改擴(kuò)建工程中采用大噸位汽車吊進(jìn)行預(yù)制箱梁架設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)研究

陳超 王惠朝 周建杰 唐淼磊 白國(guó)華

在市政道路改擴(kuò)建過程中，常采用邊通車邊施工的建設(shè)方式來滿足建設(shè)期交通運(yùn)行的需求，同時(shí)對(duì)建設(shè)工期有著較高的要求。在這種施工條件下，橋梁等特殊結(jié)構(gòu)物的上部結(jié)構(gòu)施工極易受到場(chǎng)地限制及工期制約，特別是在預(yù)制箱梁的架設(shè)過程中，常規(guī)架橋機(jī)的拼裝及作業(yè)模式受到場(chǎng)地與工期的雙重限制，對(duì)工程進(jìn)度造成了一定的影響。在某改擴(kuò)建工程中，考慮采用大噸位汽車吊進(jìn)行預(yù)制箱梁架設(shè)施工來代替?zhèn)鹘y(tǒng)架橋機(jī)施工，以滿足場(chǎng)地需求并縮短工期。通過嚴(yán)密計(jì)算、方案論證比選與施工組織，順利完成半幅橋梁架設(shè)，為打通項(xiàng)目關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)節(jié)約了工期。

隨著城市化進(jìn)程的加快與國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提升，城市汽車保有量呈逐年上升趨勢(shì)，特別是大中型城市，道路交通量逐漸趨于飽和。現(xiàn)有城市道路無(wú)論是路面狀況還是車道數(shù)均難以滿足行車需求，亟需改建。在常規(guī)的改擴(kuò)建施工中，為保證必要的交通運(yùn)行，常采用邊通車邊施工的建設(shè)模式。在該模式下，不僅施工場(chǎng)地被壓縮，同時(shí)對(duì)關(guān)鍵工序的工期有較高要求，橋梁等某些特殊結(jié)構(gòu)物的施工受到了一定的阻礙。特別是需采用架橋機(jī)等大型設(shè)備配合作業(yè)的預(yù)制梁安裝等工序，常因場(chǎng)地限制而無(wú)法展開，不僅如此，組裝架橋機(jī)所耗費(fèi)的時(shí)間也是對(duì)工期的嚴(yán)峻考驗(yàn)。本文以某市政道路改擴(kuò)建工程為例，論證邊通車邊施工環(huán)境下采用大噸位汽車吊替代架橋機(jī)架設(shè)預(yù)制箱梁方案的可行性，為廣大技術(shù)人員提供思路。

一、工程概況

本項(xiàng)目道路全長(zhǎng)約12.25km，道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面60m寬，配套市政管線，主線設(shè)計(jì)速度80km/h，輔道設(shè)計(jì)速度40km/h。施工內(nèi)容包含管線遷改、道路景觀升級(jí)、道路平面交叉節(jié)點(diǎn)改造、路基路面改造及橋梁重建等。

項(xiàng)目全線采用半幅保通半幅施工的施工方式，施工期間不能完全將道路封閉，橋梁重建時(shí)仍需保證半幅通行，因此在舊橋拆除時(shí)只能先拆除北側(cè)半幅，保留南側(cè)半幅。同時(shí)，在北側(cè)半幅新建橋梁預(yù)制梁架設(shè)時(shí)，南側(cè)半幅現(xiàn)有老橋仍需保持正常通行，無(wú)法滿足常規(guī)架橋機(jī)的安裝及架設(shè)條件。

本項(xiàng)目西江河橋與河道斜交30°，橋長(zhǎng)97.5m，上部結(jié)構(gòu)為3*30m后張法預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支小箱梁，梁高1.6m，邊梁?jiǎn)纹褐?05.3t，中梁?jiǎn)纹褐?8.8t，輔道單幅橫向布置4片梁，主道單幅橫向布置6片梁，北側(cè)半幅共計(jì)30片梁；下部結(jié)構(gòu)為雙柱式樁墩柱，其中橋墩直徑130cm，樁基直徑150cm，蓋梁高140cm。受交通導(dǎo)改及行車影響，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法為架橋機(jī)的架設(shè)作業(yè)提供場(chǎng)地，因此考慮采用位置可靈活改變的大噸位汽車吊完成箱梁吊裝。

二、吊裝作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)分析

根據(jù)單片梁重、橋梁橫斷面形式、施工現(xiàn)場(chǎng)與周邊環(huán)境狀況以及汽車吊吊裝特點(diǎn)等實(shí)際情況，對(duì)吊裝過程中所需考慮的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1.起重吊裝設(shè)備的選擇

在實(shí)際工程中，既可由1臺(tái)汽車吊進(jìn)行獨(dú)立吊裝，也可由多臺(tái)汽車吊進(jìn)行抬吊。在本項(xiàng)目西江河橋預(yù)制箱梁架設(shè)過程中，綜合考慮吊裝場(chǎng)地、箱梁規(guī)格尺寸、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境等限制因素，考慮采用雙機(jī)抬吊的方式進(jìn)行預(yù)制箱梁吊裝作業(yè)。

由上述分析可知，本項(xiàng)目單片梁最大重量105.3t，因此每臺(tái)吊車需承重53t以上。由于吊裝設(shè)備工作范圍有限，兩橋臺(tái)間距離較遠(yuǎn)，無(wú)法同時(shí)將兩臺(tái)設(shè)備分別布設(shè)在兩側(cè)橋臺(tái)，在架梁作業(yè)全過程中，至少有一臺(tái)汽車吊位于河道內(nèi)。以首片梁吊裝為例，汽車吊站位及工作狀態(tài)如下：1#吊車擬布設(shè)于3#橋臺(tái)臨邊1m處，車身與臨邊平行，吊臂中心距離現(xiàn)有道路中心線6.82m；2#吊車位于河道內(nèi)1#墩與2#墩之間，車身垂直于墩柱，吊臂中心距離道路中心線7.07m。

綜合考慮汽車吊站位、地質(zhì)情況及單車配重，結(jié)合不同型號(hào)汽車吊的性能參數(shù)，1#吊車擬采用350t汽車吊，型號(hào)為QAY350，2#吊車擬采用300t汽車吊，型號(hào)為QAY300，汽車吊性能參數(shù)可通過吊車使用手冊(cè)查詢。

考慮最不利狀態(tài)時(shí)汽車吊工作性能，以驗(yàn)證所選設(shè)備是否滿足需求。根據(jù)《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》,雙機(jī)抬吊時(shí)，單機(jī)荷載不超過額定荷載的80%，總起重量不超過雙機(jī)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(yàn)算控制在總額定起重量的75%。

對(duì)最不利工況下各汽車吊起重重量進(jìn)行驗(yàn)算，1#汽車吊處于最不利工作狀態(tài)時(shí)，吊裝半徑為8m，此時(shí)吊臂仰角為70°，吊臂長(zhǎng)度為31m，由手冊(cè)可知，此時(shí)額定吊裝重量為78t，驗(yàn)算如下：

滿足需求。

2#汽車吊處于最不利工作狀態(tài)時(shí)，吊裝半徑為8m，吊臂仰角為62°，吊臂長(zhǎng)度為21.5m，由手冊(cè)可知，此時(shí)額定吊裝重量為88t,驗(yàn)算如下：

滿足需求。

因此，所選吊裝設(shè)備可以滿足雙機(jī)抬吊的作業(yè)要求。

2.起重吊裝場(chǎng)地承載力計(jì)算

350t汽車吊自重84t，全配重107t，箱梁自重105.3t。兩臺(tái)吊車吊梁過程勻速水平，每臺(tái)吊車各承受1/2梁重，4個(gè)支腿均勻受力，支腿下墊2.5m*2.5m*0.3m鋼板。

吊裝場(chǎng)地承載力計(jì)算如下：

其中：N— —作用于地基處的豎向分力；

A——作用于地基處的受力面積；

δ——地基容許承載力；

為保證汽車吊在工作中的絕對(duì)安全，現(xiàn)場(chǎng)承載力按照165Kpa進(jìn)行控制，要求處理后地基承載力不小于165Kpa。

3.鋼絲繩選材及強(qiáng)度計(jì)算

梁板起吊時(shí)，采用捆綁法吊裝，單個(gè)吊點(diǎn)由2根鋼絲繩均勻受力，兩個(gè)吊點(diǎn)考慮1.2倍的不均勻分布系數(shù)，吊裝時(shí)鋼絲繩夾角為60°，則單根鋼絲繩拉力：

經(jīng)計(jì)算，最大吊裝重量105.3t時(shí)，每個(gè)吊點(diǎn)吊重63.18t，單根鋼絲繩受力36.48t。鋼絲繩安全系數(shù)K取值為6，則鋼絲繩破斷拉力為2145KN。

選用繩徑為60mm的S-FC纖維芯鋼絲繩，規(guī)格6×37，公稱抗拉強(qiáng)度1870MPa。根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》附錄三相關(guān)參數(shù)，其鋼絲繩總斷面積為1568.43mm2，鋼絲捻制不均折減系數(shù)取0.82，得：

因此，所選鋼絲繩滿足工作要求。

4.起重吊裝場(chǎng)地處理

由于原工作場(chǎng)地為河道，難以滿足承載力要求，因此需對(duì)工作場(chǎng)地進(jìn)行處理。計(jì)劃采取磚渣換填的方式提高地基承載力，具體措施如下：將磚渣填筑于汽車吊工作場(chǎng)地范圍內(nèi)，填筑厚度0.5m，磚渣最大粒徑不大于30cm，填筑完成后采用鋼輪壓路機(jī)壓實(shí)，并進(jìn)行密實(shí)度檢測(cè)，要求孔隙率不大于23%。壓實(shí)完成后，對(duì)標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，并采用輕型動(dòng)力觸探的方法對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，滿足要求后，鋪設(shè)鋼板進(jìn)行起吊準(zhǔn)備。

三、吊裝準(zhǔn)備及安全要求

在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，即可開始組織設(shè)備入場(chǎng)、上排及準(zhǔn)備吊裝作業(yè)。在吊裝前，必須全面仔細(xì)的檢查核實(shí)工作。檢查設(shè)備安裝基準(zhǔn)標(biāo)記、方位線標(biāo)記是否正確；檢查材料碼放、裝斗或吊耳等是否符合吊裝要求。在吊裝作業(yè)前，需先進(jìn)行永久支座的安裝。支座安裝時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

（1）將支座吊裝至安裝位置，注意吊裝過程中不得傾倒與傾斜。

（2）支座安裝前，需對(duì)墊石的平面位置、高程進(jìn)行檢查，檢驗(yàn)支座平整度是否滿足要求。

（3）支座安裝完畢后，及時(shí)拆除上下連接螺栓，以免約束梁體位移。

運(yùn)梁車到達(dá)指定位置后，便可按照計(jì)劃開始預(yù)制梁吊裝作業(yè)。作業(yè)過程中，應(yīng)派專人對(duì)構(gòu)件四周和上方進(jìn)行跟蹤觀察，防止碰撞，并派專人觀察吊車作業(yè)工作情況，特別注意反方向支腿支撐情況，是否有脫離地面的趨勢(shì)，若發(fā)現(xiàn)異常立即停止吊裝，嚴(yán)禁超載吊裝和超幅度吊裝。當(dāng)預(yù)應(yīng)力箱梁安裝就位后，再次復(fù)核其平面位置、高程、線型、縱坡等，復(fù)核無(wú)誤后，開始下一片箱梁吊裝作業(yè)。

四、結(jié)語(yǔ)

通過嚴(yán)密的計(jì)算和專家論證，采用大噸位汽車吊完成預(yù)制梁吊裝的方案得到參建各方認(rèn)可。細(xì)化方案經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安全、技術(shù)、安裝質(zhì)量交底，部署應(yīng)急預(yù)案后開始架梁作業(yè)。在不影響交通運(yùn)行的情況下，僅用時(shí)3天便完成西江河橋北側(cè)半幅30片預(yù)制梁的架設(shè)工作，目前正緊鑼密鼓地進(jìn)行濕接縫及橋面鋪裝等工序作業(yè)，為該項(xiàng)目半幅通車節(jié)約了寶貴的工期。對(duì)于城市改擴(kuò)建公路項(xiàng)目，外界因素對(duì)施工作業(yè)干擾較多，作業(yè)面場(chǎng)地狹小，橋梁架設(shè)等關(guān)鍵工序需要結(jié)合具體情況，選擇最優(yōu)方案。本文結(jié)合某城市道路改擴(kuò)建工程，對(duì)采用大噸位汽車吊進(jìn)行預(yù)制箱梁吊裝作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，為同類施工項(xiàng)目提供了思路和參考依據(jù)。