復(fù)雜海域橋梁小半徑鋼箱梁吊裝施工技術(shù)研究

張仰巖ZHANG Yang-yan

（中鐵十五局集團(tuán)第二工程有限公司，上海 201713）

1 工程概況

杭甬復(fù)線濱?；ネㄔO(shè)計(jì)A-H共計(jì)8條匝道，最小曲線半徑160m，最大縱坡3.82%、橫坡6%?；ネ▍^(qū)匝道橋梁均采用鋼-混凝土組合梁。組合梁為槽口型結(jié)構(gòu)，頂板寬0.6m、0.8m，底板寬2.1m、2.6m和3.1m，鋼梁高有1.2m（20m跨徑）、1.4m（25～31m跨徑）、1.7m（40m、42m跨徑）、1.9m（45m跨徑）和2.1m（50m跨徑）。每個(gè)組合梁均為單室截面，鋼箱之間采用工字型鋼橫梁聯(lián)系，橫梁與鋼梁內(nèi)橫隔板對(duì)應(yīng)設(shè)置。因匝道橋多為小半徑曲率段且縱橫坡度較大，使得小半徑鋼箱梁在吊裝時(shí)所產(chǎn)生的偏心力不但增加了作業(yè)難度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，匝道較大的縱坡和橫坡也對(duì)梁體臨時(shí)穩(wěn)固措施及施工工藝提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。同時(shí)該施工區(qū)域位于近海海域施，周邊環(huán)境復(fù)雜多變，進(jìn)一步增加了施工作業(yè)難度及安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 小半徑鋼箱梁吊裝方案

本項(xiàng)目多為匝道曲率段，且每聯(lián)橫坡也各不相同，一旦吊裝過(guò)程中定位出現(xiàn)偏差，箱體結(jié)構(gòu)及橫梁對(duì)接將出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤，對(duì)施工造成困難。因此必須對(duì)梁體吊裝機(jī)械設(shè)備及工藝工序進(jìn)行認(rèn)真規(guī)劃。

本項(xiàng)目采用履帶吊進(jìn)行抬吊的主要有拼寬橋全部聯(lián)次、A匝道、D匝道、F匝道部分聯(lián)次和G匝道所有聯(lián)次，其中拼寬橋、A匝道第10聯(lián)，F(xiàn)匝道第6聯(lián)，需在中間設(shè)立支架，其余梁段均為運(yùn)輸至橋址位置后整跨直接吊裝。A匝道第8聯(lián)A19-A20、第9聯(lián)A22～A23號(hào)墩、F匝道第7聯(lián)F20～F21號(hào)墩鋼梁用架橋機(jī)架設(shè)，其余全部為履帶吊吊裝，吊裝順序根據(jù)橋勢(shì)走向由低向高進(jìn)行吊裝。本篇主要對(duì)匝道梁體跨度最大，半徑最小，吊裝最為困難的A匝道第A10聯(lián)為例對(duì)梁體吊裝及安裝工藝進(jìn)行描述。

本工程A匝道第10聯(lián)為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，單片梁重63.5t，跨徑為50m，通過(guò)設(shè)計(jì)臨時(shí)支架分段吊裝。考慮構(gòu)件的運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的安裝，本跨構(gòu)件在加工廠進(jìn)行分段加工，每根構(gòu)件分兩段運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)在安裝對(duì)接位置立設(shè)臨時(shí)支撐。臨時(shí)支撐由混凝土基礎(chǔ)、鋼立柱和聯(lián)系桿件以及上部的分配梁和調(diào)節(jié)段組成。基礎(chǔ)尺寸為4m×3.5m×0.5m，選用C30混凝土，鋼立柱選用Φ426×8鋼管（材質(zhì)Q235B），縱橋向間距2m，橫橋向間距2.5m，斜撐和橫撐都采用雙拼[16#槽鋼（材質(zhì)Q235B），斜撐和橫撐沿主肢高度方向按照每2m設(shè)置一道。

分配梁焊接在立柱頂上，分配梁為雙拼H型鋼，規(guī)格為HN400×200×8×13。分配梁上焊接有調(diào)節(jié)段，通過(guò)精確切割調(diào)節(jié)段的長(zhǎng)度來(lái)控制臨時(shí)支撐的最終標(biāo)高，調(diào)節(jié)段采用HW200×200×8×12熱軋H型鋼（材質(zhì)Q235B）。詳見(jiàn)圖1。

圖1 臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)示意圖

該梁吊裝時(shí)采用兩臺(tái)150t履帶吊進(jìn)行抬吊作業(yè)。

3 吊裝設(shè)備受力計(jì)算

3.1 吊機(jī)選型計(jì)算

經(jīng)過(guò)分析，該棧橋最大可上150t履帶吊，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件最遠(yuǎn)構(gòu)件離棧橋水平距離為13.5m，最近構(gòu)件離棧橋水平距離為8.5m；最重梁段為63.5t，吊裝時(shí)采用兩臺(tái)150t履帶吊進(jìn)行抬吊作業(yè)，考慮到D匝道橋的高度會(huì)影響吊機(jī)臂桿的角度，經(jīng)放樣知，吊機(jī)需采用42m長(zhǎng)壁桿，臂幅達(dá)14m才能跨過(guò)D匝道橋到達(dá)吊點(diǎn)位置。

經(jīng)放樣知，吊車中心至最遠(yuǎn)構(gòu)件吊裝回轉(zhuǎn)半徑為14m，根據(jù)《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ33-2012）要求：履帶吊采用雙機(jī)抬吊作業(yè)時(shí)，兩臺(tái)吊機(jī)起重性能應(yīng)接近，必須安排專職信號(hào)工進(jìn)行統(tǒng)一指揮，兩臺(tái)吊機(jī)所承擔(dān)的荷載應(yīng)大致相等，起吊動(dòng)作步幅應(yīng)協(xié)調(diào)，起吊重量不得超過(guò)兩臺(tái)起重機(jī)在該工況下允許起重總和的75%，單機(jī)的起吊荷載不得超過(guò)允許荷載的80%，在吊裝過(guò)程中，兩臺(tái)起重機(jī)的吊鉤滑輪組應(yīng)保持垂直狀態(tài)。

150t履帶吊14m回轉(zhuǎn)半徑，大臂為42m時(shí)起吊重量為48.9t，根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定[1]：采用雙機(jī)抬吊作業(yè)時(shí)，起吊重量不得超過(guò)兩臺(tái)起重機(jī)在該工況下允許起重量綜合的75%，則此時(shí)起重量為（48.9+48.9）*75%=73.4t，根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定：?jiǎn)螜C(jī)的起重荷載不得超過(guò)允許荷載的80%，則可知：48.9*0.8=39.1t，構(gòu)件為水平起吊，兩端吊裝一樣，則為63.5/2=31.8t，雙機(jī)吊起重載荷為73.4t＞構(gòu)件重量63.5t，單機(jī)吊起重荷載39.1t＞31.8t，綜上所述，此吊機(jī)選型滿足規(guī)范吊裝要求。詳見(jiàn)圖2。

圖2 履帶吊吊裝示意圖

3.2 吊裝鋼絲繩受力計(jì)算

抬吊時(shí)兩端各設(shè)兩個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)采用單股鋼絲繩，并確保鋼絲繩豎直受力。根據(jù)有關(guān)規(guī)定[2]，吊車的動(dòng)力系數(shù)取1.1，鋼梁最大吊裝重量按63.5t計(jì)算，則每根鋼絲繩的最大受力Pmax為：

Pmax=1.1×63.5/4=17.46t

選用鋼絲繩時(shí)，安全載重系數(shù)取6，鋼絲繩破斷拉力F需滿足：

F≥6×Pmax=6×17.46×9.8=1027kN

鋼絲繩根據(jù)有關(guān)規(guī)定[3]，選用6×36類鋼絲繩（纖維芯），鋼絲繩公稱直徑50mm，鋼絲繩級(jí)1870。鋼絲繩最小破斷拉力為：

F=1490kN＞1027kN，滿足節(jié)段吊裝的使用要求。

3.3 吊耳受力計(jì)算

臨時(shí)吊耳采用倒T型設(shè)計(jì)，吊耳底板為300×338mm鋼板，板厚30mm，通過(guò)6枚M22螺栓（10.9s級(jí)）和鋼梁頂板連接；耳板厚30mm，吊點(diǎn)處為半徑147mm圓弧板，中間開(kāi)半徑45mm吊孔；耳板和底板之間采用全熔透連接，并設(shè)加勁肋加固。

圖3 吊耳設(shè)計(jì)圖

單個(gè)吊耳所受最大荷載Pmax=17.46t，活荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.5，吊耳的設(shè)計(jì)荷載N為：

N=1.5×17.46×9.8=256.6kN

3.3.1耳板驗(yàn)算

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，耳板孔凈截面處的抗拉強(qiáng)度σ按如下公式驗(yàn)算：

式中，t為耳板厚度，此處，t=30mm；

b為連接耳板兩側(cè)邊緣與吊孔邊緣凈距，此處，b=147-45=102mm；

d0為吊孔直徑，此處，d0=90mm；

f為抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，16～40mmQ355D鋼板抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為295MPa。

計(jì)算得到b1=76mm。

耳板孔凈截面處的抗拉強(qiáng)度σ：

耳板受力滿足要求。

3.3.2 焊縫驗(yàn)算

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，T形連接中，垂直與軸心拉力的對(duì)接焊縫，強(qiáng)度σ按下式計(jì)算：

式中，lw為焊縫長(zhǎng)度，此處，lw=294mm；

he為焊縫計(jì)算厚度，此處取耳板同厚，he=30mm；

耳板和底板的焊縫強(qiáng)度σ為：

焊縫受力滿足要求。

4 鋼箱梁安裝主要工藝控制

4.1 鋼箱梁臨時(shí)固定措施

每個(gè)匝道橋在吊裝鋼箱梁時(shí)，由于其半徑較小，梁體偏心力較大，并且匝道縱向坡度和橫向坡度較大，上述原因影響可能會(huì)發(fā)生傾覆落梁，因此必須采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制。

在鋼箱梁就位后，可借助鋼梁防震擋塊作為輔助防落梁裝置，可以防止因橫坡較大造成的梁體橫向位移，同時(shí)采用在梁體兩端設(shè)置臨時(shí)支撐措施，防止因縱坡造成梁體滑移。（圖4）

圖4 梁體臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)圖

4.2 梁體安裝工藝

梁段吊裝完成后，對(duì)梁段標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)完成工地連接（簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)換為連續(xù)）。填充墩頂及橫梁位置混凝土，綁扎橋面板鋼筋。連續(xù)梁三連跨，先澆筑跨中橋面板混凝土，后澆筑支點(diǎn)混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度95%且不小于10天，按施工流程回落中支點(diǎn)，梁體落在永久支座上，支座錨固螺栓灌漿。連續(xù)梁四連跨，先不澆筑第2跨與第3跨之間的柱墩左右各10m范圍橋面板混凝土，其他梁跨橋面全部澆筑完成，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度95%后，按施工流程回落第2跨與第3跨之間的柱墩頂支點(diǎn)，然后澆筑此墩左右各10m范圍橋面板混凝土。最后回落梁體落在永久支座上，支座錨固螺栓灌漿。

4.3 梁體焊接工藝

根據(jù)不同焊接方法（埋弧自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊和手工焊）及不同焊接位置（平焊、立焊和橫焊），焊工須進(jìn)行相應(yīng)考試，合格后方能上崗作業(yè)，焊接工作應(yīng)在培訓(xùn)及認(rèn)定范圍內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)焊工間隔6個(gè)月后重新進(jìn)行該工作，需重新對(duì)其培訓(xùn)及考核。

定位焊應(yīng)選用E5015焊條或焊絲進(jìn)行，焊接前需對(duì)焊件的外形尺寸、焊件間隙、焊件部位整潔度進(jìn)行檢查，若不符合焊件定位條件則需不得進(jìn)行定位焊件。點(diǎn)焊高度不宜超過(guò)設(shè)計(jì)焊縫厚度的一半，點(diǎn)焊長(zhǎng)度宜為50～100mm，點(diǎn)焊間距宜為400～600mm，應(yīng)填滿弧坑。如發(fā)現(xiàn)點(diǎn)焊上有氣孔或裂紋，必須清除干凈后重焊，焊角尺寸不得大于設(shè)計(jì)焊角尺寸的1/2。

5 施工注意事項(xiàng)

①雙機(jī)聯(lián)合吊裝時(shí)保證兩臺(tái)吊車所受合力不應(yīng)超過(guò)每臺(tái)吊車單獨(dú)起升時(shí)的額定載荷80%?，F(xiàn)場(chǎng)指揮人員應(yīng)全面管理起重機(jī)的聯(lián)合作業(yè)，操作人員應(yīng)服從指揮人員進(jìn)行操作。其他監(jiān)護(hù)人員應(yīng)把實(shí)時(shí)情況反饋給指揮人員，嚴(yán)禁其他監(jiān)護(hù)人員指揮。

②項(xiàng)目部必須對(duì)高空作業(yè)人員進(jìn)行必要的安全培訓(xùn)，提高其高空作業(yè)安全意識(shí)，對(duì)作業(yè)人員出具紙面安全技術(shù)交底并簽字歸檔，讓施工人員認(rèn)識(shí)到高空作業(yè)潛在風(fēng)險(xiǎn)以及防范要點(diǎn)[4]。

③加強(qiáng)施工區(qū)域氣象信息接收工作，惡劣氣候來(lái)臨前對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備設(shè)施、材料等進(jìn)行全面檢查，對(duì)于不能撤離轉(zhuǎn)移的機(jī)械設(shè)備，要立即檢查加固。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)小半徑鋼箱梁吊裝機(jī)械設(shè)備的選擇、吊裝工藝工序、鋼箱梁焊接工藝、梁體臨時(shí)穩(wěn)固措施等方面進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃和嚴(yán)格把控，不但保證了梁體吊裝的安全性，而且也滿足了鋼箱梁的安裝精度及線性控制要求。同時(shí)也避免了復(fù)雜多變的氣候環(huán)境對(duì)施工的影響，加快了施工進(jìn)度，提高了機(jī)械設(shè)備的使用率，降低了施工措施費(fèi)用。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，上述舉措在小半徑鋼箱梁吊裝施工中取得很好的效果，也為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。