大跨度鋼梁落梁施工工藝

王振杰

摘要：鋼梁頂推及落梁施工工藝日漸發展與應用背景下，為大跨度橋梁施工提供重要技術保障。從鋼梁施工實際要求看，重點在于頂推、落梁等施工方面強化，保證各工序施工質量，使橋梁頂推落梁整體安全得到保障。北京市中低速磁浮交通示范線永定河鋼梁落梁采用同步頂升系統，該頂升系統通過對液壓變頻調速的控制以及對壓力和位移閉環的自動控制，以達成多點力均衡控制，進而對頂升的梁體施行稱重、同步頂升、同步下降，對大跨度鋼梁施工實例的研究分析總結，通過對鋼箱梁頂推落梁施工概念與原理做簡單介紹，重點分析頂推落梁施工具體工序，提出頂推落梁施工相關注意問題，為類似施工積累經驗。

關鍵詞：鋼梁落梁；施工工藝；注意事項；保障措施

1 工程概況

北京市中低速磁浮交通示范線永定河鋼梁為03標段四道橋至金安橋區間第18#～24#（里程K6+428.875～K6+851.275），全長422.4m。每跨橋長由小里程到大里程分別為78m、84mA、84mB、84mC、54m、38.4m，由于沿頂推線路方向為22‰的上坡，所以84mC、54m、38.4m鋼梁需要落梁，其余鋼梁需要抬梁施工，78米簡支鋼箱拱梁重約997t，84米簡支鋼箱拱梁重約1100t，54米簡支鋼槽型梁重約631t，38.4米簡支鋼格構梁重約396t。

2 落梁總體施工工藝

本工程涉及的梁跨不同，噸位不同，以54m及38.4m簡支梁為例闡明運用同步頂升系統，利用液壓變頻調速控制以及壓力和位移閉環自動控制的方式，達成多點力均衡控制，對頂升的梁體進行稱重、同步頂升、同步下降完成鋼梁落梁施工。

回落22#、23#、24#三個墩柱上兩孔鋼箱梁首先采用整體調坡下落的方式回落至統一標高后再整體平衡下落的方式施工，回落及頂升施工均采用PLC液壓同步控制系統控制液壓設備進行整體回落或頂升；本次落梁最大高度為24#橋臺處落梁2.33m。

3 落梁及支座安裝施工流程

施工準備→安裝頂梁鋼支撐、千斤頂→千斤頂頂升→拆除滑梁→橫移滑道梁→安裝臨時支撐→交替落梁→精準對位→安裝支座→澆筑灌漿料→拆除落梁系統。

3.1 安裝頂梁鋼墩、保護墩及千斤頂

3.1.1 落梁支撐布置

梁體的每端設鋼支撐6個，其中4個是落梁鋼支撐、2個作為臨時支撐，鋼支撐采用12mm壁厚鋼板焊接而成，鋼支撐直徑為500mm，單節高度分別為1000mm，500mm，200mm、100mm四種規格，能夠滿足落梁需求。為保證鋼支撐穩定，鋼支撐與墩頂之間采用膨脹螺絲連接，鋼支撐與鋼支撐之間采用螺栓連接，并且將鋼支撐四周采用[10槽鋼焊接為一個整體。

上下節鋼支撐之間使用栓接、鋼管支撐與承臺之間使用栓接、鋼管支撐之間采用型鋼焊接牢固。通過以上措施能夠保證支撐結構有良好的整體性，避免橋梁因頂升有可能發生的滑移使支撐體系失穩破壞。

3.1.2 落梁鋼支撐安裝

鋼支撐采用機械配合人工施行安裝。在安裝時需嚴格控制鋼支撐的垂直度不能超過0.5%。鋼支撐在調整其垂直度時，先在其底部用薄厚不一的小鋼板進行調整，當垂直度達到要求后，通過膨脹螺絲的方法與承臺連接，膨脹螺栓數量不小于6個，支撐底法蘭盤與承臺間的縫隙用高強灌漿料灌注填實整平。

3.1.3 千斤頂及頂升系統選型

落梁千斤頂的額定起重能力應大于實際起重總量的1.3倍，以保證不平衡受力時的安全，本工程采用兩種規格的頂升千斤頂：200噸千斤頂本體高度為360mm，底座直徑為275mm，行走量程為140mm，200噸千斤本體高度為472mm，底座直徑為324mm，行走量程為240mm。

千斤頂選用球頭可以旋轉的液壓千斤頂，球頭頂部旋轉角度最大可達5度。頂升時隨著坡度的變化，液壓千斤頂與上部結構物由垂直變成不垂直，此時千斤頂頂部的球頭隨著梁體坡度的變化自動調整缸頂的球頭。采用此帶球頭的千斤頂能夠解決頂升過程中由于坡度變化引起的千斤頂與梁體不垂直對鋼梁結構產生的局部應力的問題。此種裝置是調坡落梁的關鍵技術之一。

本工程38m及54m鋼梁共計重約997噸，落梁作業配置8臺QYS200t豎向千斤頂，每個落梁支墩上設置2臺，總頂力1600噸，安全儲備系數為1.6，滿足規范要求。落梁系統采用國內先進的PLC液壓同步控制系統進行落梁控制。液壓控制系統型號為CWS-01CWS-02，液壓泵站型號為SHPS-T-P4-F3.8-P28-V500-T。

3.2 千斤頂安裝

將千斤頂倒裝在梁底，避免了落梁達到一定程度時拆卸千斤頂的工序。在安裝前，首先將原有梁底的黃油清理干凈，然后在吊頂鋼板與梁底加入隔離層，增大千斤頂與梁底的摩擦力。

在鋼梁上根據吊頂鋼板四面槽口的位置來焊接螺桿，利用螺桿將吊頂鋼板固定在鋼梁上。因為本工程為調坡下落，在落梁過程中梁體會隨著落梁高度的減少而產生水平位移，因此在每回落一定的高度后將吊頂鋼板與鋼梁間使用楔形鋼板進行填塞，并將千斤頂移動至與鋼支撐中心重合的位置，并保持吊頂鋼板水平及千斤頂與鋼支撐垂直。

3.3 頂梁、拆除滑道梁

安裝落梁鋼支撐及千斤頂后，將鋼梁底頂起2cm，千斤頂由操作熟練的工人操作，并由技術人員統一指揮，嚴格控制監控測量同步施工嚴格監控測量同步情況。將2t重滑道梁分為上下兩塊進行分割拆除，單個滑道梁上塊重約0.7t，下塊重約1.3t，同時用螺旋千斤頂將滑道梁分塊側向反推至行走平臺上，吊車吊出。

在移除滑道梁之前首先需要對行走平臺進行加固，利用鋼管將行走平臺與墩柱進行連接，在內側墩柱上安裝反力牛腿（或在鋼梁外側焊接吊環），然后用螺旋千斤頂（或倒鏈）將滑道梁橫移，待滑道梁移出鋼梁后，使用吊機吊除。

3.4 限位裝置

由于橋梁調坡降落，梁體的水平投影會變短，在落梁同時梁體溫度變化也引起梁長的變化，頂升鋼支撐和千斤頂安裝誤差，過程中均會產生水平推力，為保證梁體的正常姿態和位置，保證落梁系統的安全及梁體的結構安全，需要設置橫向限位裝置，橫向限位設置在24#橋臺及滑道梁外側位置。橫向限位裝置采用在24#橋臺位置安裝型鋼制作，具體方法見下圖。

滑道梁拆除完畢后在支座位置安裝落梁臨時支撐，每端臨時支撐設置2個（84m梁設置4個），臨時支撐頂部距梁底≤3cm。

3.5 落梁

3.5.1 落梁原則

落梁時應安排專人觀察落梁支撐、臨時支撐，如發現安全質量隱患立即叫停落梁作業，及時查明原因并積極處理；采用兩端分別并聯的落梁千斤頂，千斤頂的規格、高壓油管的長度和直徑等需一致，確保終端壓力相同、同步頂升和停止，使頂升的梁端形成統一支點。

3.5.2 整體同步落梁施工方法

臨時支撐安裝完成后，靠外側落梁支撐千斤頂回油，臨時支撐頂起梁體重量，墩上操作人員按照梁體下落高度將落梁支撐上。

將墊塊調換成不同厚度組合鋼墊板；隨后千斤頂加壓將梁體頂升，使梁體遠離臨時支撐，墩上操作人員及時將臨時支撐頂層墊塊調換成不同厚度組合鋼墊板，而后將落梁千斤頂回油，使梁體回落至臨時支撐上，一個落梁循環結束。

22-24#墩落梁方法：第一階段：以22#墩（該墩設計落梁高度為51mm）為旋轉點，采用PLC液壓同步控制系統對梁體進行角速度一致的調坡落梁，當38.4m鋼梁與54m鋼梁落至水平位置時，停止落梁；第二階段：根據圖紙要求切割38.4m鋼梁與54m鋼梁間焊縫，將支座安裝完成后依次對38.4m鋼梁、54m鋼梁施行落梁施工，落梁施工流程圖詳見圖5。

3.5.3 縱坡調整

本工程根據原設計圖紙，梁體在調坡降落的過程中，會產生水平位移，如不采取有效措施進行調整，在降落過程中則會出現偏心受力的情況，同樣由于坡度變小，千斤頂和支撐之間會存有一定的間隙，會出現不均勻受力的情況，為了避免以上情況的發生，在工程施工過程中應注意以下卡控重點：①在吊頂鋼板與梁底間用楔形鋼板填塞，在落梁過程中隨著梁體旋轉角度的變化，楔形鋼板數量隨之變化；②由于在落梁過程中，梁體會產生一定的水平位移，所以千斤頂懸掛的鋼板上進行開孔，開孔形狀為長方形，長度比水平投影位移長出一部分，寬度大于螺栓的直徑大小，每頂升兩個行程，對千斤頂的吊頂螺栓進行一次調整，始終滿足千斤頂中心與鋼支撐中心相對，這樣就避免了出現偏心受力的情況；③頂升過程中采用PLC液壓同步控制系統進行調坡頂升；嚴格控制落梁高度分解，控制表如下：

3.6 支座安裝

梁體落至梁底距墊石接近支座上鋼板高度時，進行精確測量，保證梁底與支座上鋼板5cm垂直距離，以便滑動安裝支座。支座安裝前將支撐千斤頂，頂升脫離臨時支撐，對臨時鋼支撐分別拆除，拆除臨時支撐后對支座底及支座預埋孔進行清理，將支座用鋼管及水平放置的導鏈移至支座預埋位置，將支座利用梁底的導鏈吊起撤出支座下方滑移的鋼管同時安裝支座預埋螺栓，安裝好以后將支座調整好中心位置布置并對支座預埋孔及支座底部用灌漿料找平灌漿錨固。

如誤差超標則對鋼梁平面位置進行調整，調整時首先在臨時支撐上安裝滑動面，滑動面采用聚乙烯四氟板及不銹鋼板設置，然后將梁體回落臨時墩柱上，使用水平千斤頂對鋼梁位置進行調整，精確對位后落梁就位，最后灌漿錨固。

4 施工注意事項

4.1 鋼梁起落梁過程中，兩端操作人員必須統一指揮，同步頂升及降落。

4.2 鋼支撐與墩頂之間必須采用膨脹螺絲連接，鋼支撐底法蘭盤與承臺間的縫隙用高強灌漿料填實。鋼支撐與鋼支撐上下之間采用螺栓連接，鋼支撐與鋼支撐橫向之間采用型鋼焊接，以保證支撐結構有良好的穩定性并嚴格控制其垂直度不超過0.5%。

4.3 梁體頂落所使用的液壓千斤頂、油泵、壓力表等器具在使用前嚴格進行試驗，并配套使用，確保使用過程中千斤頂同步運行。千斤頂、油泵、有關接頭嚴防漏油現象，如有漏油應及時清理嚴禁流入支錨栓孔洞。千斤頂起落時應緩慢進行，幾臺千斤頂同時起落時必須保持同步。采用兩端分別并聯的落梁千斤頂，千斤頂的規格、高壓油管的長度和直徑等需一致，確保終端壓力相同（千斤頂升降時應緩慢進行，多臺千斤頂同時起落時應保持同步。采用端頭分別并聯的落梁千斤頂，并且規格、高壓油管的長度和直徑等需一致，確保終端壓力相同、同步頂升和停止，使頂升的梁端形成統一支點。

4.4 落梁過程中，由測量人員對鋼梁偏位、拱度、標高等實時監測，發現問題，立即停止落梁進行整改，根據觀測數據對梁體利用糾偏器及限位器進行糾偏及時調整落梁參數，確保落梁平穩安全準確。

5 落梁監控

5.1 監控目的

在梁體回落工程中，為避免各千斤頂頂升速率差異造成的梁體位移差，杜絕梁體結構損傷，進一步控制頂升及落梁施工安全質量。通過在橋梁上布置多個監測點，設置預警值及極限值并實時監測觀測值變化量，判斷梁體頂升及落梁外力作用狀態，以便及時、主動地采取措施降低或消除不利因素的影響，確保結構的安全，與PLC控制液壓同步系統相結合形成雙重控制。為確保施工控制萬無一失，施工監測監控應貫穿于頂升及落梁全過程。

PLC液壓控制液壓同步系統，保證千斤頂承受負載不失控，并通過系統中的位移檢測裝置及壓力變送器在千斤頂移動時精準的測定負荷及實時位移，從而精準控制梁體頂升。

5.2 監測的內容

施工監控主要包括：支撐體系觀測、橋梁頂升高度、臨時支撐系統監測三大方面，具體如下：支撐體系觀測；梁底標高感測；梁體橫向位移觀測；頂升系統垂直度觀測；頂升監測監控實施；梁體底標高監測。

梁底標高的測量是控制頂升標高與各組千斤頂間同步性的重要檢測指標，梁體頂升過程中，在梁底標高相應位置安裝拉線傳感器，并將數據反饋到PLC控制系統，實現實時監測，便于及時調整各組千斤頂的頂升速度。

在梁端相應位置固定鉚釘或膨脹螺絲作為指針，在臺背指針相應位置固定鋼尺，頂升結束后，專業人員對數據統計比較，并與PLC液壓控制系統拉線傳感器傳達至電腦中的數據進行對比。

5.2.1 頂升支撐垂直度觀測

落梁支撐安裝完畢后，在每根鋼支撐上布置一個觀測點，在落梁施工中運用全站儀對鋼支撐的垂直度進行監測。

5.2.2 頂升系統加固點監測

每節段針對頂升系統加固點指派專業人員進行巡視觀察監測，發現問題及時向總指揮報告請示。

5.2.3 數據觀測采集

頂升工程分段進行，待千斤頂鎖定后，分組采集豎、縱向數據，分析梁體形態、頂升受力變化，一切正常方可繼續頂升。

6 結束語

鋼梁的落梁施工安全風險高、質量控制難、施工作業面受限等不利條件，本工程充分利用同步頂升系統利用液壓，通過前期工程調查、施工案例的分析結合施工現場的實際情況，施工使用PLC控制液壓同步系統有效的達到了頂梁的同時、還實現多點同步升降、保持力均衡的施工目的，順利完成鋼梁的落梁施工。本文通過總結了落梁過程中使用PLC控制液壓同步系統完成鋼梁頂、落，施工控制、安全質量控制及過程監測，可作為后續類似工程施工參考依據。

參考文獻

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（作者單位：中鐵六局集團北京鐵路建設有限公司）