吊裝懸拼法在強(qiáng)風(fēng)沙大溫差大跨托管鋼橋中的應(yīng)用

莊緒飛

(中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300162)

1 方案選定

大直徑供水管道跨越既有主干渠，當(dāng)主干渠不具備頂管施工時，往往采用專用托管橋跨越干渠。干渠河道斷面往往比較大，托管橋跨度要求高，考慮到經(jīng)濟(jì)性、安全性及后期維護(hù)性，托管橋往往設(shè)計(jì)成鋼箱梁。鋼箱梁施工方法有落地式碗扣或盤扣支架拼接法、鋼管樁柱支撐體系組成的支墩法拼裝、吊車整體吊裝等。支架上拼接法一般用在地勢平坦且開闊地帶，墩柱高度較低且原狀地基較好的工況下。鋼管樁+鋼管柱支撐體系組成的支墩上拼接鋼箱梁往往用在河道或軟土地基不易搭設(shè)支架工況但地基處理成本高的情況，占地面積大。該工程托管橋主墩位于主干渠河道兩側(cè)坡腳處，邊跨又位于既有公路上，支架和支墩拼裝鋼箱梁施工方法都受限，結(jié)合實(shí)際及施工安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性最終選定0#塊鋼梁采用在現(xiàn)場主墩下拼裝成整體后雙機(jī)抬吊，其他號塊工廠預(yù)制成型，部分號塊3塊現(xiàn)場焊接為1塊后整體吊裝，跨中號塊采用吊車與橋機(jī)懸拼組合的施工方法。

2 托管鋼橋施工

2.1 鋼橋結(jié)構(gòu)形式及吊裝方案概述

一般鋼箱梁采取工廠橋段制造和工廠板單元現(xiàn)場拼接，現(xiàn)場橋段整體吊裝的施工方式。為保證鋼橋在施工中保持更好的線形及穩(wěn)定性，加快施工進(jìn)度，在施工現(xiàn)場場地條件允許及吊裝機(jī)械滿足要求的情況下盡可能將橋段合并焊接為整體后再吊裝上橋懸拼為整體。底板上下緣弧線在一個橋段內(nèi)按實(shí)際線型處理，不得按直線處理。

由于橋體中間跨內(nèi)河岸上不允許承載汽車吊進(jìn)行吊裝作業(yè)，因此1#、2#橋墩之間的中間跨橋段吊裝，汽車吊只能站在橋墩處附近吊裝，吊裝幅度達(dá)75 m，吊距太遠(yuǎn)，目前當(dāng)?shù)睾茈y找到滿足此類吊裝要求的汽車吊，所以考慮采用汽車吊和橋面吊機(jī)配合，進(jìn)行橋體橋段懸拼安裝。

根據(jù)上述情況制定吊裝方案：橋梁兩側(cè)80 m邊跨0-1、2-3工作面可以滿足汽車吊工作要求，因此用2臺汽車吊抬吊先行安裝，橋體分段在滿足運(yùn)輸和吊裝限制的情況下盡可能采用大塊件。橋梁中間跨橋段采用32 t橋面吊機(jī)吊裝，橋面吊機(jī)自重小于15 t，橋面吊機(jī)吊裝橋段重量小于25 t，長度約6 m。具體現(xiàn)場吊裝施工步驟如圖1所示。

2.2 S0段吊裝

一般鋼橋0#高度在7 m以上，無法滿足公路運(yùn)輸要求，所以利用260 t汽車吊配合MH10 t電動葫蘆門式起重機(jī)在橋墩附近現(xiàn)場制作S0橋段，對于橋體線型利用現(xiàn)場布置的胎架保證。對于能夠運(yùn)輸?shù)陌鍐卧?，盡量在工廠內(nèi)制作加工成型。對于不能夠運(yùn)輸?shù)陌鍐卧?，工廠需要按板單元外形尺寸進(jìn)行預(yù)拼并記錄外形尺寸，再拆解后運(yùn)輸至現(xiàn)場?，F(xiàn)場拼裝恢復(fù)外形尺寸后再進(jìn)行焊接。橋段現(xiàn)場制作焊接嚴(yán)格執(zhí)行廠內(nèi)制作焊接工藝。

根據(jù)鋼橋0#塊重量大小及吊車起吊性能表選用合適吊裝設(shè)備，該工程選用2臺QAY260型汽車起重機(jī)進(jìn)行雙機(jī)抬吊，在橋墩和胎架上安裝S0橋段主梁。S0橋段是上部結(jié)構(gòu)主梁施工中的關(guān)鍵步驟之一，吊裝重量較大，應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。同時，為保證后續(xù)懸臂施工的進(jìn)行，需對S0橋段與橋墩進(jìn)行臨時固結(jié)。在1#、2#墩處用鋼管立柱形成臨時支撐墩，橋墩與臨時支墩間的剛性連接采用鋼管焊接而成。

0#塊吊裝避開大風(fēng)沙時段，風(fēng)速超過6級暫不吊裝，安裝完畢后要設(shè)置臨時加固措施。為防止大溫差導(dǎo)致焊縫傷害及0#塊填充混凝土收縮較大，要確保0#塊底板填充配重混凝土在一天氣溫最低時進(jìn)行一次性澆筑，在強(qiáng)風(fēng)沙大溫差環(huán)境下要采用微膨脹纖維混凝土，防止產(chǎn)生不均勻溫差裂縫。

2.3 S0段的吊裝用吊索鋼絲繩驗(yàn)算

鋼橋S0段往往是橋段中最重的，若同樣型號吊機(jī)和同樣型號吊索鋼絲繩吊裝S0段滿足要求，其余橋段的吊裝用的吊索同S0段吊裝用的吊索鋼絲繩也會同樣滿足要求。施工前要對吊索鋼絲繩進(jìn)行安全驗(yàn)算。

S0段吊裝重量為135 t，兩端各需要一根長14 m的鋼絲繩，每根鋼絲繩上為33.75 t。選用《鋼絲繩通用技術(shù)條件》GB/T 20118—2017標(biāo)準(zhǔn)中直徑62 mm的抗拉強(qiáng)度為1 960 MPa的纖維繩芯的鋼絲繩，最小破斷力為2 490 kN。

根據(jù)公式[FG]=AFG/K，其中,[FG]為鋼絲繩的允許拉力,kN；FG為鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和，kN；A為換算系數(shù)，換算系數(shù)取0.82；K為鋼絲繩的安全系數(shù)，鋼絲繩的安全系數(shù)為6。鋼絲繩的允許拉力為[FG]=A×FG/K=0.82×249/6=34.03 t>33.75 t，滿足吊裝要求。

S0段的吊裝選用2臺QAY260型汽車起重機(jī)進(jìn)行雙機(jī)抬吊。QAY260型汽車起重機(jī)出桿35 m、回轉(zhuǎn)半徑為9 m、起重量為72 t,兩臺起重機(jī)的吊裝總重量為144 t，滿足最大吊重135 t的要求。

2.4 邊跨其余橋段的吊裝

除中跨部分橋段位于河道上方不能采用吊裝直接吊裝拼接，其余橋段吊裝按照施工步驟(見圖1)進(jìn)行吊裝。S1～S3段至S12～S10段吊裝也選用選用2臺QAY260型汽車起重機(jī)進(jìn)行雙機(jī)抬吊。

為了防止安裝時橋體失穩(wěn)，在邊跨提前安裝3 000×3 500支護(hù)胎架。安裝時支護(hù)胎架上承重梁與橋體隔板位置對應(yīng)，高度以現(xiàn)場支護(hù)胎架基礎(chǔ)與橋體安裝線型實(shí)際距離為準(zhǔn)，胎架承重梁與橋體安裝線形之間預(yù)留20 mm間隙，以便就位時用千斤頂進(jìn)行微調(diào)。

利用2臺260 t汽車吊在S0橋段兩側(cè)安裝邊跨S1～S3、S4～S6橋段和中間跨的S1～S3橋段。為了防止橋體失穩(wěn)，先安裝邊跨，再安裝中間跨。橋段調(diào)整到位后,先將臨時聯(lián)結(jié)件緊固，并點(diǎn)焊聯(lián)結(jié)，檢測橋體線型，滿足線性監(jiān)測值后方可按照焊接工藝施焊。利用2臺260 t汽車吊安裝邊跨后續(xù)S7～S12橋段，直至邊跨合攏。

2.5 采用橋面龍門吊安裝跨中號塊

采用龍門吊吊裝的吊裝段為S4段、S5段、S6段、S7段、S8段、S9段、S10段、S13段，最大吊裝重量為20 t。吊裝選用一臺ZTC800E653汽車起重機(jī)，出桿34 m、回轉(zhuǎn)半徑為9 m、起重量為29 t,滿足最大吊裝重量為20 t的要求。

現(xiàn)有已安裝完畢橋體的S0橋段上安裝32 t橋面吊機(jī)軌道及橋面吊機(jī)，由于工程位于強(qiáng)風(fēng)沙大溫差環(huán)境，橋面吊機(jī)停止作業(yè)時必須停在S0段處，并將大車與橋體錨固，小車也通過吊鉤與橋體錨固。橋面吊機(jī)大車運(yùn)行時，吊機(jī)小車必須停在吊機(jī)跨中。未防止大溫差焊接導(dǎo)致橋梁鋼板變形，所有焊接作業(yè)都要在最低溫度的凌晨2點(diǎn)左右完成。在風(fēng)速大于6級時停止吊裝上橋及橋面吊機(jī)行走。大風(fēng)天氣焊接作業(yè)要設(shè)置防護(hù)棚。

32 t橋面吊機(jī)整機(jī)自重小于15 t。為了保證安全、提高效率，確定在地面整體安裝調(diào)試合格后整體吊裝到S0橋段已安裝好的軌道上。拆除時也整體吊下，在地面拆解。

橋面吊機(jī)軌道中心與橋梁腹板中心重合，軌道中心距3 480 mm，軌道采用p38軌道，間隔1 000 mm將軌道壓板斷焊固定于橋體上蓋板上，軌道端部按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定焊接車檔和紅外線限位。隨著軌道的延伸，車檔和紅外線限位相應(yīng)拆除移位。拆除時將焊點(diǎn)打磨平整，不得損傷橋體母材。

利用80 t汽車吊將中跨橋段S4～S13依次吊運(yùn)放置到S0橋段上，用32 t橋面吊機(jī)將該橋段吊運(yùn)到吊機(jī)跨內(nèi)并放置到吊機(jī)下橫梁上，以便降低吊機(jī)重心。此時放松吊機(jī)鋼絲繩，只起到防止橋段位移和傾覆作用。注意橋面吊機(jī)起吊作業(yè)時必須與橋體錨固防止傾覆。橋面吊機(jī)運(yùn)行過程中必須用鎖具將橋段與吊機(jī)固定，防止橋段滑移發(fā)生危險(xiǎn)。吊機(jī)拉運(yùn)橋段沿軌道運(yùn)行至安裝位置并重新與橋體錨固。

3 托管鋼橋安裝過程監(jiān)測

3.1 應(yīng)力監(jiān)測目的

根據(jù)托管鋼橋構(gòu)造和強(qiáng)風(fēng)沙大溫差工況下大跨托管鋼橋中懸臂拼裝的施工特點(diǎn),在整個施工過程中大橋?qū)⒔?jīng)歷一個從懸臂到成橋、從靜定到超靜定的體系轉(zhuǎn)換過程。隨著懸臂梁段長度的不斷增加，橋墩、懸臂梁變形也會逐漸增大。為確保成橋狀態(tài)下滿足設(shè)計(jì)要求，需要對每個節(jié)段設(shè)置相應(yīng)的預(yù)拱度。應(yīng)力是截面強(qiáng)度的具體體現(xiàn)，隨時監(jiān)測應(yīng)力變化，確保其在設(shè)計(jì)可控的范圍內(nèi)，是保證大橋成橋后安全營運(yùn)的基礎(chǔ)。鋼橋安裝過程通過高程、應(yīng)力、溫差監(jiān)測，可確保成橋線形、標(biāo)高，滿足使用要求。

3.2 監(jiān)控內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)度提供0#塊及后續(xù)其他號塊安裝標(biāo)高；主梁施工時提供主梁前端定位標(biāo)高；施工過程中橋墩變形情況；若干施工階段下各控制截面的應(yīng)力或應(yīng)變；成橋狀態(tài)各控制截面的應(yīng)力、標(biāo)高；施工過程監(jiān)控仿真計(jì)算。

3.3 監(jiān)控精度

主梁線形符合設(shè)計(jì)要求；梁段長度誤差±10 mm；梁高、梁寬、頂板厚度、腹板厚度、腹板間距0～10 mm；小里程方向與大里程方向鋼箱梁主梁對稱點(diǎn)高程差20 mm；主梁各施工控制節(jié)段標(biāo)高誤差 mm；主梁橫橋向各對稱點(diǎn)標(biāo)高誤差4 mm；合龍段兩側(cè)梁段允許高差±5 mm；主梁的中心線偏差±10 mm；成橋豎向線形誤差(10 ℃設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度)±30 mm。

3.4 施工監(jiān)控

鋼箱梁連續(xù)梁橋監(jiān)控重點(diǎn)在于上部結(jié)構(gòu)懸臂施工過程中的節(jié)段安裝標(biāo)高設(shè)置、截面應(yīng)力監(jiān)測，以及合龍段施工和橋面線形調(diào)整。

安裝標(biāo)高是確保成橋線形的關(guān)鍵，也是施工監(jiān)控的重點(diǎn)。因此要做好高程測量點(diǎn)的布置和保護(hù)，焊接后的變形與理論計(jì)算值偏差達(dá)到預(yù)警值時要及時糾偏，橋面上不得額外堆放材料。對高程測量數(shù)據(jù)，首先要認(rèn)真分析，找出誤差原因，必要時給予修正。

截面應(yīng)力是監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)安全的保證。這就要求監(jiān)控人員在每個節(jié)段鋼箱梁起吊前、安裝匹配后、焊接后及時測量應(yīng)力值，并與理論分析值進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有超范圍數(shù)據(jù)時，必須停止施工及時分析原因，如確實(shí)是截面應(yīng)力超限，應(yīng)立即上報(bào)，并啟動“施工控制中異常情況處理流程”。

托管橋由于其跨度大(主跨150 m)，為控制橋梁線形，需要采取合理的措施進(jìn)行控制。在強(qiáng)風(fēng)沙大溫差天氣施工鋼橋，合龍溫度是連續(xù)梁橋的重要技術(shù)參數(shù)，盡可能在設(shè)計(jì)規(guī)定的合龍溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。對截面應(yīng)力，受到自重、溫度、焊接應(yīng)力、焊接變形等因素的影響，實(shí)測數(shù)據(jù)中包含測試其應(yīng)力增量值。該增量值與理論計(jì)算值有較好的可比性，從而可以判斷結(jié)構(gòu)的安全性。箱梁節(jié)段理論高程往往與實(shí)測值存在差異，在分析造成差異的原因外，通過適當(dāng)途徑進(jìn)行修正。托管橋施工監(jiān)控在焊接完成后，立即測量應(yīng)力狀況，分析處理數(shù)據(jù)后及時提供下一節(jié)段安裝標(biāo)高。檢測應(yīng)力應(yīng)變高程出現(xiàn)異常時立即停止現(xiàn)場施工，分析原因，按照既定預(yù)案進(jìn)行糾偏，滿足允許偏差后方可繼續(xù)施工。

4 托管鋼橋施工特點(diǎn)及應(yīng)用前景

與其他鋼橋類似施工方法相比，托管鋼橋采用的是大噸位大高度0#塊現(xiàn)場地面拼裝焊接成整體后雙機(jī)抬吊，小噸位短橋段的三塊拼接為一塊后雙機(jī)抬吊焊接成型，跨中采用橋面吊與地面吊組合吊裝法。地面吊將橋段吊至橋上0#塊，橋面吊將橋面運(yùn)至跨中相應(yīng)部位后懸臂吊裝焊接成整體，最終先邊跨后中跨合攏。該施工方法占用橋下部分場地，但吊車使用率高，具有鋼材用量少、施工速度快、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。而且橋下0#塊及其他號段支撐臺架可周轉(zhuǎn)循環(huán)再利用，大大降低了施工成本。雙機(jī)抬吊和橋面吊懸臂拼裝均可做到糾偏容易，保證橋面線形美觀的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于強(qiáng)風(fēng)沙大溫差大跨托管鋼橋施工。

目前，我國大截面河道上上跨輸水管道施工中廣泛設(shè)計(jì)拖管鋼橋，當(dāng)托管橋跨度較大，且跨中位于河道上方時，往往邊跨采用吊裝懸拼法，中跨采用地面吊配合橋面吊懸臂拼裝法施工，其施工方便性及經(jīng)濟(jì)性十分明顯。該施工方法不僅成功完成了強(qiáng)風(fēng)沙大溫差復(fù)雜工況下的吊裝、焊接、配重混凝土澆筑等施工，還節(jié)省了成本，加快了速度。大力推廣吊裝懸拼施工方法，在未來鋼橋施工中將發(fā)揮巨大經(jīng)濟(jì)和社會效益。

某省近期二步供水工程跨干渠托管橋順利施工完成，吊裝懸拼法較好解決了鋼橋施工質(zhì)量要求高、線形控制精度要求高等施工難度，滿足吊裝焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、安全性、穩(wěn)定性。該施工方法具有安全可靠、施工成本較低、施工速度快、部分材料可周轉(zhuǎn)利用等優(yōu)點(diǎn)。