市政裝配化橋梁墩梁一體化架設(shè)施工技術(shù)探討

劉金棟

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050021）

0 引言

隨著社會發(fā)展，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目數(shù)量逐步增多，市政橋梁工程也隨之增多。裝配式施工技術(shù)已經(jīng)在房建領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但橋梁工程面臨的環(huán)境條件更加復(fù)雜，裝配式施工技術(shù)尚未全面鋪開。近年來，裝配式橋梁施工技術(shù)得到快速發(fā)展，以東海大橋、港珠澳大橋、上海滬閔高架為代表，象征著該技術(shù)逐漸走向成熟[1]。裝配式橋梁施工中，墩梁架設(shè)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響施工進(jìn)度、成本和質(zhì)量。以下結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗，對一體化架設(shè)施工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 工程概況

某市政橋梁是城市中的大型樞紐立交工程，共有8條匝道。選取其中的A1、B2 匝道橋作為本次研究對象，采用裝配化施工方案。A1 匝道橋全長385m，結(jié)構(gòu)為 8×35m+3×35m；B2 匝道橋全長 315m，結(jié)構(gòu)為 6×35m+3×35m。采用單箱單室主梁，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長3m，橋梁寬度為9.2m，梁段自重在60～90t。A1、B2匝道的墩柱，分為獨柱墩、雙柱墩兩種類型，高度最大12m，重量最大85t。箱梁和墩柱均為預(yù)制件，在工廠內(nèi)預(yù)制完成后，運輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝，架設(shè)方式均為上坡架梁，坡度為4.0%。

2 墩梁架設(shè)施工方案比選

結(jié)合本項目的施工要求和現(xiàn)場環(huán)境，墩梁架設(shè)施工有兩種備選方案，一是常規(guī)架設(shè)，使用架橋機和履帶吊；二是一體化架設(shè)，使用新型一體化架橋機。

2.1 常規(guī)架設(shè)方案

常規(guī)架設(shè)預(yù)制墩梁構(gòu)件，先用履帶吊安裝墩柱，然后在墩頂安裝架橋機，依次完成各個梁段的架設(shè)。該方案中，墩柱和墩頂塊需要履帶吊進(jìn)行安裝，這是施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響整體進(jìn)度。本項目架設(shè)一個梁段需要7d時間，工序流程見表1。

表1 常規(guī)架設(shè)方案的施工進(jìn)度分析

2.2 一體化架設(shè)方案

一體化架設(shè)方案是使用新型的一體化架橋機，既能架設(shè)墩柱，也能架設(shè)梁段。和普通架橋機相比，其最大差異是增加了一跨，支撐在承臺或路面前支腿上，可以架設(shè)預(yù)制墩柱，同步架設(shè)梁段。本項目架設(shè)一跨預(yù)制構(gòu)件需要7d時間，工序流程見表2。

表2 一體化架設(shè)方案的施工進(jìn)度分析

2.3 方案比較

對這兩種架設(shè)方案進(jìn)行比較，可見一體化架設(shè)方案的優(yōu)勢明顯，體現(xiàn)在三個方面；①在工期相同的條件下，可同時架設(shè)墩柱和梁段，施工效率提高，便于組織管理；②預(yù)制構(gòu)件在梁上運輸，不會占用地面道路，對周邊交通影響更小，相應(yīng)的管控工作減少；③不需要使用履帶吊，可降低設(shè)備成本，提高經(jīng)濟(jì)效益[2]?；诖耍卷椖孔罱K采用一體化架設(shè)施工方案。

3 一體化架橋機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用特點

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

一體化架橋機的結(jié)構(gòu)組成包括：主梁、前支腿、中支腿、后支腿、起重天車、吊具吊掛、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等。各結(jié)構(gòu)設(shè)計要點如下：

（1）前支腿

前支腿是重要支撐構(gòu)件，因不能支撐在墩柱上，只能支撐在承臺上，為了方便地基處理，在前支腿底部設(shè)置牛腿，牛腿和承臺接觸并支撐。承臺施工時，進(jìn)行預(yù)埋處理，使用螺紋鋼筋對牛腿進(jìn)行錨固連接。本項目使用1套前支腿，由橫梁和伸縮套結(jié)構(gòu)組成，伸縮長度在2～16m之間。前支腿的作用是：在架設(shè)墩柱、墩頂塊以及架橋機過跨倒退時，提供穩(wěn)定的前支撐點。

（2）中支腿

中支腿是架橋機運動的核心，頂升油缸的行程為1m，卸載時可以整體完成。設(shè)置橫移和縱推油缸，油缸壓力、行程變化均由監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，達(dá)到動態(tài)化、智能化調(diào)整的目的。本項目使用2套中支腿，主要作用是：承載梁段和架橋機的重量，輔助架橋機移動，調(diào)整架橋機的形態(tài)等[3]。

（3）后支腿

后支腿和前支腿的結(jié)構(gòu)相近，也是橫梁和伸縮套結(jié)構(gòu)組成，同時設(shè)置調(diào)節(jié)油缸，行程為0.8m。架橋機過跨時，首先支撐主梁滑行，然后拆除錨固處于懸空狀態(tài)，隨著主梁一起前移。本項目使用1套后支腿，作用是：在架橋機倒運支腿時臨時支撐，在架橋機縱向移動時提供后方支點。

（4）起重天車

本項目配置前、后起重天車各1臺，其中前天車最大起重120t，在墩柱、墩頂塊吊裝時使用；后天車最大起重100t，在普通節(jié)段吊裝時使用。結(jié)合本工程的特殊環(huán)境，以及架橋機的運行特點，在起重天車上設(shè)置多個保護(hù)裝置，例如超載保護(hù)、卷揚機限位保護(hù)、卷揚機超速裝置、防風(fēng)裝置等，以保障起重天車安全運行。

（5）吊具吊掛

為了方便施工操作，吊具能全方位旋轉(zhuǎn)，在油缸作用下調(diào)整坡度，最大值為4%。另外，吊具可無線遙控，工作人員在拼裝梁面范圍內(nèi)操作即可，進(jìn)一步保證施工安全。吊掛分為兩種，一種用于普通梁段，具有4 個吊點；另一種用于墩頂塊，具有8 個吊點。節(jié)段梁吊掛在主梁上方，使用高強度螺紋鋼進(jìn)行支撐固定。

（6）液壓系統(tǒng)

本項目使用的架橋機，液壓系統(tǒng)包括5套泵站，分別用在前支腿、中支腿、后支腿、天車、吊具部位，提供液壓作用力。

（7）電氣系統(tǒng)

該架橋機的電氣系統(tǒng)是由電氣柜、電氣房、遙控裝置、監(jiān)控系統(tǒng)組成。其中，監(jiān)控系統(tǒng)是核心，對整個架橋機的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，采集重要參數(shù)，如起重量、起吊高度、天車行程、油缸壓力、風(fēng)速等，確保每個作業(yè)環(huán)節(jié)均安全合規(guī)[4]。一旦數(shù)據(jù)異常，系統(tǒng)能發(fā)出報警信息，提示工作人員及時查詢故障并處理，防止造成嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故。

3.2 優(yōu)缺點

（1）一體化架橋機的優(yōu)點包括：①能對承臺以上的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行架設(shè)，施工效率高。②預(yù)制構(gòu)件在梁上運輸，可節(jié)省地面空間，減少對橋梁下交通的影響。③施工設(shè)備簡單，自動化程度高，方便現(xiàn)場管理。

（2）一體化架橋機也有部分缺點，總結(jié)如下：①工作面少，履帶吊投入多套設(shè)備，可在多個工作面同步施工，一體化架橋機只有1個工作面。②因工作面少，施工作業(yè)不能跨工序完成，對施工組織提出更高要求。③施工接線部位多，架橋機移跨存在難度，要進(jìn)行多次安拆。④跨徑大、吊重大，會增加架橋機的重量，降低周轉(zhuǎn)效率[5]。

3.3 適用范圍

結(jié)合工程施工經(jīng)驗，以及一體化架橋機的優(yōu)缺點，可以得到一體化架設(shè)施工方案的適用范圍如下：①中小跨度橋梁，跨度在20～35m 之間。②線路長、接線少，預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)，架設(shè)長度至少2km。③預(yù)制構(gòu)件的吊重在150～200t，此時成本適中，設(shè)備周轉(zhuǎn)效率高。④墩柱高度在18～20m以內(nèi)，前支腿能保證架橋機的穩(wěn)定性。⑤尤其適用于野外作業(yè)，因交通條件差，常規(guī)的起重設(shè)備無法到達(dá)。

4 墩梁一體化架設(shè)施工技術(shù)和質(zhì)量控制

本項目中，墩梁一體化架設(shè)施工順序為：架設(shè)B2匝道橋預(yù)制構(gòu)件→架橋機退回至路基→架橋機橫移過幅變線→架設(shè)A1 匝道橋預(yù)制構(gòu)件。具體施工工藝流程為：組裝架橋機→標(biāo)準(zhǔn)跨施工→首尾跨施工→邊跨施工→架橋機后退，重復(fù)以上步驟，直至所有梁段均架設(shè)完成。

4.1 組裝架橋機

該架橋機組裝時，采用低位拼裝法，技術(shù)要點如下：①在B2 匝道的路基上，拼裝2 套中支腿，吊裝至預(yù)設(shè)位置臨時錨固。②主梁節(jié)段在地面組裝成一個整體，使用汽車吊將其吊裝在中支腿上，由縱移油缸進(jìn)行鎖定。③重復(fù)步驟②，吊裝其他主梁構(gòu)件。④分別對前、后支腿進(jìn)行拼裝，將起重天車安裝在目標(biāo)位置。⑤組裝全部完成后，調(diào)試液壓和電氣系統(tǒng)，確保系統(tǒng)正常運行，滿足現(xiàn)場施工技術(shù)要求。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)跨施工

架橋機組裝完成，移動到需要架梁的部位，方可對標(biāo)準(zhǔn)跨進(jìn)行架設(shè)施工，步驟如下：①上一跨節(jié)段梁架設(shè)完成，使用前天車吊運后中支腿，到達(dá)前墩墩頂停止。②后天車向前移動，到達(dá)前墩附近后，和前天車共同起到配重作用；隨后利用縱推油缸、兩中支腿向施工方向?qū)χ髁阂苿蛹s10m。③將后支腿與梁面錨固拆除，收起油缸處于懸空狀態(tài)；重復(fù)以上步驟繼續(xù)移動主梁，移動距離約15m，前、后天車移動至中墩中支腿上方，起到配重作用；重復(fù)以上步驟，繼續(xù)移動主梁到達(dá)設(shè)計位置，支撐后進(jìn)行錨固。④前、后天車移動至架橋機尾部，使用鋼絲繩卸扣，將前天車和墩柱連接起來；使用吊板將后天車和墩柱連接起來。⑤前、后天車配合，吊起超前墩的墩柱，移動至架橋機前跨，然后落鉤，將墩柱吊至地面。⑥只升起前天車，縱向移動起吊墩柱，使其處于豎直狀態(tài)并安裝；墩柱承載力達(dá)標(biāo)后，前天車重復(fù)該步驟，將墩柱起吊、對位安裝。⑦使用后天車吊裝節(jié)段梁，完成臨時預(yù)應(yīng)力的張拉；再澆筑濕接縫，完成永久預(yù)應(yīng)力的張拉；直至節(jié)段梁架設(shè)完成。體系轉(zhuǎn)換后，對橋面系和附屬設(shè)施進(jìn)行施工。

4.3 首尾跨施工

首尾跨施工和標(biāo)準(zhǔn)跨施工的步驟基本一致，不同點在于：中支腿錨固在路基段的臨時基礎(chǔ)上，從而保護(hù)橋臺。

4.4 邊跨施工

邊跨施工和標(biāo)準(zhǔn)跨施工的步驟基本一致，不同點在于：①邊墩架設(shè)完成后，在墩旁搭設(shè)托架來固定邊墩的墩頂塊。②在前支腿底部設(shè)置支撐，提高支腿的承載力，從而滿足相關(guān)施工規(guī)范要求。

4.5 架橋機后退

架橋機后退和前進(jìn)剛好相反，關(guān)鍵步驟如下：①后支腿向后移動，到達(dá)主梁尾部，隨后前、后天車移動至后中支腿處，起到配重作用。②在中支腿的支撐下，促使主梁向后方移動，過跨約10m 停止移動。③前、后天車移動，到達(dá)前中支腿處進(jìn)行配重；隨后在中支腿的支撐下，主梁繼續(xù)向后方移動，過跨約15m停止移動，臨時錨固后支腿。④在中支腿的支撐下，主梁繼續(xù)向后方移動，直至到達(dá)指定位置，和后中支腿相互鎖定。⑤使用前天車吊運前中支腿，跨過后中支腿的位置后，在此處進(jìn)行錨固。

4.6 施工質(zhì)量控制

本項目施工期間，采取的質(zhì)量控制措施如下：

（1）精度控制

對一體化架橋機的硬件升級，安裝激光測距儀和電子陀螺儀，用來監(jiān)測墩柱、梁段的位置和角度，將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)，可對墩柱、梁段進(jìn)行調(diào)整；同時監(jiān)控平臺動態(tài)監(jiān)測安裝過程，顯示出預(yù)制構(gòu)件的實時位置[6]?，F(xiàn)場施工中，通過精度控制，導(dǎo)向裝置和墩柱的間隙控制在±2mm以內(nèi)，安裝準(zhǔn)確率達(dá)到96%以上。

（2）現(xiàn)場管理

①推行安全系統(tǒng)工程，排查施工系統(tǒng)中的事故隱患，評估故障和失誤造成的危害損失，并采取針對性的管控措施。②落實人員培訓(xùn)，學(xué)習(xí)一體化架橋機施工方案，熟練掌握每一個操作環(huán)節(jié)；同時落實技術(shù)交底和安全交底，明確施工重難點。③發(fā)揮出監(jiān)理工程師的職能和作用，采用見證取樣、旁站監(jiān)理等方式監(jiān)督現(xiàn)場施工，避免出現(xiàn)質(zhì)量和安全問題。

（3）設(shè)備保養(yǎng)

一體化架橋機使用過程中，要從安裝、調(diào)式、運行、入庫封存等各個環(huán)節(jié)制定嚴(yán)格的管理辦法，尤其做好日常保養(yǎng)工作，確保設(shè)備處于良好的運行狀況。

5 結(jié)語

綜上所述，在裝配化橋梁工程中，采用一體化架設(shè)施工技術(shù)方案具有諸多優(yōu)勢，包括施工效率高、對周邊交通影響小、可降低設(shè)備成本等。文章介紹了一體化架橋機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，重點闡述了施工技術(shù)方法和要點。結(jié)果證實，相比于常規(guī)架設(shè)方案，一體化架橋機的使用效益更高，可在同類工程中推廣應(yīng)用。