橋梁工程預(yù)制板梁吊裝專項(xiàng)施工方案

賈 磊

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 301700）

預(yù)制梁板的吊裝是橋梁工程施工中比較常見的施工工序，將預(yù)制梁板通過專業(yè)吊裝施工吊運(yùn)到橋墩蓋梁上，再進(jìn)行橋面施工，最終完成整個(gè)橋梁工程。常用的架梁施工方法主要有架橋機(jī)吊裝、2 臺(tái)或多臺(tái)起重機(jī)同時(shí)抬吊和單臺(tái)起重機(jī)吊裝3 種，它們都有自己的特點(diǎn)，適用于不同的工況。

考慮現(xiàn)場施工條件和經(jīng)濟(jì)性，通過比較可得出，采用單臺(tái)起重機(jī)吊裝是最普遍的施工方法?，F(xiàn)以河道工程中跨河橋預(yù)制梁架設(shè)吊裝方案為例，通過對(duì)地基承載受力、抗傾覆能力、吊車各關(guān)鍵受力點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)證單臺(tái)起重機(jī)吊裝施工的可靠性。

1 工程概況

北京市房山區(qū)夾括河治理工程第二標(biāo)段位于房山區(qū)周口店鎮(zhèn)黃山店村及拴馬莊村境內(nèi)，需要架設(shè)預(yù)應(yīng)力空心板梁——拴馬莊1#橋（河道樁號(hào)K9+886），所處河道為東西走向。該橋下部為擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)墩（臺(tái)）結(jié)構(gòu)，橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力空心板梁，預(yù)應(yīng)力空心板梁委托北京東霖水泥制品廠負(fù)責(zé)制作及吊裝就位。表1 為預(yù)應(yīng)力板梁吊裝工程量。

表1 預(yù)應(yīng)力板梁吊裝工程量

2 梁板運(yùn)輸和機(jī)械設(shè)備選用

2.1 主要運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備

（1）半掛重型牽引車

牽引車型號(hào) 華菱 驅(qū)動(dòng)形式 6×4牽引車自重/t 9.05 發(fā)動(dòng)機(jī)功率/kW 336外型尺寸/m 6.651×2.48×3.6 準(zhǔn)牽掛總質(zhì)量/t 35（2）重型平板半掛車掛車型號(hào) 環(huán)達(dá)總質(zhì)量/t 4.9 核定載質(zhì)量/t 60外型尺寸/m 16.1×3.2×1.78

（2）重型平板半掛車

牽引車型號(hào) 華菱 驅(qū)動(dòng)形式 6×4牽引車自重/t 9.05 發(fā)動(dòng)機(jī)功率/kW 336外型尺寸/m 6.651×2.48×3.6 準(zhǔn)牽掛總質(zhì)量/t 35（2）重型平板半掛車掛車型號(hào) 環(huán)達(dá)總質(zhì)量/t 4.9 核定載質(zhì)量/t 60外型尺寸/m 16.1×3.2×1.78

2.2 其他車輛及料具

類別 型號(hào) 數(shù)量備用牽引車 北方奔馳 1 輛工程指揮車 面包車 1 輛吊索具 Φ=48mm L=16m 2 根倒鏈 3t 24 個(gè)

2.3 梁板運(yùn)輸

梁板運(yùn)輸采用單臺(tái)吊車將梁板平穩(wěn)放落在平板車上，吊車提升時(shí)要平穩(wěn)，不能運(yùn)轉(zhuǎn)過猛，梁板在平板車上就位后要固定牢靠，待檢查確認(rèn)后才能運(yùn)走。運(yùn)輸中用方木等作為支撐，梁板要支撐穩(wěn)定，防止產(chǎn)生過大負(fù)彎矩，避免梁板在運(yùn)輸過程中斷裂損壞。運(yùn)輸車輛在轉(zhuǎn)彎、掉頭時(shí)要預(yù)先選好路面平整、滿足回轉(zhuǎn)半徑要求的地段行進(jìn)，遇不平整或較大斜坡路段，能繞行就繞行，必須通過時(shí)應(yīng)預(yù)先修整，防止車輛傾覆。運(yùn)輸時(shí)要特別注意：

（1）梁板的固定點(diǎn)位置應(yīng)與安裝時(shí)的支撐點(diǎn)相同，保證梁板運(yùn)輸時(shí)的受力正確。（2）通過交叉道口時(shí)要安排專人預(yù)先指揮交通，保證交通秩序安全。（3）安排專人護(hù)送運(yùn)輸車隊(duì)，前后都要安排引導(dǎo)車觀測路況和車隊(duì)狀況，避免發(fā)生意外。

3 吊裝機(jī)械設(shè)備的選用

3.1 單機(jī)吊車的選擇

該案例單座橋的吊裝工程量總共8 榀16m 長空心板梁，安裝用時(shí)不會(huì)很長，1 個(gè)工作臺(tái)班完全滿足作業(yè)時(shí)間，故擬選用汽車吊吊裝施工。現(xiàn)有通行道路為既有道路且通行能力較好，橋下停機(jī)面地質(zhì)條件好，不用處理就能滿足汽車吊施工要求。由于作業(yè)半徑較大，為避免吊裝過程中再移動(dòng)吊車位產(chǎn)生二次吊裝，綜合考慮吊裝方法采用較大噸位且起重臂較長的汽車吊單機(jī)吊裝。

3.2 作業(yè)吊車的選擇

經(jīng)比較，用16m 的較重邊梁數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，如果受力滿足，那么中梁也就能滿足受力。

本橋的8 片梁都計(jì)劃用汽車吊單臺(tái)安裝。

（1）計(jì)算起重力Q。

式中：Q—超重力（t）；K—安全系數(shù)；Q1—橋邊板重（t）；Q2—用的索具重（t）。

Q1=28.95t、Q2=2.0t、K 取0.8，則：Q×0.8 ≥28.95t+2.0t，Q ≥38.7t， 即 起 重 力 不 能 小 于38.7t。

（2）計(jì)算起重高H。

式中：H—起重高，吊鉤到停機(jī)面距離（m）；H1—安裝支座表面高，安裝支座表面距離停機(jī)面高（m）；H2—視現(xiàn)場情況定，安裝間隙取0.2～0.3m，這里取H2=0.3m；H3—構(gòu)件起吊后綁扎處距離底面高（m）；H4—索具全高 （m），綁扎處距離吊鉤高 （m），根據(jù)實(shí)際狀況定。

H1=84.862m-81.081m=3.781m，取值3.8m；H2=0.3m；H3=梁高0.8m+吊環(huán)高度0.1m=0.9m；H4=（16m÷2-1m）÷tan45°=7m。則：H ≥3.8m+0.3m+0.9m+7m，H ≥12m，即起重機(jī)的起重高不能小于12m。

（3）計(jì)算起重臂長l。

式中：l—起重臂長（m）；H—起重高（m）；h0—起重臂頂距離吊鉤底面高（m），本處取10m；h—停機(jī)面至起重臂底鉸距離（m），本處取1.5m；α—起重臂仰角一般取60°～77°，本處取60°。

則：l ≥（12m+10m-1.5m）/sin60°=23.67m，選用起重機(jī)的起重臂長度不能小于23.67m。

（4）根據(jù)場地大小、橋梁尺寸、運(yùn)梁車停放位置，實(shí)際汽車吊的工作半徑R=12m，綜合以上3 點(diǎn)考慮和起重機(jī)工作特點(diǎn)，比較吊車性能表，1臺(tái)160t 汽車吊即可滿足施工需求。

3.3 地基承載力驗(yàn)算

施工現(xiàn)場吊裝位置的地質(zhì)為中密-密實(shí)卵石層，為了避免吊裝過程中吊車的各支撐點(diǎn)產(chǎn)生不均勻沉降，需在吊車4 個(gè)支腿下鋪長和寬均不小于2.5m、厚度大于4cm 的方鋼板，分散集中應(yīng)力。

吊裝前用梁板的總重量驗(yàn)算地基承載力，滿足后才能吊裝梁板。驗(yàn)算地基承載力后，對(duì)現(xiàn)場地面要釬探檢測，看實(shí)際承載力是否符合作業(yè)要求。在首片梁板起吊時(shí)，要觀察地基有無異常沉降，若有則立即停止施工并采取措施，使地基達(dá)到承載力的要求，保證安全后再吊裝梁板。

整臺(tái)吊車的重量僅有3 個(gè)支腿支撐（含自重和荷載重量），是汽車吊工作時(shí)最不利情況，即：

式中：Q—汽車吊自重，采用160t 吊車的車體71t，工作時(shí)配重45t，小計(jì)為116t；G—汽車吊最大荷重（額定荷重），最重邊板自重為28.95t，即Q1=28.95t，另加上索具重量Q2＝2.0t，合計(jì)為Q1+Q2=30.95t。

則：F=（116t+30.95t）÷3=48.98t=48 980kg。

汽車吊對(duì)路基的壓強(qiáng)應(yīng)為：

式中：S—支腿著點(diǎn)面積，采用2m×2m 鋼墊板，S=2m×2m=4m2。

則：P支腿=48 980kg÷4m2=12 245kg/m2=122 450Pa=122.45kPa，即160t 汽車吊在工作時(shí)的地基承載力要求是不小于122.45kPa。因?yàn)槠嚨跬C(jī)面所處的地質(zhì)為中密-密實(shí)卵石層，此處地基承載力基本容許值fa0=500kPa，P支腿＜fa0，故滿足吊裝要求。

3.4 索具、卡環(huán)等工具的選擇

根據(jù)吊物選擇吊裝所用鋼絲繩。計(jì)算鋼絲繩要受到多少拉力，根據(jù)拉力選鋼絲繩直徑。確定了起吊重量，鋼絲繩與鉛垂線夾角a 越大，鎖具受拉力值就越大。

（1）計(jì)算板梁的總重量，以計(jì)算較重16m板梁邊板來驗(yàn)算。

16m 梁邊板用C50 混凝土10.7m3，按單位重量2.5t/m3換算。

m=10.7m3×2.5t/m3=26.75t=26 750kg；g=9.8N/kg，為方便計(jì)算取10N/kg。則：G混凝土=26 750kg×10N/kg=267 500N=267.5kN。

16m 空心板梁邊板的鋼絞線、鋼筋重量是：鋼絞線334kg、一級(jí)鋼筋427kg、三級(jí)鋼筋1 438kg。

m=427kg+1 438kg+334kg=2 199kg；g=9.8N/kg，為方便計(jì)算取10N/kg。則：G 鋼=2 199kg×10N/kg=21 990N=21.99kN。

G總=G混凝土+G鋼=267.5kN+21.99kN=289.49kN。

若鋼絲繩受力后保證性能安全可靠，需要使N ≤P安。

式中：N— 每根鋼絲繩索具的受拉力（kN）；G— 梁 板 質(zhì) 量 一 半 的 重 力，267.5kN÷2=133.75kN；n—吊索根數(shù)，取2 根；β—吊索鋼絲繩與板梁水平夾角，β 取45°；K1—吊裝時(shí)動(dòng)載系數(shù)，取1.2。

則：N=1.2×133.75kN÷2×1÷Sin45 °=113.49 kN。

式中：P—鋼絲繩的破斷拉力（kN）；K2—吊索鋼絲繩的安全載重系數(shù)，取4；ΣSi—查鋼絲繩規(guī)格表，對(duì)應(yīng)鋼絲破斷拉力的總和（kN）；Ψ—鋼絲捻制可能是不均勻的，折減安全選擇系數(shù)，如果選6×37 鋼絲繩，Ψ=0.82。

擬選用6×37 鋼絲繩，鋼絲繩直徑43mm，公稱抗拉強(qiáng)度1 870N/mm2。

ΣSi=公稱抗拉強(qiáng)度×鋼絲總斷面積s（mm2）=1 870N/mm2×6×37×π×（2.0mm÷2）2=1 304 200N=1304.2kN。

則：P安= P÷K2=1 069.4kN÷4=267.4kN。

N（113.49kN）

（2）選擇卡環(huán)類型。工作時(shí)最大拉力N=113.49kN，卡環(huán)的允許荷載[FK]=40d2，根據(jù)以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，卡環(huán)擬用17.5 型，在《路橋計(jì)算手冊(cè)》查表d=64mm。則：[FK]=40×（64mm）2=163 840N=163.84kN，163.84kN>最大拉力N（113.49kN）。因此，此次選擇17.5 型卡環(huán)能滿足拉力的要求。

3.5 驗(yàn)算抗傾覆能力

為保證工作狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)定安全，驗(yàn)算抗傾覆能力，計(jì)算穩(wěn)定力矩是否大于傾覆力矩。以16m邊梁為驗(yàn)算對(duì)象，查《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知：

式中：Kg—自重加權(quán)系數(shù)，取1；Kq—起升荷載加權(quán)系數(shù)，取1.15；Kw—風(fēng)動(dòng)載加權(quán)系數(shù)，取1；Mg、Mq、Mw分別為汽車吊自重、起升荷載、風(fēng)動(dòng)荷載對(duì)傾覆邊的力矩（N·m），Mg=Q×a、Mq=G×（R-a）、Mw=W×h合。

圖1為預(yù)制板梁吊裝起重機(jī)工作時(shí)受力示意圖。

圖1 預(yù)制板梁吊裝起重機(jī)工作時(shí)受力示意圖

圖1 中：Q—汽車吊自重，車體71t，工作時(shí)配重45t，小計(jì)為116t；G—起升物重量，單機(jī)作業(yè)，取28.95t；W—風(fēng)動(dòng)載，按起升物重量的20% 考 慮， 即G×0.2=28.95t×0.2=5.79t；a—汽車吊重心至支腳傾覆支點(diǎn)的距離，支腿全伸8.5m，故a 取4.25m；R—汽車吊工作半徑，最大取12m；h合—風(fēng)動(dòng)載合力點(diǎn)高度，h合=H1+H2+H梁÷2=3.8m+0.3m+0.8m÷2=4.5m。

KgMg+KqMq+KwMw=1×Q×a-1.15×G×（R-a）-1×W×h=116 000kg×4.25m-1.15×28 950kg×（12m-4.25m）-1×5 790kg×4.5m=208 928.125N·m ＞0。

故穩(wěn)定性滿足要求。但為了施工安全，仍要注意吊裝作業(yè)當(dāng)天的天氣情況，最好是晴朗天，風(fēng)力在3、4 級(jí)以下，5 級(jí)以上大風(fēng)陰暗天氣影響觀察，不要進(jìn)行吊裝作業(yè)。

4 安全注意事項(xiàng)

（1）吊裝時(shí)要平穩(wěn)安全起落，低速平穩(wěn)運(yùn)行，不能忽快忽慢，防止碰壞板梁的邊角。

（2）吊裝時(shí)要降效20%載荷工作，保持穩(wěn)定安全吊裝，就位須配置牽引繩控制板梁的方向。

（3）施工機(jī)械設(shè)備必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，

5 結(jié)語

使用前必須進(jìn)行全面檢查，保證機(jī)械性能良好，安全防護(hù)裝置齊全、靈敏、有效。

（4）開始時(shí)先試吊，起吊5～10cm 時(shí)要停吊檢查（主要查索具、鋼絲繩、支腿是否牢固等），如果沒有問題再繼續(xù)工作。

（5）施工前檢查各吊索具設(shè)備，符合安全要求才能用，否則立即更換，杜絕使用不安全設(shè)備。

（6）在吊裝作業(yè)范圍內(nèi)，適當(dāng)擴(kuò)大安全范圍，排除其他障礙物，尤其是與現(xiàn)場高壓線保持安全距離。

（7）現(xiàn)場地面要平整結(jié)實(shí)，預(yù)先夯實(shí)松軟土層并給支腿底部鋼板加墊木，必要時(shí)采取換填基礎(chǔ)處理，保證吊裝過程安全。

（8）施工前標(biāo)識(shí)出橋梁中線、墩臺(tái)中線、板梁支承中線和蓋梁端線，用來校核安裝過程的輔助線，同時(shí)標(biāo)識(shí)板梁端的豎向中線和板梁安裝的就位控制線。

（9）預(yù)制板梁安裝就位后，立即安排人員分別對(duì)板梁兩端的位置進(jìn)行質(zhì)量控制和驗(yàn)收，發(fā)現(xiàn)位置偏差立即糾正，位置準(zhǔn)確后再摘鉤吊裝下一片梁。

根據(jù)現(xiàn)場的施工條件和板梁重量，選用1 臺(tái)160t 的汽車吊作業(yè)即可滿足使用。汽車吊站位于橋下端河道內(nèi)，運(yùn)梁車由東向西進(jìn)入施工現(xiàn)場，用吊車將板梁吊起，提升后運(yùn)梁車駛離現(xiàn)場，吊車回轉(zhuǎn)、變幅，到達(dá)位置后將板梁安裝就位。本文從吊裝安全的角度對(duì)吊裝過程的主要受力進(jìn)行測算得出單機(jī)吊裝作業(yè)方案可行，安全有保障。這種廣泛使用的吊裝方法在對(duì)其他物品、構(gòu)件進(jìn)行安全測算時(shí)，只要將所吊重物重量進(jìn)行換算，即可對(duì)吊裝作業(yè)的安全進(jìn)行檢驗(yàn)，測算方便，推廣使用對(duì)工期、成本有利。