鐵路橋鋼橫梁吊裝施工技術要點

劉振偉

摘? 要：鋼橫梁因自身施工特點對吊裝施工工藝、施工技術和施工質(zhì)量要求較高。該文以跨營運韓原鐵路的某鐵路特大橋為例，對鋼橫梁施工前吊裝設備準備、技術方案設計等進行計算闡述，并從吊裝施工的工期安排、試吊、正式吊裝及永久固結框架墩等方面對鋼橫梁吊裝施工技術要點進行探討，保證施工安全、提高施工效率。旨在為類似工程施工提供參考。

關鍵詞：橋梁；鋼橫梁；吊裝施工；施工技術；施工質(zhì)量

中圖分類號：U445? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）05-0164-04

Abstract： Steel crossbeam has higher requirements on hoisting construction technology， construction technology and construction quality because of its own construction characteristics. Taking a railway bridge running across Hanjialing-Taiyuan Railway as an example， this paper calculates and expounds the preparation of hoisting equipment and technical scheme design of steel crossbeam before construction， and discusses the key technical points of hoisting construction of steel crossbeam from the aspects of time limit arrangement， trial hoisting， formal hoisting and permanent consolidation of frame pier， so as to ensure construction safety and improve construction efficiency and provide reference for the construction of similar projects.

Keywords： bridge; steel crossbeam; hoisting construction; construction technology; construction quality

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，在建筑領域，鋼結構梁越來越顯示出其價值。由于其具備成本低、結構性能好、施工速度快和質(zhì)感強度高等優(yōu)點，被廣泛應用于建筑行業(yè)施工，在一定程度上取代了剛性鋼筋混凝土結構。鋼橫梁因自身受力性能良好、剛度大、整體線性流暢美觀、主梁跨度大等特點，被廣泛應用于高架橋梁施工，尤其是大跨度高架橋梁施工[1]。鋼橫梁為整體焊接，吊裝施工對于現(xiàn)場施工工藝、施工技術和施工質(zhì)量方面要求較高，而隨著道路交通流量增加、鋼橫梁應用對象變化以及跨度擴大等因素，致使鋼橫梁跨路施工難度不斷加大，為避免鋼橫梁施工對交通、周圍環(huán)境等造成影響，應嚴格按照施工工藝保證質(zhì)量施工，必須把握施工要點，強化施工的科學技術管理工作[1-2]。

1? 工程概況

本文以某鐵路特大橋施工為例，該橋梁DK23+820—DK24+020段與營業(yè)線韓原鐵路相鄰，線路在DK23+944.45處跨越韓原鐵路（下行線52 km+175 m），韓原線為雙線I級電氣化鐵路， 要求凈高7.96 m，交叉右角171°01′00″。交叉處既有鐵路為路基，填土高5 m左右，兩側有排水溝，采用7～24 m框架墩簡支梁跨越，橫梁跨度為30 m。224～229#墩框架墩，采用Φ=1.25 m鉆孔樁基礎、雙層承臺、墩身墩高13 m，基礎防護采用9 m長拉森Ⅳ鋼板樁防護，框架墩鋼橫梁采用預制吊裝法施工?？蚣芏諜M梁采用鋼結構，224～229#墩橫梁跨度為30 m，橫梁為單箱帶肋截面，224、226～229#墩橫梁箱內(nèi)寬3 200 mm，箱內(nèi)高3 500 mm，225#墩橫梁箱內(nèi)寬4 440 mm，箱內(nèi)高3 500 mm。頂、底板板厚36 mm，腹板板厚28 mm。在支座位置設3道支座橫隔板，支座橫隔板之間設置豎向加勁板，形成“井”字型承壓結構，承受支座反力和更換支座頂落梁反力。

2? 鋼橫梁吊裝施工準備

2.1? 技術方案

本項目鋼橫梁橫斷面尺寸大，且鋼橫梁橋墩處構造復雜，受力集中，焊縫密集，熔透焊縫多，鋼橫梁截面尺寸控制及制造精度是施工的重點及難點。針對鋼橫梁橫斷面尺寸大，采取合理的制作工藝，采用合理的焊接工藝，控制橫斷面尺寸。針對構造復雜，焊縫密集，熔透焊縫較多，制作時采用合理的制作工藝保證焊縫質(zhì)量，并采用焊接變形小和焊接收縮小的焊接工藝，控制制造精度。

鋼橫梁施工主要包括：地基處理、履帶吊組拼、路基板鋪設，吊索具準備、試吊、吊車進入吊裝位置、正式吊裝、吊裝結束及吊車拆解，吊車退場，索具等施工用料回收等。

2.2? 吊機選擇

吊機的選用及參數(shù)。由構件重量表可知，鋼橫梁吊裝重量為276.4 t，考慮1.4的安全系數(shù)，按照387.1 t計算，選用1 000 t履帶吊在超起工況，主臂長78 m，超起半徑25 m，超起重490 t，后配重265 t，中央配重95 t，結合鋼橫梁吊裝設計圖，查吊機性能參數(shù)表可知，在此種工況下履帶吊載荷為441 t，載荷安全系數(shù)為441/276.4=1.6>1.4，滿足規(guī)范要求。

2.3? 吊具選擇

1）吊裝采用Φ96×17 m鋼絲繩。在鋼橫梁中，225#比其他鋼橫梁重53 t，所以鋼絲繩的受力載荷以最重鋼橫梁225#為例說明。

225#鋼橫梁吊裝采用6根鋼絲繩六點起吊，按極限工況四點受力計算，鋼絲繩起重重量為276.4 t，則單根鋼絲繩吊點位置處所受重力G=276.4/6=46.1 t；鋼橫梁吊裝施工時，風力等級在6級及以上強風時暫停施工，此處取6級風力（13.8 m/s）作為計算依據(jù)，鋼橫梁截面積A=96 m2，預估風壓WP=0.625 V2=0.119 kN/m2，鋼橫梁風荷載G1=WP×A=11.43 kN。則自重與風荷載產(chǎn)生的合力為G合=385.0 kN；鋼絲繩最大工作靜拉力：S=G合/sin60°=444.5 kN；鋼絲繩最小直徑：d=C=95.8 mm，其中工作級別系數(shù)C=0.144。根據(jù)計算，選擇96 mm直徑鋼絲繩作為吊裝鋼絲繩。

2）鋼絲繩驗算。F=n×S=4 445 kN，鋼絲繩選擇96 mm直徑、6×91 N類鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩結構為6×127SWSNS+IWR，破斷拉力：F0=5 640 kN>4 445 kN，即破斷拉力滿足要求。按照六點計算起吊時沖擊276.4/6×1.1=50.673合5 067 kN<5 640 kN滿足吊裝要求。

3）鋼絲繩長度計算。根據(jù)建模計算鋼橫梁重心點，選用鋼絲繩長度分別為4根17 m。

2.4? 吊耳選擇及布置

吊耳設在墩頂橫隔板中心線位置，（224#，226～229#）鋼橫梁每片梁共設置4個吊耳，225#鋼橫梁設置6個吊耳，材質(zhì)為Q345qE，和梁體采用熔透焊縫連接，吊耳設計在中隔板和加勁肋的交界位置。吊點受力分析：整座鋼橫梁采用4個吊點，鋼繩與梁體夾角按照60°考慮（上下蓋板作為安全儲備，不參與計算）?？紤]沖擊系數(shù)和超載系數(shù)，則G=276.4×1.25（沖擊系數(shù)）×1.05（超載系數(shù)）=362.8 t，吊耳按4個吊點受力進行計算，拉力取值為P=10G/sin60°/3=1 396.4 kN。

焊縫計算不考慮加勁板連接焊縫，將其作為安全儲備。吊耳板長按照60 cm、寬度按照3.55 cm進行驗算，焊腳按照hf=1.6 cm，則焊縫高度取hf=16 mm；由鋼號Q345查得焊縫強度fw=200 MPa；受荷載垂直焊縫方向N1=1 396.4 kN，lW=600-2×16=568 mm；由于承受靜力荷載或間接動力荷載βf=1.22，對直接承受動力載荷的結構βf=1.0。垂直焊縫方向應力計算為109.8 N/mm2≤1.22×200=244 MPa；綜合應力計算為74.76 N/mm2≤200 MPa，故焊縫滿足設計要求。

2.5? 承載力計算

場地不均勻沉降易造成設備傾覆，存在安全風險，施工中嚴格按照路基填筑工藝進行組織，層層碾壓、檢測，并報監(jiān)理工程師驗收。

1）吊裝及走行場地承載力檢算，1 000 t履帶起重機履帶輪跡范圍鋪設路基板。1 000 t履帶起重機吊裝框架墩鋼橫梁時的地基承載力計算如下。履帶寬度1.83 m、長度12.37 m，每個履帶下鋪墊5塊路基箱，規(guī)格為長3 m×寬6 m×厚0.25 m；1 000 t履帶起重機吊裝工況下對地面的荷載為G=G1+G2+G3=811+490+283.8=1 584.8 t，式中：G1為吊車自重（含主機配重265 t、中央配重95 t、500 t型吊鉤7.4 t等）G1=811 t，G2為超起配重G2=490 t，G3為鋼橫梁重量+墊石+吊具（最重梁段）G3=283.8 t（含墊石、吊籃等附屬）。

2）受力面積。按鋪墊在履帶下面的路基箱面積計算為Ac=2abc=3×6×5×2=180 m2，式中：a為墊板寬度a=3 m，b為墊板長度b=6 m，c為路基箱數(shù)量c=5個。

3）承載力：f=N/Ac，（1 584.8×9.8）/180=86.29 kPa。

結論：驗算鋼橫梁吊裝時履帶吊站位區(qū)域地基承載力為不小于87 kPa，履帶吊走行區(qū)域地基承載力為不小于40 kPa，經(jīng)現(xiàn)場地基處理后承載力檢測試驗最低為260 kPa，安全系數(shù)分別為2.99、6.5。

2.6? 地基處理

1）鋼橫梁吊裝時履帶吊站位區(qū)域地基承載力要求。鋼橫梁吊裝時，吊車自重、超起配重和鋼橫梁重量總和為1 584.8 t。根據(jù)檢算結果顯示，鋼橫梁吊裝時的履帶吊站位區(qū)場地承載力必須達到87 kPa，平整度小于等于5‰，才能滿足鋼橫梁吊裝工作的要求。

2）履帶吊走行區(qū)域地基承載力要求。履帶吊從上一吊裝區(qū)走行至下一吊裝區(qū)及履帶吊拼裝站位區(qū)均屬于履帶吊走行區(qū)域。履帶吊走行時不帶超起配重，總重量為725 t。根據(jù)檢算結果顯示，履帶吊走行區(qū)域地承載力必須達到40 kPa，平整度小于等于5‰，才能滿足履帶吊走行工作的要求。

3）地基處理措施。現(xiàn)場韓原鐵路場地為施工便道，原地面地基承載力及平整度良好，經(jīng)過地基承載力試驗顯示，原地面地基承載力最低為260 kPa，大于吊裝站位區(qū)及履帶吊走行區(qū)域要求的地基承載力：87 kPa和40 kPa，滿足吊裝作業(yè)要求?；谝陨锨闆r。地基處理措施如下：①在原地面基礎上進行分層填筑碾壓，其地基承載力為260 kPa。②鋼橫梁吊裝時的履帶吊站位區(qū)域采用25 cm路基箱+30 cmC30混凝土。③履帶吊行走區(qū)域采用25 cm路基箱。

3? 鋼橫梁吊裝技術要求

3.1? 吊裝準備

跨韓原鐵路鋼橫梁吊裝施工，先吊裝224#鋼橫梁，再依次吊裝225#、226#、227#、228#、229#鋼橫梁。吊機進場順序：配重首先從便道進場至指定區(qū)域，主機構件隨后進場，最后是主臂構件進場。主臂組裝由南向北進行，組裝區(qū)域位于遠離營業(yè)線側。對框架墩柱進行復測，包含高程、里程、偏距等是否滿足設計及規(guī)范要求，如偏差較大，則需采取相應措施保證鋼橫梁的安裝精度。

3.2? 鋼橫梁吊裝安排

鋼梁吊裝前需要利用框架墩施工點完成框架墩復測、臨時支座安裝、臨時操作平臺安裝等準備工作。鋼橫梁吊裝作業(yè)程序，見表1。

3.3? 試吊

吊機組裝完成后，利用224#鋼橫梁進行同條件模擬吊裝演練，演練的目的主要是對吊裝作業(yè)指揮系統(tǒng)、地基承載力、吊機性能和索具等進行測試，并且試吊持荷時間不小于30 min，以確保正式吊裝時安全質(zhì)量。

試吊過程嚴格模擬正式吊裝程序，指揮人員、吊裝班組、焊接班組、測量班組、防護班組按照指定位置就位，通信設備、防護用品確保暢通、性能良好。詳細記錄模擬掛卸扣、起吊、旋轉、落梁、拆卸扣的時間，為正式吊裝做好充分準備。

試吊程序：指揮人員下達試吊命令→吊裝班組安裝卸扣拴掛鋼絲繩→指揮人員下達起吊命令→吊裝班組按命令起吊，將鋼橫梁提升至1 m高度→到位后吊機大臂向遠離營業(yè)線側旋轉5 m→向指揮人員匯報已旋轉到位可落梁→指揮人員下達落梁命令→吊機反向旋轉5 m落梁→落梁至拼裝臺座→技術人員檢查，并向指揮人員匯報檢查情況→焊接班組模擬焊接→指揮人員下達拆卸扣命令→吊裝班組拆卸扣→大臂旋轉至初始狀態(tài)→總結分析。

試吊完成后設備制作單位確認鋼橫梁整體結構是否完好，確認鋼橫梁整體變形量是否符合要求，具備正式吊裝條件；吊裝單位確認鋼橫梁實際吊裝重量，檢驗起重機載荷性能，觀察地基承載力狀況及鋼絲繩、卡環(huán)、卸扣、吊耳受力狀況，并做好相關記錄，一切無異常，則準備第二天正式吊裝。

3.4? 鋼橫梁吊裝

為節(jié)約點內(nèi)時間，保證鋼橫梁吊裝落位時長，需在每一個天窗點，提前將履帶吊走行至吊裝占位區(qū)域，安裝好超起配重，并在鋼橫梁上安裝索具，等待給點轉臂、掛鉤、提梁。以224#鋼橫梁為例，吊裝過程簡單描述如下。

1）準備：1 000 t履帶吊走行至吊裝站位區(qū)域，然后拴掛吊裝索具及纜風繩，擺放超起配重。

2）防護：對吊車的機械性能、鋼絲繩、吊耳、卸扣和卡環(huán)等起重配件、材料進行再次檢查，經(jīng)確認均處于良好狀態(tài)后，將鋼橫梁提升至距地面距離約200 mm后停止，確認鋼橫梁吊裝處于水平狀態(tài)，吊車以均勻的提升速度將鋼桁梁提升至指定高度，并調(diào)整至指定半徑待指揮人員下達旋轉命令。

3）吊車旋轉，防護人員就位，指揮人員下達轉臂命令后，吊車（連同鋼橫梁）旋轉大臂至框架墩上方，轉臂過程中通過2組人員牽拉纜風繩保證鋼箱梁角度不變，避免自由旋轉，直至鋼箱梁到達就位位置。

4）鋼橫梁粗調(diào)定位：施工人員通過纜風繩調(diào)整鋼箱梁就位角度（吊裝時設2組纜風繩，鋼箱梁就位之前，通過人工牽拉設置在韓原鐵路上行線側的第一組及第二組纜風繩，保證鋼箱梁相對履帶吊臂桿位置不變，準確就位時通過牽拉4組纜風繩實現(xiàn)鋼箱梁角度轉換），達到就位要求。

5）鋼橫梁精確定位：在吊梁之前提前在鋼橫梁端部及兩側焊好限位塊（焊限位擋塊之前需確定墩柱是否有偏差，根據(jù)偏差大小，調(diào)整限位塊的尺寸），在落梁時，限位塊盡可能地靠近墩頂外包鋼板，在梁和墩柱頂剛接觸或距離小于5 mm時，此時如發(fā)現(xiàn)梁未到達指定位置，可在調(diào)整位置焊一個反力裝置，用千斤頂來實現(xiàn)微調(diào)（每個墩柱配2個25 t，1個50 t千斤頂）。

6）就位：為保證吊裝安全，鋼橫梁角度調(diào)整好之前，始終保持鋼橫梁與就位墩柱之間留有1 m的安全距離，吊圍欄中的作業(yè)人員全部蹲下，禁止站立，并且佩戴安全帶及安全帽，將安全帶系于操作平臺牛腿上，找準鋼橫梁就位角度后，起重機回鉤將鋼橫梁放置于支座上，施工人員方可站立進行固定鋼橫梁，然后1 000 t起重機緩慢落鉤，專人檢查支撐受力是否滿足要求，墩梁連接部位進行臨時焊接，焊接良好，無問題后主吊車回鉤，準備摘除索具。

3.5? 永久固結框架墩

1）墩梁連接部位焊接，鋼橫梁與框架墩連接按鄰近營業(yè)線B類施工進行墩梁連接部位焊接。墩柱外包鋼板與鋼橫梁底板焊接：采用雙面熔透焊。焊接完成后進行無損檢測。

2）墩梁連接部采用鋼筋混凝土施工，墩梁連接后澆C50補償收縮混凝土，澆筑混凝土前將臨時支撐墊石表面鑿毛處理，并用M50灌漿料填充密實。后澆混凝土必須連續(xù)澆筑一次成型，在澆筑過程中應隨機取樣制作混凝土強度、彈性模量試件，試件應隨主體在同條件下振動成型，施工試件隨主體養(yǎng)護，按28 d標準試件標準養(yǎng)護辦理。墩梁連接部混凝土澆筑完成后，將鋼橫梁頂板預留孔洞用同規(guī)格鋼板熔透焊接封死。待墩梁連接部位混凝土強度和彈模達到設計值100%，且齡期不小于14 d后，方可架梁。

4? 結束語

為確保鋼橫梁吊裝施工安全以及施工質(zhì)量，必須依照復雜工況及施工環(huán)境采取有效的技術措施，尤其是做好吊裝前合理吊具論證選擇，制定合理有效的現(xiàn)場吊裝工期安排及流程，控制有效施工時間，通過吊裝試驗對吊裝施工合理性進行充分驗證，并加強現(xiàn)場焊接施工、預拼裝施工等施工管控和效率跟進。除此之外，要做好對周圍環(huán)境、營運線路的施工封鎖和防護工作，建立有效的安全生產(chǎn)管理組織方案。

參考文獻：

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