺段鋼混工字梁均采用專用架橋機架設，所完成的橋梁包括大百工1號大橋、東牛莊大橋、東柏山大橋、沙河1號大橋、沙河2號大橋、沙河3號大橋等6座橋梁，工字梁鋼材用量約2萬t，實施工效可達兩天一跨，滿足工期要求。

7 結(jié) 語

該組合鋼混工字鋼梁采用專用架橋機進行施工，屬施工技術(shù)創(chuàng)新，解決了目前常規(guī)施工技術(shù)存在較大風險、施工周期長、施工成本太高而無法滿足要求等問題。該專用架橋機取得的有益效果是：該設備施工工效高、結(jié)構(gòu)合理、制造工藝通用、安全可靠、移動靈活、安拆方便，滿足施工要求。該組合工字梁架設施工工藝與現(xiàn)行施工技術(shù)相比，可以減少汽車吊安裝施工平臺修筑、橫向頂推安裝搭設臨時支架工程量、減少焊接高空作業(yè)等，為類似工程的安裝施工提供了一種思路，值得借鑒。