無背索斜拉橋吊裝施工技術(shù)研究

摘 要：無背索斜拉橋吊裝施工技術(shù)作為一種新型技術(shù)，在應(yīng)用過程中具有施工效率高、成本低的優(yōu)勢(shì)，適合混凝土和鋼箱混合橋梁結(jié)構(gòu)施工。以海南省環(huán)島旅游公路龍滾河大橋施工為例，在研究該橋梁施工情況后，制定無背索斜拉橋吊裝施工技術(shù)方案，并針對(duì)技術(shù)的施工要點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)，旨在總結(jié)和推廣無背索斜拉橋吊裝施工技術(shù)，提高施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：無背索；斜拉橋；吊裝施工技術(shù)；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-6903（2024）09-0009-03

1 工程概況

海南省環(huán)島旅游公路龍滾河大橋位于海南省萬寧市，是海南省環(huán)島旅游公路控制性工程之一，橋梁長(zhǎng)度206.48 m。該橋采用（30+30+80+2×30） m無背索斜拉橋+預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，主橋?yàn)榭臻g雙索面無背索斜拉橋，主塔橫向呈“拱形”結(jié)構(gòu)，采用墩塔梁固結(jié)體系，向上至塔頂向小樁號(hào)側(cè)傾斜30°，豎直投影高55.0 m，斜高約63.5 m。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土π型梁；主塔采用鋼箱+混凝土結(jié)構(gòu)，下塔柱及橋面以上4.85 m 范圍為混凝土，其余為鋼箱，內(nèi)填鐵砂壓重混凝土。本橋斜拉索共8對(duì)預(yù)制成品索，采用空間雙索面豎琴形布置。

該橋梁為無背索形式，其具有吊裝機(jī)械簡(jiǎn)單、空間大、施工工期等特點(diǎn)，所以本工程施工過程中，根據(jù)具體特點(diǎn)明確施工技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)該工程中無背索斜拉橋吊裝施工技術(shù)要點(diǎn)和質(zhì)量控制措施進(jìn)行全面分析，為后續(xù)的技術(shù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2 無背索斜拉橋吊裝施工技術(shù)

2.1 箱梁和塔柱吊裝件選用

箱梁和塔柱是工程中應(yīng)用非常重要的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)質(zhì)量直接關(guān)系到工程質(zhì)量，因此在無背索斜拉橋吊裝施工技術(shù)應(yīng)用過程中，應(yīng)注重箱梁和吊裝件的選用。兩種結(jié)構(gòu)的選用需要遵循安全、應(yīng)用便利的原則。

安全性原則是指兩種結(jié)構(gòu)應(yīng)用必須保證自身安全系數(shù)符合工程施工安全要求，防止施工應(yīng)用后出現(xiàn)安全事故，造成不良的安全影響。例如，吊裝件必須在起吊后保持始終保持平穩(wěn)，防止出現(xiàn)脫落以及偏吊情況。

應(yīng)用便利性原則具體是指在箱梁和塔柱吊裝選型之時(shí)，必須選擇應(yīng)用比較方便的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，繼而使整個(gè)施工環(huán)節(jié)更加簡(jiǎn)單與方便，提升施工技術(shù)管理效果。

在本工程中，選擇箱梁和塔柱吊裝件就按照以上兩項(xiàng)原則完成結(jié)構(gòu)和零件選用，鋼梁和塔柱吊裝選用統(tǒng)計(jì)表如表1所示。除了選用箱梁制造和安裝選型表時(shí)，必須要按照施工要求準(zhǔn)備相應(yīng)的設(shè)備，其中主要包括汽車起重機(jī)、運(yùn)輸車型、CO2氣保焊機(jī)、高壓無氣噴涂機(jī)、千斤頂、超聲波探傷儀器等。在選型時(shí)，要求根據(jù)工程施工要求選擇不同型號(hào)。按照施工要求，選擇XCMG500型的汽車起重機(jī)。運(yùn)輸車型則選擇為歐曼/奔馳。為確保整個(gè)工程施工良好，要求在施工過程中，采用NB500型號(hào)的CO2氣保焊機(jī)。整個(gè)工程中，節(jié)點(diǎn)吊裝、鋼塔節(jié)段運(yùn)輸、橋位防腐以及焊縫檢測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)需要使用上述設(shè)備，按照具體工藝完成設(shè)備選型，確保設(shè)備選型符合實(shí)際需求，繼而也可提升設(shè)備選型工作效率。

2.2 臨時(shí)支墩承載力校核

2.2.1 主橋臨時(shí)支墩基本情況和校核

臨時(shí)支墩主要承受梁段的自重荷載，考慮臨時(shí)支墩的穩(wěn)定性，臨時(shí)支墩為采用螺旋管為立柱，雙拼工字鋼為橫梁，槽鋼為橫撐及斜撐的雙排格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)。立柱鋼管采用螺旋焊接管，直徑為 426 mm，壁厚為10 mm。結(jié)構(gòu)每組12根，為4.2 m（橫 橋向）×3 m（順橋向），臨時(shí)支墩高度為2 m。采用 14b槽鋼作為鋼管之間的橫、縱向連接以及斜撐連接，采用焊接螺旋管的連接方式。

為展開對(duì)臨時(shí)支墩承載力的校核，本次研究設(shè)計(jì)應(yīng)用midas Civi軟件進(jìn)行有限元分析。在分析之前利用軟件建立支墩的有限元模型，并在有限元模型下分析自重荷載和施工荷載，最后設(shè)計(jì)構(gòu)件的應(yīng)力。通過有限元分析發(fā)現(xiàn)，在主墩承載力的組成中，鋼管立柱、工字橫鋼梁的應(yīng)力分別為54 MPa和75 MPa，而剛才設(shè)計(jì)強(qiáng)度為145 MPa，所以代表應(yīng)力符合要求。有限元分析發(fā)現(xiàn)，鋼管立柱在承載后的變形最大值為0.8 mm、經(jīng)過對(duì)比驗(yàn)算也符合標(biāo)準(zhǔn)化要求。

經(jīng)有限元分析計(jì)算，工字鋼橫梁的變形最大值為1.96 mm，用工字鋼橫梁最大變形值減去支點(diǎn)鋼柱的最大變形值0.8 mm，最終得到梁結(jié)構(gòu)組合最大變形為1.16 mm，該數(shù)值經(jīng)對(duì)比在要求范圍之內(nèi)。

2.2.2 索塔臨時(shí)支墩校核

索塔臨時(shí)支墩校核也是校核的重要組成部分。臨時(shí)支墩主要承受主塔自重產(chǎn)生的豎向及橫向荷載，其采用雙排格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)（考慮臨時(shí)支墩的穩(wěn)定 性）。立柱鋼管采用螺旋焊接管，直徑為 426 mm，壁厚為10 mm，結(jié)構(gòu)為3.85 m（橫橋向）×3 m。（順橋向）每組共計(jì)26根鋼管立柱及4根鋼管斜 撐，臨時(shí)支墩最高2.94 m。主要采用14b槽鋼作為鋼管之間的橫、縱向連接以及斜撐連接，焊接螺 旋管的連接方式[1]。

在臨時(shí)支墩進(jìn)行校核時(shí)，也可以嘗試應(yīng)用midas Civi軟件構(gòu)建臨時(shí)支墩的模型，并利用有限元分析方法對(duì)支墩的荷載情況進(jìn)行分析，在軟件應(yīng)用下，支墩荷載為2 kN/㎡。在之后的計(jì)算研究中主要完成支墩鋼管立柱、工字鋼橫梁最大應(yīng)力、最大變形進(jìn)行分析。利用midas Civi軟件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)構(gòu)件的31.1 MPa、70.0 MPa，而實(shí)際設(shè)計(jì)強(qiáng)度為145 MPa，所以其應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。最大誤差統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，變形值分別為1.61 mm和0.5 mm，而最后利用鋼管柱最大變形減去工字鋼最大變形，得到結(jié)果為1.88 mm、最后通過驗(yàn)證1.88 mm符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 箱梁的吊裝

2.3.1 箱梁吊裝施工順序

利用500 t汽車起重機(jī)裝鋼梁。在具體實(shí)施吊裝的過程中，要求按照施工技術(shù)流程控制吊裝順序，保證吊裝高效開展。

箱梁吊裝順序如下：①完成G1～G5鋼梁段的吊裝施工，整個(gè)段質(zhì)量為34 t，在吊裝時(shí)作業(yè)半徑在20 m以內(nèi)，按照吊裝工藝順序完成吊裝，為后續(xù)吊裝打好基礎(chǔ)。②完成G2-G4吊裝，吊裝段質(zhì)量為79 t，實(shí)時(shí)控制吊裝作業(yè)半徑在18 m以下。③G3吊裝為單體吊裝，吊裝質(zhì)量為76.3 t，半徑控制在16 m以下[2]。④吊裝間歇。在完成幾組吊裝之后，在具體實(shí)施吊裝的過程中，可休息一段時(shí)間，對(duì)500 t吊裝汽車性能進(jìn)行檢查，確認(rèn)汽車無性能問題后繼續(xù)實(shí)施吊裝工作，保證吊裝高效開展。

吊裝過程中，需要在停止后完成上一部分的吊裝施工，整個(gè)吊裝的過程中，繼續(xù)采用500 t吊裝汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝施工。完成G6～G20梁段的吊裝施工，整個(gè)吊裝段的質(zhì)量為49 t，吊裝作業(yè)半徑在16 m以下。檢查500 t汽車起重機(jī)裝性能表，確認(rèn)吊裝是否已經(jīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)化吊裝需求，如發(fā)現(xiàn)吊裝存在異常問題要求立刻重新吊裝，對(duì)吊裝進(jìn)行處理。

2.3.2 吊裝安全保障措施

箱梁吊裝之時(shí)，除了按照上述吊裝流程及要點(diǎn)實(shí)施吊裝，更需要在吊裝中把控關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。箱梁吊裝要點(diǎn)如下：

第一，吊裝施工前必須制定安全施工方案，并對(duì)吊裝工作人員開展安全教育。箱梁吊裝是相對(duì)危險(xiǎn)的施工操作步驟，因此在吊裝作業(yè)前，管理部門應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和安全管理經(jīng)驗(yàn)制定詳細(xì)的安全吊裝施工方案，為后續(xù)安全吊裝施工提供指導(dǎo)。吊裝施工前針對(duì)相關(guān)施工人員開展必要的安全教育工作，保證各項(xiàng)吊裝施工良好實(shí)施。

第二，吊裝前開展關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備檢查。在每次箱梁吊裝施工之前，需要針對(duì)所有機(jī)械設(shè)備開展吊裝機(jī)械設(shè)備的狀況檢查，通過檢查確認(rèn)吊裝機(jī)械設(shè)備運(yùn)行是否正常。吊裝機(jī)械設(shè)備檢查過程中，需要確認(rèn)設(shè)備的安全性，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備不符合安全規(guī)律，不可使用設(shè)備。

第三，吊裝作業(yè)應(yīng)注重做好現(xiàn)場(chǎng)安全警戒管理。吊裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工之時(shí)，應(yīng)安排安全警戒人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)，負(fù)責(zé)指揮吊裝車輛和人員開展一系列吊裝施工操作，保證起重機(jī)械動(dòng)臂活動(dòng)范圍內(nèi)無人和其他機(jī)械運(yùn)行。繼而做好安全管理。

第四，必須實(shí)施試吊。箱梁吊機(jī)安裝就位后應(yīng)對(duì)箱梁進(jìn)行試吊，通過試吊確認(rèn)施工方案是否可以起吊成功，是否存在安全隱患，試吊確認(rèn)施工方案已經(jīng)正常之后，才可以對(duì)箱梁吊裝作業(yè)進(jìn)行施工吊裝管理，保證箱梁吊裝高效執(zhí)行。

第五，必須采用合適的吊裝施工方法和專業(yè)化機(jī)具設(shè)備。根據(jù)箱梁的長(zhǎng)度、質(zhì)量設(shè)置吊裝方法和機(jī)具設(shè)備，防止吊裝中出現(xiàn)超負(fù)荷吊裝。

第六，吊裝作業(yè)前，一定要確認(rèn)吊裝是否固定牢靠。在實(shí)施吊裝的過程中，應(yīng)確認(rèn)吊具是否已經(jīng)固定，并確認(rèn)吊具是否緊固，在實(shí)施試吊的過程中，通過確認(rèn)吊裝的總體情況，保證吊裝高效開展。在吊裝作業(yè)時(shí)，也必須實(shí)施吊裝監(jiān)督檢查，發(fā)現(xiàn)問題隨時(shí)進(jìn)行吊裝整改[3]。

第七，箱梁吊裝過程中，必須保證吊裝平穩(wěn)起落。尤其是在安裝箱梁之時(shí)，必須保證箱梁穩(wěn)定，箱梁已經(jīng)就位準(zhǔn)確，并與支座形成密切貼合，繼而保證高效開展箱梁吊裝，提升箱梁吊裝效果。

2.4 塔柱的吊裝

塔柱吊裝也是整個(gè)橋梁施工的關(guān)鍵，因此在其實(shí)施吊裝的過程中，必須做好橋梁吊裝管理，以便對(duì)塔柱吊裝工藝順序以及具體吊裝要點(diǎn)進(jìn)行全面性分析。通過對(duì)上述工程研究發(fā)現(xiàn)，塔柱結(jié)構(gòu)為左右兩個(gè)箱形結(jié)構(gòu)塔柱，塔柱結(jié)構(gòu)2為上側(cè)圓弧形結(jié)構(gòu)，塔柱結(jié)構(gòu)1安裝完成后進(jìn)行塔柱結(jié)構(gòu)2的圓弧段安裝，塔柱結(jié)構(gòu)2的圓弧段安裝完成后再進(jìn)行橫 梁的安裝，最后進(jìn)行塔柱結(jié)構(gòu)裝飾的安裝。

在具體實(shí)施吊裝過程中，主要完成塔柱臨時(shí)支撐安裝、塔柱構(gòu)件吊裝兩大環(huán)節(jié)。在具體實(shí)施吊裝過程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況合理布置吊裝技術(shù)方案，為吊裝技術(shù)管理奠定基礎(chǔ)，保證吊裝施工高效開展，提升吊裝質(zhì)量。

2.4.1 塔柱臨時(shí)支撐安裝

臨時(shí)支撐在主塔大里程安裝時(shí)施工，根據(jù)本工程主塔結(jié)構(gòu)基本情況，要求設(shè)置2.94 m支墩，結(jié)構(gòu)總體分為26根鋼管立柱、4根鋼管斜撐以及橫橋順橋等，其中橫橋3.85 m、順橋則為3 m。臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)的安裝對(duì)于后續(xù)施工意義重大，主要為塔柱吊裝焊接提供支撐力，為后續(xù)的吊裝管理奠定基礎(chǔ)。

2.4.2 塔柱構(gòu)件吊裝施工

塔柱吊裝分別采用500 t和300 t的汽車起重機(jī)吊裝。在實(shí)施吊裝時(shí)需由專人指揮吊裝系統(tǒng)，完成吊裝工藝的統(tǒng)一安裝，協(xié)調(diào)吊裝施工的各平臺(tái)，確保吊裝工作高效開展。

先完成最重的塔柱結(jié)構(gòu)吊裝，該結(jié)構(gòu)質(zhì)量為123.3 t，在吊裝中選擇500 t汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝，在進(jìn)行吊裝過程中，要求控制吊裝半徑在13 m范圍內(nèi)。吊裝施工之前對(duì)吊裝場(chǎng)地進(jìn)行必要的整理，確保吊裝車輛運(yùn)行線路符合要求，保證吊裝工作高效開展，提升吊裝速度，保證吊裝高效開展。

3 質(zhì)控措施與注意事項(xiàng)

在無背索斜拉橋吊裝施工的過程中，應(yīng)注重吊裝工藝的全面管控，如發(fā)現(xiàn)整個(gè)吊裝工作存在問題，則需要制定專業(yè)化的質(zhì)量控制措施，保證各項(xiàng)工藝應(yīng)用合理，提升吊裝工作效率，保證施工質(zhì)量[4]。

3.1 質(zhì)量保證措施

無支架狀態(tài)下拼裝相對(duì)于常規(guī)支架原位拼裝，最重要的就是控制合龍前的鋼塔變形，施工過程中必須加強(qiáng)觀測(cè)監(jiān)控，確保偏差在容許范圍之內(nèi)才能進(jìn)行焊接。

節(jié)段吊裝時(shí)，選擇溫度相對(duì)恒定時(shí)間段進(jìn)行，并根據(jù)鎖定溫度匹配接口拼接板，減少溫度變形影響。

測(cè)量工作準(zhǔn)確性是保證鋼塔線形的基礎(chǔ)，測(cè)量?jī)x器精度需達(dá)到控制要求，需采用兩套標(biāo)定合格的儀器雙人雙機(jī)相互校核。

3.2 吊裝安全措施

焊接作業(yè)平臺(tái)，豎向爬梯平臺(tái)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝，對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行確定，保證連接可靠。吊機(jī)站位按設(shè)計(jì)布設(shè)，作業(yè)時(shí)由專人指揮，信號(hào)明確，吊裝前進(jìn)行試吊，確保吊裝設(shè)備安全可靠，萬無一失。安裝就位或調(diào)整到位后，經(jīng)調(diào)整千斤頂頂推馬板后立即進(jìn)行鎖定。滿足摘鉤條件后方可落鉤。現(xiàn)場(chǎng)用電要有專人負(fù)責(zé)安裝、維護(hù)和管理用電線路和設(shè)備，嚴(yán)禁非電工人員隨意拆改[5]。

4 結(jié)束語

本總結(jié)無背索斜拉橋吊裝施工技術(shù)要點(diǎn)，在具體實(shí)施吊裝的過程中，應(yīng)注重把控關(guān)鍵結(jié)構(gòu)選型，吊裝施工工藝，并在最后提出吊裝質(zhì)量控制措施。希望本文研究能夠?qū)o背索斜拉橋吊裝施工技術(shù)應(yīng)用有所幫助。

參考文獻(xiàn)

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[3] 李江剛，石建華，張巨生.鳊魚洲長(zhǎng)江大橋南汊航道橋施工控制關(guān)鍵技術(shù)[J].橋梁建設(shè)，2022（4）：8-15.

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[5] 薛士威.無背索異形斜拉橋施工優(yōu)化與監(jiān)控研究[J].河南建材，2023（1）：23-25.