吊機配合駁船浮運架設預制混凝土梁施工

上海公路橋梁（集團）有限公司 上海 200433

1 工程概況

1.1 預制混凝土U形梁

上海軌道交通8號線南延伸段中的敞開段—江月路站區段采用2根預制單線預應力混凝土U形梁作為高架區間的上部結構。

該U形梁由法國賽思達公司與上海城建設計研究總院聯合設計，是一種薄壁槽型預制混凝土梁結構[1,2]。該結構的跨中斷面處底板厚度僅為230 mm，腹板厚度最薄處為240 mm，單榀30 m跨的預制U形梁質量約為150 t，其標準布置斷面及尺寸如圖1所示。

圖1 預制U形梁斷面尺寸示意

1.2 跨越周浦塘229-K8孔

本工程5標的229區間7#～8#墩（即229-K8孔）跨越河道周浦塘。橋位所處的河段為7級通航河道，河寬28 m。橋軸線法線與河水流向夾角為19.23°。河道近岸處水深為0.45 m，航道水深約為1.5 m。緊鄰橋位5.5 m為浦星公路，其墩位如圖2所示。

圖2 橋位跨越周浦塘示意

2 總體方案比選

根據上述場地條件及工程需求，為了跨河架設蓋梁上的單跨2榀預制U形梁，初步考慮以下3種方案供比選：支架頂推法、單機一次吊裝就位法、吊機配合駁船浮運架設法。

2.1 支架頂推法

需要在2個承臺間用貝雷片搭設滿足通航凈高要求的桁架。根據計算，用做承載的主縱梁應采用雙排加強型貝雷桁架。為了保證通航凈空要求，貝雷片桁架應支撐在搭設于承臺之上的鋼管支墩上。支架的搭設還需延伸到緊鄰河岸的相鄰跨內，才能將預制梁用千斤頂沿水平方向頂推至橋位。在完成預制梁頂推并落架到位后，需要拆除梁底的支架系統[3-5]。

2.2 單機一次吊裝就位法

根據對現場條件的計算及分析，如采用單臺履帶式吊機一次性將單榀預制梁安裝就位，則起重半徑達到了25 m。依據吊重及起重參數的計算，需要采用4 000 kN履帶式吊車并配合超起配重工況或單臺7 000 kN履帶吊普通工況，才能完成吊裝。

2.3 多臺吊機配合駁船浮運架設

利用1艘300 t駁船，配合兩岸的吊車進行浮運架設。將預制梁的一端吊放到駁船上，駁船與另一端的吊機同步行進。當駁船到河岸另一側時，由停在河兩岸的 2臺1 500 kN履帶吊共同抬吊作業，將預制梁架設到蓋梁上。

2.4 方案的比較分析

上述3個比選方案在技術、經濟上各有優劣，因此對3個方案進行細化分析后，形成的比選分析見表1。

表1 比選分析

結合現場條件，通過對上述方案的比較分析，可以得出以下比較結論：

1）采用支架頂推施工需要耗費大量的時間進行支架的搭設及拆除。為了滿足頂推的水平反力要求，岸上的支架需要有較大的水平剛度。在梁體頂推就位后，梁下支架的拆除需要占用數天的航道。

2）采用單機吊梁的方法施工可以完成U形梁架設，且對航道影響較小。但大噸位吊機的使用費用較高，且需要進行大量的地基加固方能滿足其作業要求。

3）采用駁運架設法施工的封航時間與單機吊梁基本相同，但能充分利用資源較為充裕的1 500 kN級別現有吊裝設備。總的施工費用更加經濟。因此，綜合技術風險、對環境的影響以及經濟性的考慮，選擇采用吊機配合駁船浮運的方法架設跨河的2榀預制U形梁。離現場。此時，梁的北端支承于駁船上，南端由吊機吊起（圖4）。

圖3 梁北端“上船”工況示意

圖4 梁南端抬起工況示意

3）工況三：梁“過河”。由北岸卷揚機牽引的駁船馱運預制梁浮運至北岸，與此同時，吊運著梁南端的南岸1 500 kN履帶吊同步向河岸行走（圖5）。

圖5 梁“過河”工況示意

3 總體施工方案

預制U形梁由平板拖車運輸至周浦塘南岸，倒車靠近河岸。北岸僅1臺1 500 kN履帶吊及2臺卷揚機用于作業，南岸有1臺1 500 kN汽車吊與1臺1 500 kN履帶吊停于岸邊。用于浮運的3 200 kN駁船帶著托梁支架靠舷于南岸等待作業。

1）工況一：梁北端“上船”。南岸的1 500 kN汽車吊與1 500 kN履帶吊共同作業，將梁的北端從平板車上吊運到駁船上的托梁平臺上。與此同時，承托著梁南端的平板車同步倒車（圖3）。

2）工況二：梁南端抬起。1 500 kN履帶吊從岸邊退回到梁的南端頭，并將梁的南端從運輸車上吊起。運輸車駛

4）工況四：雙機架梁。當駁船到達北岸后，停在北岸岸邊的1 500 kN履帶吊與南岸的1 500 kN履帶吊共同作業，將預制梁架設到蓋梁上，并安裝支座，從而完成一榀跨河梁的架設（圖6）。

依照同樣的工序，完成另一榀U形梁的架設施工。

4 施工關鍵技術

4.1 場地條件建立

4.1.1 地基處理

圖6 雙機架梁工況示意

在架設施工期間，北岸的1 500 kN履帶吊停放在固定地點僅承擔“接梁”的任務。而南岸的岸邊需要停放1臺1 500 kN汽車吊將梁端轉運上船，且駁船浮運時，梁尾的履帶吊要跟隨行走，因此南北岸的地基處理方式略有差異。

南、北兩岸都應對耕植土地基進行20 cm清表處理。整平后用120 kN以上壓路機壓至無明顯輪跡。周浦塘南岸在此基礎上鋪設厚50 cm的建筑舊料，分2層碾壓成形，頂面高程與施工便道一致。并在靠近岸邊的1 500 kN汽車吊停放位置處，再澆筑長5 m、寬10 m、厚度為20 cm的鋼筋混凝土道面。吊機作業時，還應在其撐腳位置放置路基箱板。而周浦塘北岸在土基處理時將便道抬高80 cm，再在抬高的便道上鋪設厚50 cm的建筑舊料，分2層碾壓成形。

4.1.2 河道清淤

考慮到駁船需要在施工時盡量靠近岸邊，以減小岸上起重機的起吊作業半徑。根據測量，施工橋位處的河道斷面水深最淺處為0.45 m、最深處為1.50 m。根據駁船在承載時的吃水深度要求，近岸側采用長臂挖機進行河道清淤，使水深不小于1.2 m。但同時應注意不能過度開挖，以防對駁岸安全造成不利影響。

4.2 駁船及支架設置

4.2.1 駁船的選擇

浮運期間，置于船上的梁端標高應與履帶式吊機行走吊運的梁端保持平齊。因此，選用了3 200 kN的貨運駁船。該船長度為32 m、高度為2.6 m、寬度為6.47 m，其中用于承載的中艙長度為16.7m。空船行駛的吃水深度為0.4 m，U形梁放置在船上后，船的吃水深度為0.8 m。

4.2.2 船上擱梁支架的設置

本次施工充分利用了現有裝備，采用了閑置的某架橋機的2根橫聯桁架作為擱梁支架。該支架放置在艙底厚30 cm的黃砂上，頂部與底部用28a#H型鋼加固。支架頂部順船向鋪設4根32a#熱軋工字鋼，并鋪設2塊2 500 mm×1 500 mm×200 mm的路基箱板，作為預制梁的承載平臺。

4.3 駁船牽引系統

為了保證駁船從周浦塘南岸移動到北岸的線路方向可控，在周浦塘北岸設置2臺卷揚機牽拉駁船。采用JJM-5型卷揚機，并配合牽引的滑輪組“走四”，從而使每個卷揚機的牽引力達到200 kN。

4.4 起重施工

4.4.1 起重設備

選用2臺日立KH850-3型履帶吊作為主架設設備。所選用的工作臂長為24.38 m，工作半徑8 m。在此工況下，其最小額定起重質量為99 t。此外，另選用1臺GROVE TM1500型汽車吊，用于在南岸將梁的一端轉運上駁船。所選用的工作主臂長為21.3 m，工作半徑為7～10 m。在此工況下，該汽車吊的最小額定起重質量為41.9 t。

4.4.2 同步作業

采用本施工方法作業時，需要多次進行多設備的同步作業。首先，在預制梁北端“上船”時， 1 500 kN汽車吊和履帶吊同時抬起梁的北端。再向駁船轉運的過程中，支撐梁體另一端的運輸平板車也需要同步倒車。其次，當浮運開始時，由2臺卷揚機牽引的駁船，需要與吊運著預制梁的南岸履帶吊同步移動。最后，南北兩岸的2臺履帶吊需要同步架設預制梁到蓋梁上。因此，現場設置了觀察、量測、指揮多組人員協調這些同步作業，并應建立良好的溝通渠道與管理機制，保證這些同步作業能夠順利開展。

5 結語

本工程施工實施期間，2榀預制U形梁分別在連續2 d的8：00～12：00的封航時間段內完成了架設施工，且整個施工過程安全可靠。順利完成架設作業一方面依賴于事前對吊機站位、臂桿動作的精確模擬與策劃，另一方面也歸功于現場多點施工時的高效指揮與管理。該架設方法的策劃與實施依托于合理利用施工方現有的設備，從而大大降低了施工造價。

目前有越來越多的城市快速路橋梁或軌道交通橋梁采用了預制梁的上部結構。希望通過本工程的成功實踐，可以為這些橋梁在跨越城市水系的施工策劃提供一個新的解決思路與方向。