大跨度鋼箱梁過(guò)橋孔雙浮吊吊裝技術(shù)研究

摘要：在通行路段或者通航航道上修建橋梁時(shí)，為了不中斷交通，常常采用鋼結(jié)構(gòu)橋梁的型式，通過(guò)在工程預(yù)制鋼箱梁，現(xiàn)場(chǎng)吊裝的施工工藝快速完成上部結(jié)構(gòu)。為了研究鋼箱梁預(yù)拼后下穿原有橋梁的技術(shù)，依托杭州市石祥路提升完善項(xiàng)目跨京杭運(yùn)河鋼箱梁吊裝工程，采用雙浮吊吊裝大噸位鋼結(jié)構(gòu)，用兩艘機(jī)駁船運(yùn)輸下穿既有橋梁后，再重新組拼雙浮吊，吊裝架設(shè)鋼箱梁。根據(jù)吊裝工況，驗(yàn)算荷重富裕系數(shù)、鋼箱梁的強(qiáng)度和剛度。實(shí)踐證明，大跨度鋼箱梁過(guò)橋孔雙浮吊吊裝技術(shù)得到了成功應(yīng)用，可為類似的工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：大跨度鋼箱梁；雙浮吊；預(yù)制拼裝

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程逐年加速，常規(guī)地面平交路口交通方式已經(jīng)不能滿足城市交通的需求。為解決交通擁擠，各大城市相繼修建高架路和快速路。鋼結(jié)構(gòu)橋梁作為橋梁的一種重要形式能有效地發(fā)揮鋼板的承載能力，減輕上部結(jié)構(gòu)的自重，在材料數(shù)量相同時(shí)可提供更大的抗彎和抗扭剛度[1]。

其內(nèi)部為閉合空間，更易抗銹蝕，且具有外形簡(jiǎn)潔、美觀等特點(diǎn)。尤其是鋼箱梁可以在工廠制成大型安裝單元，從而減少工地連接螺栓數(shù)量，在施工中便于縱向拖拉、頂推架設(shè)或用起重機(jī)安裝?；谝陨咸攸c(diǎn)，鋼箱梁在城市高架建設(shè)中，橫跨路口、河流的橋梁結(jié)構(gòu)得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用[2]。

為了研究鋼箱梁預(yù)拼后下穿原有橋梁的技術(shù)，依托杭州市石祥路提升完善項(xiàng)目跨京杭運(yùn)河鋼箱梁吊裝工程，采用雙浮吊吊裝大噸位鋼結(jié)構(gòu)，用兩艘機(jī)駁船運(yùn)輸下穿既有橋梁后，再重新組拼雙浮吊，吊裝架設(shè)鋼箱梁。根據(jù)吊裝工況，驗(yàn)算荷重富裕系數(shù)、鋼箱梁的強(qiáng)度和剛度。

1 工程背景

石祥路提升完善工程（儲(chǔ)鑫路-豐慶路西側(cè)）是杭州市北部一條重要的東西向道路。石祥路03標(biāo)分為北線和南線高架橋梁，全長(zhǎng)約1.5km。高架橋梁由西至東分別上跨通益路和麗水路以及京杭大運(yùn)河。跨京杭運(yùn)河主線高架橋設(shè)計(jì)為三孔連續(xù)鋼箱梁橋。鋼箱梁為單箱三室組合鋼箱梁，梁高2.50m，鋼箱梁總跨徑134.00m，設(shè)計(jì)總質(zhì)量932t。

本工程三孔連續(xù)鋼箱梁的中間段共76.40m，在工廠制作成23.9m+28.6m+23.9m共3個(gè)梁段，用運(yùn)輸車運(yùn)輸?shù)綐蛭槐眰?cè)預(yù)拼場(chǎng)地，經(jīng)過(guò)二次拼裝組拼成76.40m的大節(jié)段。北線鋼箱梁吊裝可以直接用雙浮吊起吊后安裝；南線鋼箱梁吊裝則需要下穿原有老橋橋孔，然后再吊裝架設(shè)。

2 過(guò)橋孔雙浮吊吊裝技術(shù)

2.1 過(guò)橋孔雙浮吊吊裝

2.1.1 浮吊固定

鋼箱梁吊裝前，采用2臺(tái)160噸浮吊直接?？吭诙纹囱b場(chǎng)地西側(cè)，并通過(guò)前后4根錨固于事先埋置京杭運(yùn)河?xùn)|西兩岸地壟上的鋼絲繩臨時(shí)固定[3]。啟動(dòng)浮吊上卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩，可以控制浮吊移動(dòng)方位。

2.1.2 確定作業(yè)順序

確定浮吊起吊鋼箱梁作業(yè)順序如下：浮吊就位、纜繩臨時(shí)固定→掛設(shè)鋼箱梁吊點(diǎn)鋼絲繩→松浮吊吊鉤→掛設(shè)起吊鋼絲繩→啟動(dòng)浮吊起重系統(tǒng)卷煙機(jī)提升吊鉤→起吊鋼箱梁至指定高度（高度比墩頂支座高出1.0m左右）。雙浮吊從預(yù)拼場(chǎng)地起吊鋼箱梁如圖1所示。

2.1.3 吊裝前準(zhǔn)備

兩臺(tái)浮吊就位以后，在掛設(shè)鋼箱梁吊重鋼絲繩之前，應(yīng)采用鋼尺再次量測(cè)浮吊的吊距，判斷是否滿足吊距要求。若其不滿足要求，則要求浮吊操作手調(diào)整浮吊的站位。

浮吊就位以后，應(yīng)安排浮吊上的操作人員用竹竿或標(biāo)尺，再次確認(rèn)浮吊站位移動(dòng)區(qū)域的水深，以確保浮吊的吃水深度滿足吊重荷載的要求。栓掛起吊鋼絲繩和卡環(huán)時(shí)，應(yīng)將鋼絲繩理順，防止鋼絲繩出現(xiàn)打結(jié)現(xiàn)象。

2.1.4 吊裝要點(diǎn)

兩臺(tái)浮吊應(yīng)安排2名人員專人負(fù)責(zé)指揮浮吊的移動(dòng)和吊鉤鋼絲繩起落。2名人員的起吊鋼箱梁提升速度，應(yīng)服從項(xiàng)目部監(jiān)控測(cè)量人員的指揮，時(shí)刻保持2臺(tái)浮吊提升同步和鋼箱梁的水平。

現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí)，項(xiàng)目部分別根據(jù)水中墩支座頂標(biāo)高，再考慮100cm就位高度，在兩臺(tái)浮吊的吊點(diǎn)下分別懸掛一根限高繩。浮吊起吊時(shí)，通過(guò)限高繩控制兩臺(tái)浮吊吊鉤的起吊高度和高程差，并安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)控限高繩的起吊高度，以便將2臺(tái)浮吊的起吊高差控制在設(shè)計(jì)高差20cm范圍以內(nèi)。

浮吊起重系統(tǒng)提升鋼箱梁時(shí)，應(yīng)控制同步、緩慢、平穩(wěn)地提升。當(dāng)發(fā)現(xiàn)2臺(tái)浮吊不同步時(shí)，應(yīng)立即將1臺(tái)浮吊暫停提升，待另外1臺(tái)浮吊提升到相同高度時(shí)在同步提升鋼箱梁到至待架梁段支座頂以上100cm的高度。

2.2 吊裝鋼箱梁穿橋孔

2.2.1 將鋼箱梁落到平板駁船上

使用2臺(tái)浮吊將鋼箱梁起吊到指定高度以后，啟動(dòng)牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)，同步牽引2臺(tái)浮吊倒退行走10m左右固定。兩臺(tái)平板駁船分別從南北方向?qū)ο蛐旭傊令A(yù)拼場(chǎng)地與浮吊之間，保持兩臺(tái)駁船船頭、船尾在一條直線上，用浮吊緩慢將鋼箱梁落到平板駁船上。期間，指揮人員用對(duì)講機(jī)指揮浮吊同步提升或下降，防止不均勻受力。落梁后，電焊人員及時(shí)在船體上焊接限位擋塊，臨時(shí)固定鋼箱梁。

2.2.2 平板駁拖動(dòng)

用200t機(jī)駁船拖動(dòng)2艘400t平板駁緩慢向現(xiàn)狀北星橋橋孔方向行駛。行駛過(guò)程中嚴(yán)密注意鋼箱梁梁頂標(biāo)高，保證其標(biāo)高低于現(xiàn)狀老橋的梁底標(biāo)高。

本工程經(jīng)實(shí)測(cè)與計(jì)算滿足通行要求，為防萬(wàn)一，另配有挖泥船待命，便于特殊情況時(shí)向平板駁壓倉(cāng)。鋼箱梁穿過(guò)橋孔后，用200t機(jī)駁船拖動(dòng)2艘400t平板駁船靠運(yùn)河?xùn)|南角就位。

2.2.3 固定浮吊

將兩臺(tái)浮吊收起吊桿。為節(jié)省時(shí)間，將扒桿平放至機(jī)駁船上，后浮吊與機(jī)駁船一起穿過(guò)現(xiàn)狀北星橋，依靠預(yù)埋的地龍和河中拋設(shè)的霍爾錨固定浮吊，再將扒桿升起。

2.3 鋼箱梁就位

2.3.1 臨時(shí)固定浮吊位置

平板駁到東南角后固定后，將兩臺(tái)浮吊扒桿升起，靠到鋼箱梁西側(cè)，放下吊鉤，施工人員掛鉤。

依靠掛設(shè)在兩岸的地錨鋼絲繩扣掛系統(tǒng)和浮吊本身卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)牽引系統(tǒng)，牽引浮吊緩慢轉(zhuǎn)身90o，使其正面朝向橋位待架梁體的一側(cè)，然后再啟動(dòng)牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)，同步牽引2臺(tái)浮吊向橋位移動(dòng)。直到行走至待架梁體的正上方后，臨時(shí)固定兩臺(tái)浮吊的位置。

2.3.2 鋼箱梁下放與調(diào)整

鋼箱梁前進(jìn)至制作上方后，2臺(tái)浮吊同步下放鋼箱梁，在梁底距離支座頂30cm時(shí)，停止下放。用2臺(tái)浮吊的牽引系統(tǒng)，第一次調(diào)整東西和南北方向的位置，將偏差控制10cm以內(nèi)。

繼續(xù)下放鋼箱梁，使梁底距離支座頂5cm左右，用浮吊的牽引系統(tǒng)，第二次調(diào)整鋼箱梁平面位置，將精度控制在50m以內(nèi)。利用預(yù)埋在墩身頂部的臨時(shí)定位系統(tǒng)，配合浮吊的牽引系統(tǒng)，精確第三次調(diào)整鋼箱梁的平面位置，將就位精度控制在10mm以內(nèi)。

2.3.3 鋼箱梁落位與固定

最后將鋼箱梁落在永久支座和臨時(shí)支墩頂部短鋼管支撐頂部，并用電焊將鋼箱梁底板臨時(shí)點(diǎn)焊固定后，松鉤解除浮吊吊點(diǎn)鋼絲繩，從而完成中間段鋼箱梁的吊裝。

2.4 同步性操作要點(diǎn)

浮吊吊裝鋼箱梁前，首先在待架梁段的吊點(diǎn)位置懸掛帶有標(biāo)尺的繩子，通過(guò)控制兩個(gè)吊點(diǎn)的標(biāo)尺繩距離地面的高度，來(lái)控制兩臺(tái)浮吊起吊的同步性。兩臺(tái)浮吊提升操作由同一人指揮，當(dāng)發(fā)現(xiàn)梁體出現(xiàn)提升高度不一致時(shí)，應(yīng)通過(guò)對(duì)講機(jī)指揮浮吊操作手予以調(diào)整[4]。

3 體系轉(zhuǎn)換

3.1 實(shí)施流程

體系轉(zhuǎn)換的操作流程如下：中間段鋼箱梁吊裝→中間段鋼箱梁焊接→支座上墊板焊接→解除后支座臨時(shí)約束→臨時(shí)支墩的卸架和落梁。具體實(shí)施步驟如下：

中間段鋼箱梁的分塊吊裝，對(duì)中間段三塊鋼箱梁進(jìn)行調(diào)整和焊接。焊縫檢測(cè)合格后，先焊接中間墩支座上墊板與鋼箱梁底板焊縫，然后解除水中墩單向和雙向支座的臨時(shí)約束。

割除水中墩臨時(shí)支墩的調(diào)節(jié)段短支撐，完成水中墩臨時(shí)支墩落架和卸載，以將荷載轉(zhuǎn)移到永久支座，從而形成單跨雙懸臂簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。

對(duì)稱割除邊跨臨時(shí)支墩，邊跨鋼箱梁荷載全部轉(zhuǎn)移到永久支座，從而完成單跨雙懸臂簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)到三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)換。

3.2 體系轉(zhuǎn)換注意事項(xiàng)

體系轉(zhuǎn)換前，應(yīng)聯(lián)系第三方監(jiān)測(cè)單位到場(chǎng)，對(duì)鋼箱梁的應(yīng)力和變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。支座的臨時(shí)約束一般都采用鋼板焊接的方式，解除支座的臨時(shí)約束時(shí)，應(yīng)采取必要措施防止氣割的火焰?zhèn)Φ街ё?/p>

臨時(shí)支墩卸架采用氣割直接割除短支撐的方式，控制一次卸架量不大于20mm。永久支座的臨時(shí)約束解除后，應(yīng)馬上安排臨時(shí)支墩的卸架和落梁，兩道工序應(yīng)緊密配合、依次實(shí)施。體系轉(zhuǎn)換操作在橫橋梁和縱橋向應(yīng)對(duì)稱實(shí)施。體系轉(zhuǎn)換前和體系轉(zhuǎn)換后，應(yīng)測(cè)量體系轉(zhuǎn)換前后的橋面標(biāo)高。

4 鋼箱梁吊裝驗(yàn)算

4.1 吊裝工況分析

根據(jù)浮吊站位和中間段鋼箱梁距離岸側(cè)的距離，確定浮吊起吊水平距離21.50m，中間節(jié)段最大起吊質(zhì)量200t。浮吊1號(hào)最大荷重150t，拔桿長(zhǎng)度45m，起吊角度60°，水平距距離22.50m工況下，安全荷重140t。浮吊2號(hào)最大荷重150t，拔桿長(zhǎng)度58m，起吊角度65°，水平距離24.50m工況下，安全荷重140t。兩臺(tái)浮吊總吊重能力280t，起吊中間段鋼箱梁200t，荷重富裕系數(shù)取1.40，滿足起重吊裝規(guī)范要求。

4.2 吊裝驗(yàn)算

鋼箱梁加工時(shí)，因受到運(yùn)輸條件的限制，縱斷面分為3段（29m+76m+29m），橫斷面分為3塊，其中第一塊3.05m帶2道腹板，中間3.00m和第三段3.25m各帶1道腹板，沒有腹板的一側(cè)，在運(yùn)輸和吊裝期間設(shè)計(jì)有臨時(shí)支撐和連接。

在吊裝狀態(tài)下，梁段承受的荷載主要為梁體的自重荷載，按照均布荷載加載，受力模型是以吊點(diǎn)作為支點(diǎn)的雙懸臂簡(jiǎn)支梁。根據(jù)鋼箱梁的分段，結(jié)合鋼箱梁總質(zhì)量，第一塊至第三塊的質(zhì)量分別為200t、166.2t、166.2t。按照長(zhǎng)度76.80m換算成單元均布荷載。

根據(jù)《土木工程手冊(cè)》單跨梁相關(guān)公式，經(jīng)計(jì)算可得到彎矩、反力、最大位移、彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力等參數(shù)。計(jì)算結(jié)果如表1所示。從表1計(jì)算結(jié)果可以看出，本工況下鋼箱梁最大位移fmax為10.84mm＜允許值112.5mm。本工況下鋼箱梁允許彎曲應(yīng)力[σw]為200MPa，允許剪應(yīng)力[τ]為120MPa，鋼箱梁的實(shí)際應(yīng)力均小于允許應(yīng)力，本工況下鋼箱梁的自身強(qiáng)度滿足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)橋梁作為橋梁的一種重要形式能有效地發(fā)揮鋼板的承載能力，減輕上部結(jié)構(gòu)的自重，在材料數(shù)量相同時(shí)可提供更大的抗彎和抗扭剛度。本文依托杭州市石祥路提升完善項(xiàng)目鋼箱梁吊裝工程，詳細(xì)分析采用雙浮吊吊裝大跨度鋼箱梁過(guò)橋孔的施工工藝，闡述雙浮吊吊裝、下穿橋孔、鋼箱梁就位以及體系轉(zhuǎn)換的施工要點(diǎn)。

受限于鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼場(chǎng)地在原有老橋的一側(cè)，采用雙浮吊吊裝鋼箱梁放置于機(jī)駁船上，下穿橋孔托運(yùn)至原有橋梁的南側(cè)，再用雙浮吊吊裝架設(shè)鋼箱梁的施工工藝。根據(jù)吊裝工況對(duì)鋼箱梁的強(qiáng)度、剛度和吊裝安全系數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果滿足相關(guān)要求，所得相關(guān)成果可以為類似工況下的結(jié)構(gòu)穿橋孔吊裝提供借鑒和參考。

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