大跨度槽型組合梁施工技術(shù)研究

黃德財(cái)HUANG De-cai

（中鐵十二局集團(tuán)城市發(fā)展建設(shè)有限公司，蘇州 215000）

0 引言

目前我國(guó)高速公路建設(shè)正處于蓬勃發(fā)展的時(shí)期，與此同時(shí)也促進(jìn)了我國(guó)橋梁建設(shè)水平的飛躍提升。當(dāng)公路線(xiàn)路上跨既有交通道路時(shí)主要有三種橋型，一是連續(xù)梁橋，該橋型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單受力明確，采用懸臂法施工時(shí)對(duì)下方交通影響較小，但施工工期長(zhǎng)同時(shí)存在較大的安全隱患，同時(shí)梁體結(jié)構(gòu)高度大對(duì)下方通行凈空產(chǎn)生一定影響；二是現(xiàn)澆梁，該橋型適用于曲線(xiàn)半徑較小坡度較大的橋梁，受力及后期維護(hù)較為簡(jiǎn)單，但橋梁施工時(shí)需采用滿(mǎn)堂支架法施工，對(duì)周邊交通影響很大；三是槽型組合梁，該橋型適用于交通水運(yùn)繁忙但凈空要求較高的區(qū)域，施工周期短影響范圍小，但槽型組合梁制作工藝較為復(fù)雜，對(duì)技術(shù)水平要求較高，而且梁體在安裝過(guò)程中存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。在蘇臺(tái)高速公路南潯至桐鄉(xiāng)段（二期）洲泉高架橋槽型組合梁施工中，由于該槽型梁跨度較大，不但加工制作難度大，而且梁體較重，使得梁體施工難度很大，為此項(xiàng)目部對(duì)該槽型組合梁加工過(guò)程中的各項(xiàng)工序進(jìn)行嚴(yán)格把控，同時(shí)對(duì)梁體吊裝施工進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算。通過(guò)一系列措施，不但安全順利地完成了該槽型組合梁施工，而且成形后的梁體質(zhì)量及線(xiàn)性也滿(mǎn)足相關(guān)要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，該大跨度槽型組合梁施工所涉及的相關(guān)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得很好的效果。

1 工程概況

蘇臺(tái)高速公路南潯至桐鄉(xiāng)段及桐鄉(xiāng)至德清聯(lián)絡(luò)線(xiàn)（二期）TJ05 標(biāo)段起訖樁號(hào)為聯(lián)絡(luò)線(xiàn)LK9+340～LK19+494.543段，包含洲泉高架二號(hào)橋（2185m）、洲泉互通、洲泉高架三號(hào)橋、洲泉服務(wù)區(qū)、屠家浜橋、新市樞紐的土建工程等內(nèi)容。路線(xiàn)長(zhǎng)10.155km，其中路基長(zhǎng)1.199km，橋梁共22 座，圓管涵12 道，箱涵8 道。聯(lián)絡(luò)線(xiàn)采用雙向六車(chē)道，設(shè)計(jì)速度100km/h，路基寬度33.5m。主要工程內(nèi)容為：路基、路面、橋梁、涵洞、安全設(shè)施及預(yù)埋管線(xiàn)（僅含預(yù)埋管線(xiàn)，不含安全設(shè)施等）、道路沿線(xiàn)綠化（不含房建綠化和環(huán)境保護(hù)設(shè)施）及相關(guān)臨時(shí)工程等。

其中洲泉高架二號(hào)橋LK9+960～LK10+020 段采用60m 槽型組合梁上跨河流，該橋面寬度33m，左右幅均為15.25m，中央隔離帶寬度1.5m，每幅由3 片槽型梁組合而成，梁面設(shè)置10cm 瀝青混凝土。（圖1）

圖1 洲泉高架二號(hào)橋上部結(jié)構(gòu)斷面圖

2 槽型梁總體施工方案

首先根據(jù)橋址施工環(huán)境、運(yùn)輸條件、鋼混組合梁結(jié)構(gòu)形式，對(duì)鋼混組合梁進(jìn)行合理的縱向分段、橫向分塊；然后將鋼混組合梁采用在工廠內(nèi)分段、分塊整體匹配拼裝加工成型，經(jīng)驗(yàn)收合格后采用平板車(chē)運(yùn)輸至項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)；鋼梁運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后根據(jù)梁底線(xiàn)形，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置二次拼裝區(qū)，把廠內(nèi)分段分塊拼裝成整段；最后采用大噸位吊機(jī)雙機(jī)抬吊，把鋼混組合梁節(jié)段整體吊裝砼蓋梁上就位。

每聯(lián)橫向（即橋?qū)捪颍┑跹b順序：從道路中心線(xiàn)向兩邊吊裝鋼混組合梁節(jié)段，梁體全部安裝完畢后進(jìn)行焊縫檢測(cè)和涂裝施工。

3 主要施工工藝

3.1 鋼梁加工制作流程（圖2）

圖2 槽型梁加工制作流程圖

3.2 鋼梁加工制作

鋼混組合梁，廠內(nèi)縱向共分為3 段，（按底板劃分）分別為A 段20.9m、B 段18.2m、C 段20.9m，橫向分為3 個(gè)箱室。采用CAD 電腦軟件對(duì)鋼桁架各構(gòu)件進(jìn)行精確放樣，放樣時(shí)按工藝要求預(yù)留制作和安裝焊接收縮補(bǔ)償量、加工余量及線(xiàn)形調(diào)整量。各單元件切割完成后進(jìn)行組拼，組裝前先檢查組裝用零件的編號(hào)、材質(zhì)、尺寸、數(shù)量和加工精度等是否符合圖紙和工藝要求，確認(rèn)后才能進(jìn)行裝配。

鋼梁采用船型焊接，在單元件專(zhuān)用焊接反變形胎架上進(jìn)行焊接，焊接時(shí)板塊須在船形位置進(jìn)行焊接，以保證肋板與頂板的焊縫熔深得到較好的效果。底板及腹板的肋板在整體拼裝胎架上采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊焊接。制作過(guò)程中要在平臺(tái)上根據(jù)工藝要求嚴(yán)格檢測(cè)板單元的縱、橫撓度、橋面板不平度，并進(jìn)行矯正，矯正合格后進(jìn)行編號(hào)標(biāo)識(shí)。（圖3）

圖3 槽型梁?jiǎn)卧?chǎng)內(nèi)制作示意圖

圖4 槽型梁運(yùn)輸示意圖

圖5 槽型梁吊裝流程圖

3.3 鋼混組合梁運(yùn)輸

根據(jù)組合梁分段尺寸及重量，選擇重型低平板掛車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸，梁段制作完成后采用兩臺(tái)75t 龍門(mén)吊裝車(chē)。鋼混組合梁節(jié)段吊運(yùn)到運(yùn)輸車(chē)上后，采用葫蘆捆綁將鋼混組合梁節(jié)段與運(yùn)梁車(chē)的平板上固定，防止其倒傾、滑移造成事故。

裝車(chē)時(shí)，應(yīng)設(shè)統(tǒng)一的起重指揮和專(zhuān)人安全監(jiān)護(hù)，作業(yè)人員在起重指揮的統(tǒng)一指揮下，嚴(yán)格遵照方案要求進(jìn)行裝車(chē)、綁扎作業(yè)。構(gòu)件應(yīng)均衡、穩(wěn)定、合理地分布在載貨平臺(tái)上，不超載、偏載、不集重、偏重；能夠經(jīng)受運(yùn)輸過(guò)程中所產(chǎn)生各種力的作用，不發(fā)生移動(dòng)、滾動(dòng)、傾覆、倒塌或墜落等情況。構(gòu)件重心要與承運(yùn)車(chē)輛或船舶的承載重心相吻合，遇到無(wú)法吻合的，其偏差應(yīng)控制在車(chē)輛的許可范圍內(nèi)。在吊裝時(shí)，應(yīng)在鋼絲繩綁扎處做包角（用半圓鋼管內(nèi)夾角鋼）以防止鋼絲繩刻斷。

由于車(chē)板為高低板，需要在車(chē)板后端固定臨時(shí)支架一個(gè)（尺寸為2500*800*700mm），以便于梁段放置。沿梁段長(zhǎng)度方向，在構(gòu)件的前，中，后，兩側(cè)分別焊接3 根角鋼或者H 型鋼將鋼梁與車(chē)板焊接，以防止貨物向兩側(cè)傾倒。最后通過(guò)手拉葫蘆加鋼絲繩將鋼梁的前部、中部、后部捆綁在車(chē)板上，已達(dá)到最終固定的目的。

3.4 槽型梁吊裝施工

槽型梁采用400t 吊車(chē)雙機(jī)抬吊，吊裝順序?yàn)橹鹂走M(jìn)行，由內(nèi)往外依次吊裝施工，400t 吊車(chē)最大重量104.7t，單機(jī)承受52.35t；旋轉(zhuǎn)半徑16m，臂長(zhǎng)20.7m，額定起重量75*0.8=60＞52.35t，滿(mǎn)足吊裝要求。吊裝作業(yè)時(shí)應(yīng)由專(zhuān)人統(tǒng)一指揮，嚴(yán)格按照上述試吊步驟進(jìn)行，并做好吊裝記錄。同時(shí)要全面檢查各種繩索如起重索、吊索等是否完好，汽車(chē)吊運(yùn)行狀態(tài)是否良好，履帶吊是否安全可靠，指揮通訊是否暢通。雙機(jī)抬吊時(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總和的75%，在吊裝過(guò)程中起重機(jī)的吊鉤滑輪組應(yīng)保持垂直狀態(tài)。

4 槽型梁吊裝受力計(jì)算

4.1 吊耳驗(yàn)算

槽型梁最重起重量為104.7 噸；按3 點(diǎn)受力時(shí)不利工況驗(yàn)算，則單個(gè)吊耳最大受力：104.7/3=34.9 噸；所有梁段吊耳結(jié)構(gòu)形式一致，鋼混組合梁吊裝吊點(diǎn)采用焊接吊耳，吊耳同鋼橋采用Q355 鋼材，厚度為30mm，并在吊耳兩側(cè)增加12mm 的圓環(huán)板。吊點(diǎn)布置在鋼混組合梁合梁腹板與隔板交叉處，吊耳與鋼混組合梁合梁頂板采用坡口熔透角焊縫，焊接完成后對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

吊耳示意圖，見(jiàn)圖6。

圖6 吊耳示意圖

吊耳的強(qiáng)度驗(yàn)算：

①吊耳的允許負(fù)荷按下式計(jì)算：

P=cD/n

式中：P——吊耳的允許負(fù)荷；

D——起重量；

c——不均勻受力系數(shù)，c=1.5；

n——同時(shí)受力的吊耳數(shù)；

按照吊耳承受最大重量進(jìn)行計(jì)算，則D=1047kN；

吊裝采用4 個(gè)吊耳，考慮3 點(diǎn)受力時(shí)的不利工況，則n=3；

不均勻系數(shù)c=1.5

P=1.5×1047/3=523.5kN；

②吊耳（吊耳孔洞位置）強(qiáng)度計(jì)算按下式驗(yàn)算：

式中：

Fmin——垂直于P 力方向的最小截面積（吊耳孔洞位置）；

Amin——平行于P 力方向的最小截面積（吊耳孔洞位置）；

σs——材料的屈服點(diǎn)應(yīng)力；

[σ]——材料的容許正應(yīng)力；

[τ]——材料的容許切應(yīng)力；

k——安全系數(shù)，k=2～3；

R——吊耳載荷值；

斜拉按60°考慮，吊耳載荷值R=523.5/sin60°=604.5kN；

吊耳的鋼材為Q355，厚度為30mm，則σs=355N/mm2；

安全系數(shù)取k=2；

則[σ]=355/2=177.5N/mm2；

凈截面正壓力的計(jì)算：

抗剪承載力的計(jì)算：

綜上所述，此規(guī)格吊耳能滿(mǎn)足該梁的吊裝施工。

4.2 鋼絲繩安全驗(yàn)算

本工程梁段吊裝分為二拼單機(jī)吊和雙機(jī)抬吊整體吊裝，保證鋼絲繩最小吊裝角度α=60°夾角。

根據(jù)梁段吊裝重量表，整體吊裝階段（4 吊點(diǎn)），400T汽車(chē)吊抬吊，設(shè)置4 吊點(diǎn)吊裝分塊最重為104.7T，取1.2倍荷載分項(xiàng)系數(shù)，取吊索最小吊裝角度α=60°夾角進(jìn)行整體吊裝，每個(gè)吊點(diǎn)設(shè)置2 根鋼絲繩，則單根鋼絲繩拉力為：

N=1.2*104.7/4/sin60°*10=362.69kN

統(tǒng)一吊裝鋼絲繩規(guī)格，同一起重機(jī)械選取單個(gè)吊耳受力最大梁段來(lái)計(jì)算選取吊裝使用的鋼絲繩規(guī)格型號(hào)。

鋼絲繩的安全載重系數(shù)按照重型起重設(shè)備選取，K=6；

鋼絲繩安全載重G=6×362.69=2176.15kN

查《鋼絲繩通用技術(shù)條件》GB20118-2017 表A.2，選用φ44mm-6*37、公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度選用1770MPa，鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩最小破斷拉力F=1140*2=2280kN＞2175kN，所選吊裝鋼絲繩的受力滿(mǎn)足要求！

5 安全質(zhì)量保障措施

①鋼混組合梁出廠時(shí)按圖紙要求保證分鋼混組合梁的幾何尺寸和焊接坡口。坡口處理后還應(yīng)貼密封紙保持清潔，坡口表面及焊縫兩側(cè)50mm 內(nèi)不允許存在影響焊接的雜質(zhì)。

②焊接接頭兩端板厚不同時(shí)，應(yīng)按厚板確定預(yù)熱溫度；焊接接頭材質(zhì)不同時(shí)，按強(qiáng)度高、碳當(dāng)量高的鋼材確定預(yù)熱溫度。

③起吊構(gòu)件時(shí)，吊索要保持垂直，不得超出起重機(jī)回轉(zhuǎn)半徑斜向拖拉，以免超負(fù)荷和鋼絲繩滑脫或拉斷繩索而使起重機(jī)失穩(wěn)。起吊重型構(gòu)件時(shí)應(yīng)設(shè)牽拉繩。

④構(gòu)件吊裝就位，應(yīng)經(jīng)初校和臨時(shí)固定或連接可靠后始可卸鉤，最后固定后方可拆除臨時(shí)固定工具。高寬比很大的單個(gè)構(gòu)件，未經(jīng)臨時(shí)或最后固定組成一穩(wěn)定單元體系前，應(yīng)設(shè)溜繩或斜撐拉（撐）固。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)蘇臺(tái)高速公路洲泉高架二號(hào)橋槽型組合梁加工過(guò)程中的各項(xiàng)工序進(jìn)行嚴(yán)格把控，同時(shí)對(duì)梁體吊裝施工進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算等一系列措施，不但安全順利地完成了該槽型組合梁施工，而且成形后的梁體質(zhì)量及線(xiàn)性也滿(mǎn)足相關(guān)要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，該高速公路大跨度槽型組合梁施工所涉及的相關(guān)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得很好的效果，也為后續(xù)類(lèi)似施工提供了借鑒和參考。