復雜海域橋梁小半徑鋼箱梁吊裝施工技術研究

張仰巖ZHANG Yang-yan

（中鐵十五局集團第二工程有限公司，上海 201713）

1 工程概況

杭甬復線濱?；ネㄔO計A-H共計8條匝道，最小曲線半徑160m，最大縱坡3.82%、橫坡6%?；ネ▍^匝道橋梁均采用鋼-混凝土組合梁。組合梁為槽口型結構，頂板寬0.6m、0.8m，底板寬2.1m、2.6m和3.1m，鋼梁高有1.2m（20m跨徑）、1.4m（25～31m跨徑）、1.7m（40m、42m跨徑）、1.9m（45m跨徑）和2.1m（50m跨徑）。每個組合梁均為單室截面，鋼箱之間采用工字型鋼橫梁聯系，橫梁與鋼梁內橫隔板對應設置。因匝道橋多為小半徑曲率段且縱橫坡度較大，使得小半徑鋼箱梁在吊裝時所產生的偏心力不但增加了作業難度和作業風險，匝道較大的縱坡和橫坡也對梁體臨時穩固措施及施工工藝提出了嚴峻考驗。同時該施工區域位于近海海域施，周邊環境復雜多變，進一步增加了施工作業難度及安全風險。

2 小半徑鋼箱梁吊裝方案

本項目多為匝道曲率段，且每聯橫坡也各不相同，一旦吊裝過程中定位出現偏差，箱體結構及橫梁對接將出現嚴重錯誤，對施工造成困難。因此必須對梁體吊裝機械設備及工藝工序進行認真規劃。

本項目采用履帶吊進行抬吊的主要有拼寬橋全部聯次、A匝道、D匝道、F匝道部分聯次和G匝道所有聯次，其中拼寬橋、A匝道第10聯，F匝道第6聯，需在中間設立支架，其余梁段均為運輸至橋址位置后整跨直接吊裝。A匝道第8聯A19-A20、第9聯A22～A23號墩、F匝道第7聯F20～F21號墩鋼梁用架橋機架設，其余全部為履帶吊吊裝，吊裝順序根據橋勢走向由低向高進行吊裝。本篇主要對匝道梁體跨度最大，半徑最小，吊裝最為困難的A匝道第A10聯為例對梁體吊裝及安裝工藝進行描述。

本工程A匝道第10聯為簡支梁結構，單片梁重63.5t，跨徑為50m，通過設計臨時支架分段吊裝。考慮構件的運輸及現場構件的安裝，本跨構件在加工廠進行分段加工，每根構件分兩段運往施工現場，現場在安裝對接位置立設臨時支撐。臨時支撐由混凝土基礎、鋼立柱和聯系桿件以及上部的分配梁和調節段組成?；A尺寸為4m×3.5m×0.5m，選用C30混凝土，鋼立柱選用Φ426×8鋼管（材質Q235B），縱橋向間距2m，橫橋向間距2.5m，斜撐和橫撐都采用雙拼[16#槽鋼（材質Q235B），斜撐和橫撐沿主肢高度方向按照每2m設置一道。

分配梁焊接在立柱頂上，分配梁為雙拼H型鋼，規格為HN400×200×8×13。分配梁上焊接有調節段，通過精確切割調節段的長度來控制臨時支撐的最終標高，調節段采用HW200×200×8×12熱軋H型鋼（材質Q235B）。詳見圖1。

圖1 臨時支撐結構示意圖

該梁吊裝時采用兩臺150t履帶吊進行抬吊作業。

3 吊裝設備受力計算

3.1 吊機選型計算

經過分析，該棧橋最大可上150t履帶吊，結合現場條件最遠構件離棧橋水平距離為13.5m，最近構件離棧橋水平距離為8.5m；最重梁段為63.5t，吊裝時采用兩臺150t履帶吊進行抬吊作業，考慮到D匝道橋的高度會影響吊機臂桿的角度，經放樣知，吊機需采用42m長壁桿，臂幅達14m才能跨過D匝道橋到達吊點位置。

經放樣知，吊車中心至最遠構件吊裝回轉半徑為14m，根據《建筑機械使用安全技術規程》（JGJ33-2012）要求：履帶吊采用雙機抬吊作業時，兩臺吊機起重性能應接近，必須安排專職信號工進行統一指揮，兩臺吊機所承擔的荷載應大致相等，起吊動作步幅應協調，起吊重量不得超過兩臺起重機在該工況下允許起重總和的75%，單機的起吊荷載不得超過允許荷載的80%，在吊裝過程中，兩臺起重機的吊鉤滑輪組應保持垂直狀態。

150t履帶吊14m回轉半徑，大臂為42m時起吊重量為48.9t，根據相關規范規定[1]：采用雙機抬吊作業時，起吊重量不得超過兩臺起重機在該工況下允許起重量綜合的75%，則此時起重量為（48.9+48.9）*75%=73.4t，根據相關規范規定：單機的起重荷載不得超過允許荷載的80%，則可知：48.9*0.8=39.1t，構件為水平起吊，兩端吊裝一樣，則為63.5/2=31.8t，雙機吊起重載荷為73.4t＞構件重量63.5t，單機吊起重荷載39.1t＞31.8t，綜上所述，此吊機選型滿足規范吊裝要求。詳見圖2。

圖2 履帶吊吊裝示意圖

3.2 吊裝鋼絲繩受力計算

抬吊時兩端各設兩個吊點，每個吊點采用單股鋼絲繩，并確保鋼絲繩豎直受力。根據有關規定[2]，吊車的動力系數取1.1，鋼梁最大吊裝重量按63.5t計算，則每根鋼絲繩的最大受力Pmax為：

Pmax=1.1×63.5/4=17.46t

選用鋼絲繩時，安全載重系數取6，鋼絲繩破斷拉力F需滿足：

F≥6×Pmax=6×17.46×9.8=1027kN

鋼絲繩根據有關規定[3]，選用6×36類鋼絲繩（纖維芯），鋼絲繩公稱直徑50mm，鋼絲繩級1870。鋼絲繩最小破斷拉力為：

F=1490kN＞1027kN，滿足節段吊裝的使用要求。

3.3 吊耳受力計算

臨時吊耳采用倒T型設計，吊耳底板為300×338mm鋼板，板厚30mm，通過6枚M22螺栓（10.9s級）和鋼梁頂板連接；耳板厚30mm，吊點處為半徑147mm圓弧板，中間開半徑45mm吊孔；耳板和底板之間采用全熔透連接，并設加勁肋加固。

圖3 吊耳設計圖

單個吊耳所受最大荷載Pmax=17.46t，活荷載分項系數為1.5，吊耳的設計荷載N為：

N=1.5×17.46×9.8=256.6kN

3.3.1耳板驗算

根據《鋼結構設計標準》，耳板孔凈截面處的抗拉強度σ按如下公式驗算：

式中，t為耳板厚度，此處，t=30mm；

b為連接耳板兩側邊緣與吊孔邊緣凈距，此處，b=147-45=102mm；

d0為吊孔直徑，此處，d0=90mm；

f為抗拉強度設計值，16～40mmQ355D鋼板抗拉強度設計值為295MPa。

計算得到b1=76mm。

耳板孔凈截面處的抗拉強度σ：

耳板受力滿足要求。

3.3.2 焊縫驗算

根據《鋼結構設計標準》，T形連接中，垂直與軸心拉力的對接焊縫，強度σ按下式計算：

式中，lw為焊縫長度，此處，lw=294mm；

he為焊縫計算厚度，此處取耳板同厚，he=30mm；

耳板和底板的焊縫強度σ為：

焊縫受力滿足要求。

4 鋼箱梁安裝主要工藝控制

4.1 鋼箱梁臨時固定措施

每個匝道橋在吊裝鋼箱梁時，由于其半徑較小，梁體偏心力較大，并且匝道縱向坡度和橫向坡度較大，上述原因影響可能會發生傾覆落梁，因此必須采取相應的措施進行控制。

在鋼箱梁就位后，可借助鋼梁防震擋塊作為輔助防落梁裝置，可以防止因橫坡較大造成的梁體橫向位移，同時采用在梁體兩端設置臨時支撐措施，防止因縱坡造成梁體滑移。（圖4）

圖4 梁體臨時支撐結構圖

4.2 梁體安裝工藝

梁段吊裝完成后，對梁段標高進行調整，及時完成工地連接（簡支轉換為連續）。填充墩頂及橫梁位置混凝土，綁扎橋面板鋼筋。連續梁三連跨，先澆筑跨中橋面板混凝土，后澆筑支點混凝土，待混凝土強度達到設計強度95%且不小于10天，按施工流程回落中支點，梁體落在永久支座上，支座錨固螺栓灌漿。連續梁四連跨，先不澆筑第2跨與第3跨之間的柱墩左右各10m范圍橋面板混凝土，其他梁跨橋面全部澆筑完成，待混凝土強度達到設計強度95%后，按施工流程回落第2跨與第3跨之間的柱墩頂支點，然后澆筑此墩左右各10m范圍橋面板混凝土。最后回落梁體落在永久支座上，支座錨固螺栓灌漿。

4.3 梁體焊接工藝

根據不同焊接方法（埋弧自動焊、氣體保護焊和手工焊）及不同焊接位置（平焊、立焊和橫焊），焊工須進行相應考試，合格后方能上崗作業，焊接工作應在培訓及認定范圍內進行。當焊工間隔6個月后重新進行該工作，需重新對其培訓及考核。

定位焊應選用E5015焊條或焊絲進行，焊接前需對焊件的外形尺寸、焊件間隙、焊件部位整潔度進行檢查，若不符合焊件定位條件則需不得進行定位焊件。點焊高度不宜超過設計焊縫厚度的一半，點焊長度宜為50～100mm，點焊間距宜為400～600mm，應填滿弧坑。如發現點焊上有氣孔或裂紋，必須清除干凈后重焊，焊角尺寸不得大于設計焊角尺寸的1/2。

5 施工注意事項

①雙機聯合吊裝時保證兩臺吊車所受合力不應超過每臺吊車單獨起升時的額定載荷80%?，F場指揮人員應全面管理起重機的聯合作業，操作人員應服從指揮人員進行操作。其他監護人員應把實時情況反饋給指揮人員，嚴禁其他監護人員指揮。

②項目部必須對高空作業人員進行必要的安全培訓，提高其高空作業安全意識，對作業人員出具紙面安全技術交底并簽字歸檔，讓施工人員認識到高空作業潛在風險以及防范要點[4]。

③加強施工區域氣象信息接收工作，惡劣氣候來臨前對施工現場的機械設備設施、材料等進行全面檢查，對于不能撤離轉移的機械設備，要立即檢查加固。

6 結束語

通過對小半徑鋼箱梁吊裝機械設備的選擇、吊裝工藝工序、鋼箱梁焊接工藝、梁體臨時穩固措施等方面進行了詳細規劃和嚴格把控，不但保證了梁體吊裝的安全性，而且也滿足了鋼箱梁的安裝精度及線性控制要求。同時也避免了復雜多變的氣候環境對施工的影響，加快了施工進度，提高了機械設備的使用率，降低了施工措施費用。通過現場實際應用，上述舉措在小半徑鋼箱梁吊裝施工中取得很好的效果，也為后續類似施工提供了借鑒和參考。