橋面吊機設計及標準段組合梁施工工藝

李金余，馬建磊，荊剛毅，薛勝偉，王海軍

（中交二公局第二工程有限公司，陜西西安 710119）

1 工程概況

南京長江第五大橋建設項目地處南京長江第三大橋下游5 km位置，距離南京長江大橋上游約12 km。橋梁的起點自浦口區(qū)沙河大橋直接與改建的濱江大道相連，橋梁橫跨長江，經過梅子洲，連接至過江北岸，終點至濱河大道，道路沿線總長度9.77 km。該項目內梁體自重較重，且設計要求嚴格，施工過程中面臨的安全風險較大。

2 橋面吊機設計

2.1 液壓提升橋面吊機結構

2.1.1 主桁架結構

橋面吊機設計為分體式結構形式，結構組成較為簡單，主要由兩個主梁構成，每個主梁由水平連接件、橫向連接件以及桁架共同組成。起吊力矩依靠梁體的滑動支座、固定支座將作用力傳至已經完成架設的箱梁

2.1.2 液壓提升機構

提升機構選用的是液壓千斤頂，千斤頂直接裝置在滑動支座上，提升機構的起重能力可以達到3300 kN，該裝置的提升速度設計為0～10 m/h，能夠有效滿足鋼箱梁拼裝的具體要求。

2.1.3 橋面吊機縱、橫向調整機構

在析架的主梁部位與千斤頂?shù)牡鬃g裝置4 套活動腹板，借助千斤頂?shù)纳炜s功能，對組合梁的位置進行調整。組合梁順橋方向的合理偏差是±600 mm，組合梁的橫橋向合理偏差是±100 mm。

2.1.4 機械設備配置

橋面吊機的規(guī)格確定為500 t。橋面吊機由吊具、移動系統(tǒng)、主桁架、支撐系統(tǒng)、液壓泵、控制系統(tǒng)、爬梯等單元組成。標準段的梁體長度設計為13.5 m，吊機的最大起吊重量為422.5 t，鋼箱梁主要利用起吊機的機械臂完成拼裝。

2.2 橋面吊機計算

2.2.1 荷載

結合施工圖紙，鋼箱梁的自重設計為415 t；2 個起吊設備的重量為20 t；懸臂起重機的作業(yè)平臺1.0 kN/m；鋼絞線4 t；施工現(xiàn)場的風速為15.4 m/s，施工人員的荷載1.2 kN/m。

2.2.2 荷載系數(shù)取值

結合該項目的實際需求，相關參數(shù)取值：①荷載動力系數(shù)為13；②抗傾覆系數(shù)為1.5；③超載系數(shù)為1.1；④偏載系數(shù)為1.2。

2.2.3 工況分析

（1）為保證施工過程中的安全性，施工現(xiàn)場風力超過6 級應立即停止施工，檢查起重設備的強度、穩(wěn)定性、剛度；計算起吊設備自身的抗傾覆能力是否滿足作業(yè)需求。

（2）詳細計算鋼箱梁在實際吊運過程中各組件的強度、剛度、穩(wěn)定性；驗算吊機的抗傾覆能力，計算的過程中嚴格按照以下標準進行：鋼箱梁順橋方向的合理偏差是±600 mm，鋼箱梁的橫橋向合理偏差是±100 mm。

（3）橋面吊機空載運行時應該計算出軌道的強度、剛度。

2.2.4 計算原理

（1）計算假設：①以材料的力學原理以及建筑物的結構力學作為依據(jù)進行科學計算；②以析梁組合的方式計算出主桁的受力情況。

（2）主析計算。先計算出千斤頂支點部位的反作用力，將其作為主析需要承受的荷載，然后再計算出各個桿件自身的強度，最后計算出主析的剛度。

（3）鋼箱梁的抗傾覆能力計算。借助主析的剛度計算出鋼箱梁的錨固力，用錨固力對鋼箱梁的抗傾覆能力進行驗算。

3 標準段組合梁施工工藝

3.1 懸臂施工工藝流程

通常情況下，懸臂梁的施工工藝為：借助運輸船來確定拋錨的位置→降低扁擔梁，將扁擔梁與N+1 段梁體進行連接→吊機同時起吊兩側的梁體→設置臨時支撐→進行精準性定位→焊接方式進行加固→對臨時設置的拉桿進行張拉處理→安裝N+1部位的拉索，并進行首次張拉作業(yè)→橋面吊機卸除荷載→對N+1 段拉索進行第二次張拉作業(yè)→將吊機移動至下。

（1）起吊，利用橋面吊機將梁體從運輸船吊運至存梁平臺，然后橋面吊機再次向上移動，與河道流域保持水平對稱。

（2）當梁體安裝完成，并對安裝位置進行調整以后，與前一段梁體進行連接；澆筑橫向部位的混凝土，并進行接縫處理，對混凝土進行養(yǎng)護；在接縫處設置臨時拉桿；安裝拉索，并對拉索進行首次張拉處理，拆除橋面吊機荷載，最后進行第二次張拉作業(yè)。

（3）將橋面吊機移動至下一個節(jié)段，重復上一個節(jié)段的作業(yè)流程。

（4）重復上一個節(jié)段的作業(yè)流程，直至邊跨合攏為止。

3.2 運梁船拋錨定位

運梁船沿逆水方向確定出拋錨的具體位置（圖1），必須要保證定位的精準性。

圖1 運梁船定位示意

3.3 標準梁段橋面吊機起吊

（1）運輸船定位后，橋面吊機開始起吊組合梁體，吊運過程中監(jiān)控單位應對組合梁體發(fā)出相應的信號，明確指出組合梁體安裝的標高位置、張拉作用力，結合實際情況填寫施工監(jiān)控驗收表格。

（2）標準梁吊運施工步驟：①將扁擔梁移動至尚未進行吊運的梁段部位，與連接梁端的吊耳進行連接，施工過程中可借助扁擔梁上的油缸調整滑板的位置，以保證滑板位置處于梁端的正上方；②將橋面吊機的邊幅機構移動至組合梁部位，在已完成安裝的梁段邊部與尚未提升的梁端邊部之間預留30 cm 的作業(yè)空間；③使用橋面吊機將組合梁緩緩吊起，然后暫停起吊，促使組合梁處于懸空靜止狀態(tài)，測量組合梁的標高，若組合梁出現(xiàn)傾斜應使用千斤頂進行調整；④當組合梁吊運至安裝部位上方50 mm 時停止提升，開始調整梁體的水平位置。

3.4 標準梁段調位及匹配

結合組合梁的結構形式，先將標準梁端的縱隔板對齊加固，然后使用千斤頂調整腹板的高程差。

3.4.1 梁段粗匹配

（1）借助吊機提升裝置將油缸提升至組合梁安裝節(jié)段，與已經完成安裝的梁段之間保持50 mm 距離。

（2）利用千斤頂調整組合梁的縱坡，促使其與已近完成安裝的梁段相互匹配。

（3）利用橫向油缸調整組合梁節(jié)段，使其與已經完成安裝的梁段保持協(xié)調。

（4）利用縱向油缸調整組合梁節(jié)段，組合梁節(jié)段與已經完成安裝的梁段之間保持10 mm 的距離，然后繼續(xù)重復前兩個步驟[1]。

（5）利用提升單元調整組合梁的標高，保證組合梁的標高與連接端口的標高一致。

3.4.2 梁段精匹配

（1）施工準備就緒，經過粗匹配后開始精匹配施工。

（2）先測量懸臂前側的水平位置與高程，一般取3 個控制點，結合3 個控制點的數(shù)據(jù)對組合梁進行合理調整。

（3）適當放松固定螺栓，結合組合梁的調整數(shù)值，控制組合梁的控制點高差保持在合理范圍內。

（4）將千斤頂放置在腹板位置，利用千斤頂調整組合梁中心軸線。

（5）復核懸臂前側的中心軸線精準度滿足規(guī)范要求后，采用焊接方式進行加固。

（6）精細化調整后開始進行臨時加固，將焊接作業(yè)平臺移動至組合梁的接口部位，開始拼裝、焊接作業(yè)。

3.5 梁段焊接連接、濕接縫混凝土澆筑

當主梁部分完成精細化定位后，將臨時連接件拆除；將該梁段與上一梁段之間的縫隙澆筑混凝土，并對混凝土進行養(yǎng)護。混凝土的強度達到設計要求后開始進行預應力張拉作業(yè)。

兩個相鄰梁段的上下游應均勻設置臨時拉桿，臨時拉桿選擇使用高性能的LZ45 螺紋鋼，張拉應力控制為612 kN；每個節(jié)段裝置4 根螺紋鋼，螺紋鋼的齒坎錨固使用高強度螺栓，螺栓的強度應達到10 級，預緊力控制為327 kN。

當相鄰梁段縫隙填補的混凝土養(yǎng)生強度達到設計要求后，開始張拉臨時拉桿，在N+5 號拉索完成預應力張拉后，拆除N+1 號拉索的拉桿。安裝斜向拉索，并對上一段的斜向拉索進行預應力張拉作業(yè)。

3.6 前移橋面吊機

當組合梁與起吊設備之間的連接件、提升單元、橋面吊機的錨固點完全拆除后，應該嚴格按照“提升起吊機→向前移動吊機移動軌道→固定移動軌道→緩慢的落放吊機→將吊機移動至下一個節(jié)段→錨固吊機”的施工順序完成橋面吊機前移任務[2]。

需要注意，橋面吊機必須要在斜拉索的第二次張拉作業(yè)完成以后才可以前移。

3.7 組合梁懸臂吊裝施工注意事項

（1）索塔應在裝置懸臂保證索塔兩側的主梁相互對齊，保證索塔在運行過程中不會出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象。

（2）每次安裝完梁體以后，都必須對梁段的線性進行核查，做好完整的檢查記錄，通過對檢查數(shù)據(jù)進行分析，總結出相應的規(guī)律，為下一個梁端作業(yè)提供技術參數(shù)。在實際安裝過程中，應不斷調整梁體的線性，發(fā)現(xiàn)偏差立即調整。

（3）安裝組合梁的過程中確保其不會對橋面造成污染。

4 結語

綜上所述，該項目使用的橋面吊機結構組成簡單、移動便捷、操作性強，應用效果良好，利用加載試驗驗證橋面吊機的安全性與可靠性均滿足規(guī)范要求，借助有限元軟件對吊機的受力情況進行分析計算，為實際作業(yè)提供科學依據(jù)，且有效降低施工成本。