特殊情況下采用大噸位汽車吊進行箱梁架設的可行性分析

劉凌軍

摘要：在公路建設中，不可避免地會遇到高壓輸電線路等對凈空有要求的障礙物限制，導致重要構件施工遇到阻礙，同時工期等因素的要求需要工程技術人員拓展思維、通過嚴謹計算，采用其他安全的方法進行連續施工。本文以高壓輸電線路影響下的箱梁汽車吊裝為例進行了論證。

Abstract： In highway construction， it is inevitable to encounter obstacle restrictions on the clearance requirements， such as high-voltage transmission lines， which will lead to obstacles to the construction of important components. At the same time， the requirements of engineering need the technical personnel expand the thinking and use other safe methods for continuous construction through rigorous calculation. This paper demonstrates the large tonnage truck crane under the influence of high-voltage transmission lines.

關鍵詞：高壓輸電線路；大噸位汽車吊；箱梁安裝

Key words： high voltage transmission line；large tonnage truck crane；box girder installation

中圖分類號：U469.6+4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）15-0131-03

0 引言

平原地區往往是經濟較為發達的區域，鐵塔林立，線路縱橫，輸電線路往往沿河流、原有道路進行布設。新建道路，尤其是跨越大徑流江河的公路，從選線設計到現場施工不可避免地會遭遇高壓輸電線路的影響，高壓輸電線路的遷改要求跨行業聯動，其審批、設計、實施流程更將和道路緊張的建設工期要求產生矛盾，本文就平原地區某在建大橋的箱梁安裝為例，論證高壓輸電線路影響下采用大噸位汽車吊替代架橋機架設方案的可行性，以企為廣大工程技術人員打開思路，解決問題。

1 工程簡介

本大橋跨越平原地區某河流，長216.04m，全橋共2聯：3×30+4×30。上部結構采用后張法預應力砼簡支箱梁，單片箱梁重：中板110.8t、邊板111.8t；下部結構橋臺采用肋板臺，橋墩采用柱式墩，基礎為樁基礎。本橋平面位于直線上，橋面橫坡為雙向2%，縱斷面位于R=5000m的豎曲線上。

橋梁與河道交角為110°，平均墩高約12m。橋址處屬河床階地沖積地貌，相對高差9～15m。橋址處100年一遇設計流量3040m3/s，設計流速3.78m/s，5～9月為河流汛期。本橋所跨河流河道寬緩，呈寬敞“U”字型，自然坡度2°～5°，河道兩側為設有二級平臺的防洪堤，為漿砌卵石護面，坡比為1：1和1：1.5。橋臺位于兩岸防洪堤外側，0號臺后18m上方有35kV高壓輸電線路一組及變電站調度通信線纜，分別距路基頂面6.48m、3.64m；7號臺后12m上方有110kV高壓輸電線路一組，距路基頂面5.59m。

2 遇到的問題和解決思路

按原定施工方案，箱梁在預制張拉注漿封端等工序完成以后，在橋臺后設置架橋機拼裝區域和梁板運輸通道，采用公路橋梁常用的40m/150t雙導梁架橋機進行架設，但截止基礎和下部構造完成，兩岸河堤外側的高壓輸電線路仍未能進行遷改，且梁板運輸通道按極限縱坡填筑形成后，預判架橋機拼裝區域其凈空距離仍不能滿足《電力設施保護條例》規定的安全距離，架橋機拼裝作業嚴重受限，安全風險極大，即便成功拼裝，天車也無法運行作業；橋址兩側無可作業空間，且河流汛期將至，該大橋箱梁能否及時啟動安裝，既而開始橋面系施工并形成運輸通道，將成為影響項目工期的關鍵因素。為實現該目標，迅速開始箱梁架設，擬采用大噸位汽車吊對受影響橋跨進行箱梁安裝。結合現場實際情況，先架設第一跨的左半幅作為過渡，讓出架橋機拼裝區域，再由架橋機進行半幅剩余橋跨的架設，形成運輸通道。本文即以先行架設實施的第一跨左幅邊梁為最不利位置進行論證，橋梁截面和安裝順序及工藝流程如圖1-2示。

吊裝過程為：由1臺QAY220汽車吊配合1臺QAY350汽車吊雙機抬吊進行該批梁板的吊裝工作，喂梁掛鉤后開始雙機抬吊，箱梁底面高于背墻頂面30cm時，進行空中水平移動，移動過程中，首先關閉0#臺處吊車水平制動（從動），1#墩處吊車作為主機進行平移（1#機為主動）。在1#機完成平移后雙機抬吊并就位。其中邊梁為最不利位置。吊裝作業簡圖如圖3。

3 吊裝方案論證

3.1 設備選型

根據現場地形條件和箱梁重量，初步選擇采用220t和350t兩種噸位聯合吊裝。由運梁車將箱梁經運梁通道送至0#臺尾后，雙機掛鉤由0#向1#方向回轉送梁，考慮到聯合抬吊荷載均分為理想受力情況，同時回轉方向、最大作業半徑、可能產生的慣性沖擊以及墩臺間吊裝平臺高差等因素，報請當地河道與水務管理部門同意后，臨時破除頂端河堤修筑站位平臺，將350t作為主吊車設置在0#與1#間；220t吊車作為輔助吊車站位于0#臺尾，根據架設順序進行安裝。如遇作業半徑超限等報警情況則采取移機的方法以利安全。0#臺與1#墩之間為原有河堤和陡峻護岸，1#墩位于河堤二級臺階下，350t吊車的站位平臺提前進行開挖、回填、平整和碾壓處理，該處為地基承載力的薄弱位置，對出現車轍、反彈、泌水位置進行翻挖，摻灰換填處理。并備用路基箱進行二次加強。

220t汽車吊外形尺寸：16722×3000×4000；行駛時自重72t，作業時自重147t；支腿跨度8800×8800；最小轉彎半徑13m，最小離地間隙325。350t汽車吊外形尺寸：19980×3000×4000；行駛時自重84t，作業時自重191t；支腿跨度9000×9000；最小轉彎半徑13m，最小離地間隙305。作業參數可查隨車資料。

3.2 吊裝安全性驗算

根據設計圖紙及現場預制澆筑方量復核確認，以最不利架設位置的邊板為例，該板重111.8t，長度30m。根據施工圖設計，箱梁吊裝采用兜底吊，捆綁繩設置在距梁端1.35m處。根據汽車吊隨車資料，模擬計算箱梁吊裝過程中，各工況下作業半徑及吊車重心距結構物距離、允許操作半徑及實際最大作業半徑進行吊重分析，理論實際最大作業半徑分別約為8m和9m。

保證吊裝安全的同時，需嚴格控制與高壓輸電線路間距保持安全作業距離。為保證梁板安全架設，應盡可能靠近落梁點位，但同時必須滿足國家標準、部門規章有關高壓輸電線路附近作業安全的相關規定（《起重機械安全規程》GB6067-2010規定為35KV，安全距離4m；電力部門實施要求均提高）。起重機揚臂回轉時大臂頂端飛輪與高壓線路距離約為5.5m（通信線路放散后采取避讓措施），所以實際作業中需要雙機高度契合，嚴格監控0#臺側220t吊車回轉過程中主臂起揚和伸縮距輸電線路的距離；同時做好施工謀劃，關注天氣變化和空氣濕度，使作業全過程完全滿足電力部門的安全作業凈空要求，作為卡控紅線以防事故發生。

根據《建筑機械使用安全技術規程》，雙機抬吊時，單機荷載不超過額定荷載的80%，總起重量不超過雙機總額定負荷的75%。根據上述規范要求，汽車吊選型及起重量驗算控制在額定起重量的75%。

根據雙機抬吊安全要求，取汽車吊額定性能的75%計算：

0#臺220t汽車吊起重量驗算（220t最不利工況：臂長26.7m，作業半徑8m時）

∵Q額=85t*0.75=63.75t Q實=Q/2+q=111.8/2+2=57.9t

∴Q起=63.75t>Q實=57.9t

1#墩350T汽車吊起重量驗算（350t最不利工況：臂長30.9m，作業半徑9m時）

∵Q額=110t*0.75=82.5t Q實=Q/2+q=111.8/2+2=57.9t

Q起=82.5t>Q實=57.9t

∴2臺汽車吊滿足雙機抬吊該批橋板的吊裝。

注：Q額—額定起重量；

Q實—實際吊裝重量（QMAX=111.8t）；

Q—橋板重；

q—吊具重量，85t/110t為隨車資料上該工況下允許吊重。

3.3 抗傾覆驗算

汽車吊的工作穩定性相對較差，抗傾覆要求需使穩定力矩大于傾覆力矩。根據《起重機設計規范》：KgMG+KqMQ+KwMW≥0

式中：Kg—自重加權系數，取1；

Kq—起升荷載加權系數，取1.15；

Kw—風動荷載加權系數，取1，風動荷載，按提升物體荷載的20%考慮；

MG、MQ、MW為汽車吊自重、起升荷載、風動荷載對傾覆邊的力矩，N·m。

220t吊車作業時自重147t；支腿跨度：8800×8800mm，則a=4.4m；R=8m，風動合力點高度h=5.3m。

KgMG+KqMQ+KwMW=1*1470000*4.4-1.15*579000*（8-4.4）-0.2*579000*5.3=3457200N·m≥0，穩定性滿足要求。

350t吊車作業時自重191t；支腿跨度：9000×9000mm，則a=4.5m；R=9m，風動合力點高度h=7.3m。

KgMG+KqMQ+KwMW=1*1910000*4.5-1.15*579000*（9-4.5）-0.2*579000*7.3=4753335N·m≥0，穩定性滿足要求。

3.4 地基承載力驗算

兩吊車支腿位置均為土層，對平整和局部回填的區域進行壓實處理，不考慮土體側壓力，只驗算地基承載力。計算依據《路橋施工計算手冊》，考慮汽車吊最不利工況為3個點承受荷載，根據地基應力公式σmax=N/A≤[σ]，N—作用于地基處的豎向分力；A—作用于地基處的受力面積；[σ]—地基容許承載力。

220t和350t吊車作業時自重分別為147t和191t，支墊鋼板尺寸2m*2m*0.05m。考慮雙機抬吊，取梁板及吊具重量的1/2，則為56.9T。

220噸吊車：σmax=N/A=（1.2*147*10+1.4*56.9*10）/2*2*3=213kPa

350噸吊車：σmax=N/A=（1.2*191*10+1.4*56.9*10）/2*2*3=257kPa

采用重型重力觸探方法實測吊裝處地基經碾壓處理后承載力≥300kPa，滿足吊裝需求。對于回填區域臨邊處支腿，為保障安全，鋪墊路基箱進行二次加強。

3.5 鋼絲繩驗算

Q=111.8/2×1.4=78.26t，Q為單根鋼絲繩吊重，其中動力系數取1.4。

Sb≥6×78.26÷2sin60°=271.1t

選用繩徑為72mm的鋼絲繩，規格6×61，公稱抗拉強度1850MPa。根據《路橋施工計算手冊》附錄三相關參數，其鋼絲繩總斷面積為1942.22mm2，鋼絲捻制不均折減系數取0.8。

Sb=1942.22×1850×0.80=2874.5kN=287.5t≥271.1t，鋼絲繩的選擇滿足要求。

鋼絲繩繩頭采用插編方式，插編長度≥15d（d為鋼絲繩直徑），故未涉及卡環等吊具驗算。主臂伸展長度26.7（30.9）>起吊高度Hmax=7.3m，鋼絲繩與主臂最小夾角滿足主臂離吊物安全距離，無碰撞風險。

4 結語

經過驗算和專項方案討論，參建各方同意后，細化方案經現場安全、技術、安裝質量交底，部署應急預案后選擇適宜時機實施，當天風力三級，空氣濕度65%，滿足安全要求，設置專人指揮，定點定人監控各作業環節，嚴格執行專項方案，該批梁板現已成功架設就位，開始進行濕接縫等工序作業，為下一步架橋機架設其余橋跨、電力設施的遷改爭取了時間（現有高壓輸電線路懸高仍不能滿足道路運營安全凈空要求），同時也為對岸采用汽車吊吊裝同類型梁板（受110kV高壓線路影響，存在類似問題）積累了一些經驗，限于裝備原因，同時出于為壓縮安裝作業時間、盡量少移機站位的原因考慮，未采用2臺220t吊車多次站位的方法進行吊裝，本次吊裝作業富余系數較大，故經濟性未能充分體現，為確保安全，綜合考慮仍按此實施。期望以此為良好開端，能夠舉一反三，采用一些簡易可行的方法安全及時地克服各種矛盾，解決現場問題。

參考文獻：

[1]GB6067-2010，起重機械安全規程[S].

[2]JGJ33-2012，建筑機械使用安全技術規程[S].

[3]GB/T 3811-2008，起重機設計規范[S].

[4]電力設施保護條例.

[5]JTG F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[6]路橋施工計算手冊.

[7]QAY220、QAY350汽車起重機使用說明書.