鋼混組合工字鋼梁架設施工技術

鐘 長 海

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

鋼混組合工字鋼梁是近幾年交通運輸部極力推廣的橋梁結構，屬于新技術應用范疇，其與傳統的鋼筋混凝土預制T梁相比具有自重輕、結構受力條件較好、能夠提高國家鋼鐵戰略儲備等特點。常規使用的組合工字鋼梁的架設方法主要有汽車吊法(要求作業場地平整，起吊高度有限)、橫向頂推法(要求在橋跨部位搭設臨時支架，起吊設備分片吊裝拼接)。

由我公司承建的太行山高速公路是河北省太行山區重要旅游通道組成部分，是連接河北省省會與冀中南經濟區中邢臺、邯鄲兩市的快速交通走廊，邢臺段全線長約83.7 km，雙向四車道，整體路基寬約25 m，雙向四車道設計。主線大中橋梁共計97座，其中,大百工1號大橋、東牛莊大橋、東柏山大橋、沙河1號大橋、沙河2號大橋、沙河3號大橋等6座橋梁上部構造均采用鋼混工字組合梁結構，鋼材用量約2萬t。鋼混工字組合橋梁主要技術參數見表1。

鑒于太行山高速公路鋼混組合工字鋼梁橋多處于地形陡峻的山區，最大墩柱高度達70多m，采用以上常規施工方法在該工程中無法實施。項目部經研究決定，采用組合工字鋼梁專用架橋機進行單跨分兩聯兩次架設完成，解決了目前常規架設施工技術無法實施的問題，施工安全可靠，工效較高。筆者介紹了具體的施工技術。

表1 鋼混工字組合橋梁技術參數表

2 設計參數

橋梁跨徑40 m，組合梁橋面寬度分2×12.22 m和2×12.75 m兩種。現澆橋面板為鋼筋混凝土結構，橋面板下設6 mm厚永久鋼模板形成組合結構。鋼混工字組合梁采用4片工字鋼，由2片外主梁和2片內主梁組成，實腹式工字型結構。鋼主梁之間通過橫梁和橫向聯系加強其橫向聯系，端橫梁、中橫梁采用實腹式橫梁，焊接工字形截面[1]；橫向聯系采用框架式橫梁。鋼梁中心線處的梁高為2.05 m，梁間距為3.3 m。

鋼橋梁分單幅一聯3×40 m和單幅一聯4×40 m兩種形式，一聯由三(四)個制作段栓接組成，其中A制作段長46.87 m，B制作段長40 m，C制作段長33.13 m。工字組合鋼梁通用結構見圖1。

各制作段在鋼結構廠內分節制作、運輸，于橋位安裝現場分梁片組焊成一體，利用架橋機架設安裝。鋼梁架設步驟見圖2。

圖1 橋寬12.22 m鋼混組合梁標準橫斷面圖(跨中)

3 總體施工方案

根據太行山高速公路邢臺段總進度計劃，各鋼橋需全線同步展開安裝施工。由于6座橋相距約34 km，且工程地點為太行山區，所處地形起伏大，不便于吊裝施工。考慮到鋼橋特點和工期要求，6座鋼橋全部采用專用架橋機進行架設。

考慮到單個制作段尺寸大、重量大，施工便道無法滿足運輸要求，故將全橋鋼梁在工廠分節制作，運至橋頭路基臨時存放區，用吊機組拼工字鋼梁，然后將其吊裝至軌道運梁平車運梁，送至前方架橋機架設[2]。該專用架橋機設計為前支腿為固定、縱向移動式步履式架橋機，根據現場施工場地條件、架設重量及鋼梁尺寸并結合架設施工安全性等要求，最終決定采用半幅兩次架設完成。

主要施工工序：

(1)工字組合鋼梁在工廠內分節段制作，運至橋頭路基臨時存放區；

(2)搭建鋼梁拼裝平臺，利用門機或移動式汽車吊將分節段梁片拼焊成一體；

(3)安裝雙導梁步履式架橋機并完成過孔工況；

(4)吊機吊裝鋼梁至運梁平車運至架橋機

圖2 3×40 m鋼混工字組合梁架設步驟示意圖

下方；

(5)從橋頭一端往另一端架設鋼梁，用高強螺栓將每兩個梁段栓接為一體；

(6)吊機喂梁，架橋機依次安裝鋼梁，先完成一幅面(左或右)的安裝，最終完成全部鋼梁的安裝。

4 架橋機的選型

考慮到6座橋梁的安裝高度及現場地形條件，全部采用專用架橋機架設法進行鋼梁的安裝。鋼梁制作段在梁場進行拼接，制作段拼接后分梁片進行架設，在橋上完成中間梁片端橫梁、中橫梁的焊接和橫向連接系的栓接[3]。

鋼梁各制作段分梁片進行架設，各制作段中的最大架設單元尺寸及重量見表2。

表2 鋼梁分梁片制作尺寸及重量表

表2的數據顯示，A制作段梁片為最大單元件，最大架設單元尺寸為46.87 m×3.9 m×2.4 m，最大架設單元件重量約為72 t。

為方便架橋機過孔并確保架橋機過孔安全，選用長度78 m以上的架橋機，起重量在120 t以上，中托、后支腿設置橫梁和驅動電機，鋪設軌道驅動架橋機前移過孔。

該項目選用的架橋機為非標準型產品，為提高架橋機使用范圍、滿足后續其它工程項目亦可使用，選用了起吊能力為2×40 m/180 t的專用橋架機。

架橋機前支腿支撐在蓋梁擋墻上，中心距為11.3 m。中支腿自帶橫移系統和縱向驅動系統，位于已架設的鋼梁上，中心距為11.3 m。為便于架橋機過孔，設置中托和后支腿過孔軌道，軌道中心距為9.9 m，與運梁車共用軌道。

4.1 架設順序

(1)該工程項目鋼梁長度標準不統一，一聯之內A段、B段鋼梁懸出橋墩6.87 m，段間接縫未處于蓋梁中心且鋼梁幅面寬度幾乎等同于蓋梁內開襠尺寸，架橋機前支腿無法布置于蓋梁梁面上，只能考慮布置于蓋梁兩側的擋塊上。

(2)設計專用架橋機的支腿跨距等同于蓋梁擋墻中心距，前支腿為固定形式(標準型式為帶橫移軌道)。

(3)單幅鋼梁的架設順序。單段鋼梁分三次架設，先架設1-2號梁片，再架設3-4號梁片，最后架設中間的端梁、中橫梁和橫向聯系，吊裝順序見圖3、4。

圖3 架設1-2號梁片示意圖

圖4 架設3-4號梁片示意圖

(4)先完成單幅面鋼梁的架設，再將架橋機退回至起點，并通過橫移軌道將架橋機移至另一幅面進行鋼梁的架設。

4.2 架橋機前支腿受力分析

(1)鑒于該方案架橋機為非標準產品，故需對其前支腿最大承重進行驗算(吊梁時吊點不對稱，分梁片吊裝時前支腿受力不對稱)。吊裝方式、受力情況見圖5、6。

(2)鋼梁分梁片架設，選用40 m/180 t架橋機，自重約140 t，單個前支腿最大受力約為：N=140/4+43.2×8.95/11.3=69.2(t)。

(3)對前支腿受力情況進行分析，對擋塊混凝土抗壓強度進行驗算。查C30混凝土抗壓強度設計值fc=14.3 N/mm2。單根前腿與擋墻的接觸面積為：300 mm×300 mm=90 000 mm2，因此，其對擋墻的壓強為：

f=69.2×104/90 000=7.7(N/mm2)

抗壓強度滿足使用要求。

4.3 運梁平車的選型

運梁平車采用自行式軌道平車，在架橋機生產廠家訂做，軌距9.9 m，載重120 t。前后車輪組設置驅動電機，通過軌道將梁片從梁場運輸到橋位。

5 鋼梁安裝的施工方法

5.1 總體施工工藝流程

鋼板組合梁采用40 m/180 t 架橋機逐跨安裝。6座橋均在橋端部設置鋼梁組拼場地并為架橋機拼裝提供作業面。拼裝場內設置龍門吊，鋼梁節段利用龍門吊在拼裝場內拼接為一體，然后利用運梁平車經橋面運輸至架橋機架設區域，采用架橋機拼裝完成。

考慮到架橋機的架設能力及架橋機支腿需要立在擋塊上，因此，架橋機在架設時需先進行左邊兩根梁整體的架設定位，然后進行右邊兩根梁的架設定位，最后安裝中間橫向聯系。一跨拼裝完成后縱移至下一跨開始鋼板組合梁的架設[4]。

5.2 架橋機的組拼

雙導梁步履式架橋機由主梁總成、前支腿、中支腿、后支腿、前天車、后天車、電氣系統和液壓系統等幾部分共同構成一個完整的承載結構體系。

圖5 架橋機安裝工字鋼梁圖

圖6 架橋機安裝工字鋼梁最不利受力示意圖

架橋機屬重型橋梁架設設備。為保證架橋機的正常工作，必須對照廠家使用說明書的相關內容并嚴格依據現行相關規章制度進行拼裝操作。

5.3 鋼梁的現場拼裝

工字組合鋼梁分節段從廠家運至橋頭路基臨時存放區。利用工字型鋼梁段拼裝專用胎架進行工字型鋼梁的兩兩二次拼裝。安裝兩個工字型鋼梁之間的橫梁和橫向連接系及鋼模板。拼裝完成后的工字型鋼梁需進行外形尺寸及工字型鋼梁相關參數(預拱度、平面線形、橫坡等)的驗收并需合格。焊接工字型鋼梁對接縫和橫梁對接縫及鋼模板對接縫。探傷工字型鋼主梁對接縫和橫梁對接縫。探傷合格后，進行工字型鋼梁整體涂裝處理。安裝螺栓連接板，橋位工字型鋼梁段通過高強螺栓連接[5]。

5.4 運梁平車及軌道的安裝

運梁平車采用自行式軌道平車，軌距9.9 m，載重120 t。運梁平車軌道布置于已安裝的鋼梁中間兩片工字梁頂部，軌道底部按間距90 cm布置枕塊，枕塊采用倒扣箱形結構，長度為50 cm，箱內高度以高出剪力釘高度為宜(≥24 cm)。運梁平車軌道采用P43軌，連接梁場運梁軌道并與之同軌距、同高程布置。

5.5 架橋機過孔

架橋機過孔以生產廠家的說明書為準，簡要過孔步驟為：

(1)架橋機拼裝完畢，檢查各機構的運轉情況，查看旋轉機構轉向是否正確。將主梁調節至水平狀態，做好過孔準備。

(2)架橋機前支腿及后支腿同時頂升，使架橋機主梁脫離中托系統。

(3)架橋機中托系統自動行走至前支腿后方，然后將前后支腿液壓系統下落，使主梁落至中托系統反拖輪組上。

(4)鋪設鋼軌，架橋機前腿提升，天車移至尾部，橋機準備過孔。

(5)架橋機通過后支輪箱組和中托反拖輪箱組的驅動自平衡過至下一孔，同時利用中托橫移系統做橫向調整至橋墩正上方完成過孔。

5.6 工字鋼梁的架設

采用運梁小車將鋼梁運至架橋機架設位置后，用架橋機前天車將工字型鋼梁在前吊點處提升，使其脫離前運梁平車。架橋機前天車與后運梁平車配合送梁前行，直至工字型鋼梁后吊點進入后天車可起吊作業面，后天車吊起鋼梁。架橋機前后天車配合前行將工字型鋼梁吊至待架設位置。架橋機前后天車配合利用天車橫移系統將工字型鋼梁安裝就位。至此，鋼梁架設完成。

重復以上步驟完成整個橋位工字型鋼梁架設。

6 實施效果評價

太行山高速公路邢臺段鋼混工字梁均采用專用架橋機架設，所完成的橋梁包括大百工1號大橋、東牛莊大橋、東柏山大橋、沙河1號大橋、沙河2號大橋、沙河3號大橋等6座橋梁，工字梁鋼材用量約2萬t，實施工效可達兩天一跨，滿足工期要求。

7 結 語

該組合鋼混工字鋼梁采用專用架橋機進行施工，屬施工技術創新，解決了目前常規施工技術存在較大風險、施工周期長、施工成本太高而無法滿足要求等問題。該專用架橋機取得的有益效果是：該設備施工工效高、結構合理、制造工藝通用、安全可靠、移動靈活、安拆方便，滿足施工要求。該組合工字梁架設施工工藝與現行施工技術相比，可以減少汽車吊安裝施工平臺修筑、橫向頂推安裝搭設臨時支架工程量、減少焊接高空作業等，為類似工程的安裝施工提供了一種思路，值得借鑒。