大噸位牽索式前支點(diǎn)掛籃高空拼裝技術(shù)

楊金龍 孫琦 李文杰

摘 要：赤石特大橋?yàn)樗乃p索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，其主梁施工采用前支點(diǎn)牽索式掛籃懸臂施工工藝，掛籃自重達(dá)280噸，設(shè)計(jì)承載力為750噸，且安裝高度距離地面高達(dá)200m，由于受塔吊起重性能的限制，掛籃安裝的部分構(gòu)件不能直接安裝到位，需在0號(hào)塊支架上進(jìn)行平移。文章以該工程實(shí)例為背景介紹大噸位牽索式前支點(diǎn)掛籃在無直接的垂直運(yùn)輸設(shè)備情況下的拼裝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；大噸位前支點(diǎn)掛籃；高空；平移安裝技術(shù)

1 工程概況

赤石特大橋主跨結(jié)構(gòu)為165m+3×380m+165m四塔預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，其跨徑在目前同類型橋梁中列世界第一。主橋位于湖南省郴州市宜章縣赤石鎮(zhèn)下歐村、漁溪村之間的河流階地及河漫灘上，隸屬山區(qū)特大型橋梁施工，施工環(huán)境及條件惡劣。主梁采用單箱四室箱型斷面，主梁中心高3.2m，箱梁頂寬27.5m，風(fēng)嘴部分寬度為2×0.25m，橋面設(shè)置2%的雙向橫坡，主梁沿縱橋向設(shè)置2.5%的縱坡，梁段劃分為8m、6m、4m三種長度，除主梁0號(hào)塊26m在橫梁頂面及支架上現(xiàn)澆，其余梁段均采用前支點(diǎn)掛籃懸澆施工工藝，1號(hào)梁段單側(cè)澆筑混凝土290方，標(biāo)準(zhǔn)梁段澆筑混凝土220方，主梁標(biāo)準(zhǔn)梁段三維結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 主梁標(biāo)準(zhǔn)梁段三維結(jié)構(gòu)圖

2 掛籃總體構(gòu)造、設(shè)計(jì)特點(diǎn)及制造要求

2.1 設(shè)計(jì)概要

本掛籃為大型前支點(diǎn)掛籃，設(shè)計(jì)承載混凝土重量754噸。設(shè)計(jì)將其安全與可靠放在首要位置，承載平臺(tái)，牽引系統(tǒng)，錨固系統(tǒng)均給予了充分的安全儲(chǔ)備，同時(shí)設(shè)計(jì)中充分考慮了高空風(fēng)荷載作用下掛籃的整體抗風(fēng)穩(wěn)定性要求。

掛籃設(shè)計(jì)承載平臺(tái)剛度大，并在適當(dāng)位置配置錨桿，以減少箱梁縱橫向變形及“錯(cuò)臺(tái)”量；長大構(gòu)件分段制作滿足運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)拼裝的要求；滿足澆筑、移動(dòng)及調(diào)整等使用功能的要求，適用于主橋主梁8m、6m、4m節(jié)段澆筑。

2.2 總體構(gòu)造

掛籃由承載平臺(tái)、牽引系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、操作平臺(tái)及預(yù)埋系統(tǒng)等組成，掛籃總體結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 掛籃總體構(gòu)造圖

2.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本掛籃懸澆最大節(jié)段長度8m，橋面寬28m，最大懸澆節(jié)段重量大754t，其設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)：

（1）掛籃整體剛度好，滿足了抗傾、抗風(fēng)穩(wěn)定性要求。掛籃的主要組成部分承載平臺(tái)為平面剛結(jié)構(gòu)，構(gòu)造簡單，受力明確，安裝方便。在保證平臺(tái)剛度和強(qiáng)度的前提下，盡量減輕平臺(tái)的質(zhì)量。掛籃結(jié)構(gòu)及部件采用拼裝式，可重復(fù)利用[1]。

（2）模板系統(tǒng)主要由底模、側(cè)模等組成。全部采用大模板結(jié)構(gòu)，提高混凝土外觀質(zhì)量，同時(shí)有效的控制橋形，縮短施工周期。

2.4 制造要求

結(jié)合本橋施工特點(diǎn)，大橋位于山區(qū)鄉(xiāng)村，進(jìn)場(chǎng)條件受限制，且主梁距離地面高度180m，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)只能利用主塔施工起吊設(shè)備塔吊吊裝，單塔起重設(shè)備為一臺(tái)川建C7022、一臺(tái)波坦MC230，最大起重量分別為16t、10t。為確保掛籃能夠順利運(yùn)輸及安裝，在完成掛籃承載平臺(tái)受力分析確定出主縱梁、橫梁以及次縱梁的結(jié)構(gòu)形式后，采取在工廠分段制作的方式，拼裝接頭采用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，分段制作主要考慮為運(yùn)輸?shù)姆奖阋约鞍惭b現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的吊重能力，制作單件重量不超過12t（主縱梁1單件重為12.909t，實(shí)際加工時(shí)預(yù)留接頭現(xiàn)場(chǎng)焊接，單件重最重為11.3t）。

3 掛籃安裝平臺(tái)

為確保掛籃安裝有安全操作施工平臺(tái)，在橫梁兩側(cè)安裝0號(hào)塊施工三角支架，該支架同時(shí)做0號(hào)塊懸臂段混凝土澆筑承重支架。支架主要由型鋼焊接而成，單側(cè)布置10片支架，支架間焊接平聯(lián)及風(fēng)撐，增強(qiáng)支架的整體穩(wěn)定性，支架頂面鋪設(shè)分配梁及花紋鋼板，外側(cè)臨邊位置焊接1.5m高護(hù)欄，形成封閉施工平臺(tái)，不發(fā)生高空落物，確保施工操作平臺(tái)安全可靠。

4 掛籃安裝

4.1 掛籃安裝總體思路確定

常規(guī)前支點(diǎn)掛籃安裝施工方法主要采用：支架拼裝、地面拼裝后整體提升兩種施工方法，本項(xiàng)目受施工條件限制，8號(hào)墩山體原地面無拼裝平臺(tái)，同時(shí)采用整體提升施工，需要在橋面加工大型懸挑支架，拆除頂面0號(hào)塊懸澆施工支架等，綜合以上因素考慮采用支架拼裝施工方案。

根據(jù)掛籃制造單件重量不超過12t以及現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備性能綜合考慮，掛籃安裝時(shí)采用塔吊提升安裝，除主縱梁1單件重量超出波坦MC230起吊范圍，其它單件均可直接起吊，為解決起吊問題，在支架頂面設(shè)計(jì)主縱梁橫移及縱移小車，先利用C7022塔吊將單側(cè)主縱梁1吊至橫移小車上，沿橫橋向移動(dòng)至設(shè)計(jì)軸線上固定，再依次吊裝前橫梁及C7022塔吊側(cè)主縱梁1至縱移小車上，利用10t手拉葫蘆在0號(hào)塊支架頂面將主縱梁與前橫梁組合件整體移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置，最后利用塔吊按照設(shè)計(jì)圖紙依次吊裝掛籃各構(gòu)件，利用高強(qiáng)螺栓連接成整體。主縱梁5受0號(hào)塊懸澆長度及支架長度影響不能安裝，在澆筑0號(hào)塊前將主縱梁5吊裝至支架頂面，待1號(hào)塊澆筑完成掛籃前移4m后再安裝主縱梁5。

4.2 主縱梁1平移、縱移裝置的設(shè)計(jì)

主縱梁1橫向移動(dòng)裝置采用工25工字鋼制作橫移小車，小車底部安裝四臺(tái)由NJ2312M型軸承制作的滾輪，以減小橫向移動(dòng)過程中的摩擦力，小車橫向移動(dòng)過程中由于沒有承重結(jié)構(gòu)，所以在垂直承重三角架方向安裝兩根HN700×300型鋼作為小車橫向移動(dòng)的軌道，小車橫移采用3t手拉葫蘆即可完成，以此即可實(shí)現(xiàn)主縱梁1的橫向移動(dòng)。

主縱梁1的縱向平移待整個(gè)主縱梁1和前橫梁安裝完成后進(jìn)行，縱向移動(dòng)托架采用橫向移動(dòng)軌道的兩根HN700×300型鋼制作，型鋼間設(shè)置平聯(lián)增強(qiáng)縱向移動(dòng)托架的剛度及穩(wěn)定性，縱向移動(dòng)托架底部安裝12臺(tái)由NJ2312M型軸承制作的滾輪以減小移動(dòng)過程中的摩擦力，縱向平移采用4臺(tái)5t的手拉葫蘆完成，以此即可實(shí)現(xiàn)對(duì)主縱梁1的縱向移動(dòng)，從而完成對(duì)主縱梁1的定位。橫向、縱向平移托架的設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 主縱梁1橫移、縱移小車圖

4.3 主縱梁1與前橫梁安裝

主梁0號(hào)塊支架安裝完，焊縫探傷合格預(yù)壓結(jié)束后進(jìn)行掛籃安裝工作。掛籃安裝前測(cè)量放樣主縱梁縱移軌道頂面標(biāo)高以及主縱梁中軸線，在0號(hào)塊支架頂面安裝主縱梁縱移軌道，調(diào)整軌道標(biāo)高處于水平，確保主縱梁前移過程中受力均勻，待準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行主縱梁縱移、橫移小車的安裝，安裝完成后開始進(jìn)行掛籃的吊裝施工。下面以赤石特大橋主7號(hào)墩后退方向側(cè)掛籃安裝為例進(jìn)行說明，其它部位安裝方法基本相同。

主縱梁1與前橫梁安裝施工流程（見圖4）：（1）第1步。檢查塔吊起重設(shè)備確保安全起吊，利用川建C7022塔吊起吊左側(cè)主縱梁1至橫移小車上。（2）第2步。安裝三臺(tái)手拉葫蘆將主縱梁1移動(dòng)至左側(cè)設(shè)計(jì)軸線位置后型鋼焊接固定，與縱移小車固定。其中兩臺(tái)手拉葫蘆向前拖移，一臺(tái)手拉葫蘆做保險(xiǎn)，控制手拉葫蘆移動(dòng)速度。（3）第3步。利用川建C7022塔吊起吊右側(cè)主縱梁1至縱移小車頂面，利用10t千斤頂微調(diào)至設(shè)計(jì)軸線位置，型鋼焊接固定右側(cè)主縱梁1。（4）第4步。塔吊分別起吊前橫梁至安裝位置，吊裝時(shí)從一側(cè)依次安裝到位，安裝時(shí)前橫梁底部支墊鋼管與0號(hào)塊支架固定，待前橫梁安裝完成后測(cè)量檢測(cè)前橫梁、主縱梁1軸線及標(biāo)高是否滿足設(shè)計(jì)要求，不滿足要求利用10t千斤頂進(jìn)行微調(diào)至設(shè)計(jì)位置，焊接主縱梁1與前橫梁連接位置的焊接接頭。（5）第5步。依次拆除前橫梁底部鋼管支撐，將前橫梁、主縱梁1與縱移型鋼進(jìn)行焊接固定形成整體。（6）第6步。在主縱梁縱移托架前安裝4臺(tái)10t手拉葫蘆，后側(cè)安裝2臺(tái)10t手拉葫蘆，進(jìn)行主縱梁、前橫梁整體前移至設(shè)計(jì)位置，利用型鋼將主縱梁、前橫梁與0號(hào)塊支架焊接固定，至此完成主縱梁、前橫梁的安裝工作。

4.4 主縱梁2～4、中橫梁、后橫梁、聯(lián)系梁安裝

主縱梁1與前橫梁移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置固定完成后，利用塔吊依次吊裝主縱梁2→中橫梁（包含次縱梁1安裝）→主縱梁3→后橫梁（包含次縱梁2、3安裝）→主縱梁4→聯(lián)系梁初安裝，具體安裝步驟見圖5，安裝過程中及時(shí)觀測(cè)安裝軸線及標(biāo)高，底部支撐在0號(hào)塊支架頂面固定。

4.5 主縱梁5安裝

根據(jù)主梁懸澆段長度，主縱梁5安裝時(shí)無安裝空間，需要待主梁1號(hào)塊澆筑完成前移后進(jìn)行安裝，為解決主縱梁5安裝問題，在澆筑0號(hào)塊懸臂段前將主縱梁5吊裝置至0號(hào)塊支架上，施工0號(hào)塊懸臂段時(shí)在主縱梁5安裝位置頂口預(yù)留PVC管吊裝孔，待具備安裝條件后利用手拉葫蘆將主縱梁5移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置進(jìn)行安裝連接即可。

5 高強(qiáng)螺栓連接

5.1 高強(qiáng)螺栓安裝

高強(qiáng)螺栓采用M24，等級(jí)10.9S，出廠時(shí)應(yīng)分別隨箱帶有扭矩系數(shù)和緊固軸力（預(yù)拉力）的檢驗(yàn)報(bào)告。進(jìn)場(chǎng)后根據(jù)不同部位，安裝不同型號(hào)高強(qiáng)螺栓。高強(qiáng)螺栓采用0-1000N·m的手動(dòng)扭矩扳手進(jìn)行擰緊，分初擰、終擰、復(fù)擰，根據(jù)高強(qiáng)螺栓的扭矩系數(shù)計(jì)算初擰扭矩為390N·m，終擰扭矩為780N·m，復(fù)擰扭矩等于終擰扭矩，高強(qiáng)螺栓扭緊均在1天內(nèi)完成。高強(qiáng)螺栓擰緊順序?yàn)閺闹虚g向四周進(jìn)行，為了防止漏擰采用石筆作記號(hào)來檢查，并由技術(shù)人員跟蹤檢查。

5.2 高強(qiáng)螺栓連接檢查及防護(hù)

（1）高強(qiáng)螺栓連接終擰結(jié)束后，用0.3～0.5kg的小錘逐個(gè)敲檢，且應(yīng)進(jìn)行扭矩抽檢，欠擰或漏擰者應(yīng)及時(shí)補(bǔ)擰，超擰者應(yīng)予更換。

高強(qiáng)螺栓檢查利用手動(dòng)扭矩扳手將以安裝螺栓的螺母回轉(zhuǎn)30-50度，然后將扭矩扳手上的扭矩值調(diào)為終擰扭矩，看該螺栓再次扭回原位時(shí)是否達(dá)到終擰扭矩值，該扭矩與檢查扭矩的偏差應(yīng)在檢查扭矩的10%以內(nèi)。

（2）螺栓連接完畢后，應(yīng)及時(shí)對(duì)板間、螺栓頭、螺母、墊圈等處用油性膩?zhàn)臃忾]，防止雨水及其他雜物進(jìn)入影響連接板面的受力。

（3）及時(shí)將高強(qiáng)螺栓連接板面全部涂刷防銹漆，防止高強(qiáng)螺栓銹蝕影響強(qiáng)度及受力[2]。

6 掛籃安裝注意事項(xiàng)

掛籃首次安裝精度的控制直接影響后續(xù)懸澆施工時(shí)預(yù)埋件位置及掛索坐標(biāo)，施工過程中需要嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)施工細(xì)節(jié)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）嚴(yán)格控制掛籃行走標(biāo)高，在行走過程中保持一致，確保行走過程中安全，位置準(zhǔn)確。（2）掛籃安裝主要起重設(shè)備為塔吊，安裝前嚴(yán)格檢查設(shè)備完好率，確保安全吊裝。（3）掛籃設(shè)計(jì)加工時(shí)考慮鋼結(jié)構(gòu)變形及加工誤差，在主縱梁與橫梁連接位置設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)焊縫，安裝過程中待結(jié)構(gòu)尺寸滿足設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行焊接連接。（4）掛籃連接部位采用摩擦板、高強(qiáng)螺栓緊固連接，施工過程中嚴(yán)格控制摩擦板連接面的打磨、噴砂處理程序，高強(qiáng)螺栓緊固采用初擰、終擰、復(fù)擰的施工工序，控制連接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。（5）安裝過程中測(cè)量全過程檢查安裝軸線、標(biāo)高，及時(shí)調(diào)整誤差。（6）吊裝過程中檢查吊裝編號(hào)防止出現(xiàn)混裝、錯(cuò)裝現(xiàn)象。

7 結(jié)束語

文章通過對(duì)赤石大橋主7號(hào)墩主梁前支點(diǎn)大噸位牽索式掛籃高空安裝方案的介紹，旨在為類似工程提供施工經(jīng)驗(yàn)。掛籃安裝介紹的主要特點(diǎn)為：在掛籃安裝過程受施工場(chǎng)地限制，無法完成地面整體拼裝后整體起吊施工工藝，且安裝過程中無重大起重設(shè)備時(shí)的施工工藝。赤石特大橋按照以上方案，嚴(yán)格控制了掛籃的安裝質(zhì)量，單幅掛籃安裝周期控制在15d，施工方便快捷，現(xiàn)場(chǎng)投入人力、設(shè)備較少，合理節(jié)約資源。目前赤石特大橋主7號(hào)墩掛籃已安裝完成，主梁0號(hào)塊懸臂段已澆筑完成，即將進(jìn)入掛籃懸澆施工工序，經(jīng)檢測(cè)掛籃安裝質(zhì)量及尺寸滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

參考文獻(xiàn)

[1]劉士林，梁智濤，侯金龍，等.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]余定軍.斜拉橋大型掛籃整體吊裝施工技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2007.

作者簡介：楊金龍（1979-），男，湖北荊門人，工作單位：中交二航局第五工程分公司，職務(wù)：項(xiàng)目總工，研究方向：橋梁施工。