高速鐵路特大橋鋼橫梁吊裝關(guān)鍵技術(shù)研究

張彥軍

（中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

在現(xiàn)階段，因鋼橫梁具有主梁跨度大、外觀線性流暢、受力性能好、剛度大、結(jié)構(gòu)自重輕等優(yōu)勢，故而在特大橋施工中得到廣泛應(yīng)用。隨著高速鐵路建設(shè)里程的不斷增加、鋼橫梁跨度的不斷擴(kuò)大，致使跨路施工難度系數(shù)不斷上升[1]。為保證鋼橫梁吊裝施工順利進(jìn)行，避免或減小對施工現(xiàn)場周邊環(huán)境的影響，施工單位需熟悉與掌握鋼橫梁吊裝關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

某高速鐵路工程，位于山西省朔州市，其中馮村跨韓原鐵路特大橋起訖里程為DK16+641.87—DK32+868.25，全長為16226.38m，線路在DK23+944.45 處上跨韓原鐵路（下行52km+175m），交叉右角為171°01′00″；交叉處既有鐵路為路基，填土高度為5m 左右，采用6～24m 框架墩簡支梁跨越，鋼橫梁跨度為30m。224#～229#框架墩采用φ1.25m 鉆孔樁基礎(chǔ)、雙層承臺，框架墩墩身高度為13m，鋼橫梁采用廠內(nèi)分段加工，運輸至現(xiàn)場拼裝完成后使用1000t 履帶吊整體吊裝架設(shè)。

2 施工重難點分析

第一，該結(jié)構(gòu)上跨韓原鐵路，韓原鐵路屬于太原鐵路局干線，承臺結(jié)構(gòu)侵入韓原鐵路路基邊坡，其中230#墩承臺鋼板防護(hù)樁距離加強線只有1.06m，施工難度大，安全風(fēng)險高[2]。

第二，在該高速鐵路工程中，框架墩橫梁采用鋼結(jié)構(gòu)，224#～229#墩鋼橫梁跨度為30m，鋼橫梁為單箱帶肋截面，224#、226#～229#墩鋼橫梁箱內(nèi)寬為3200mm，箱內(nèi)高為3500mm，225#墩鋼橫梁箱內(nèi)寬為4440mm，箱內(nèi)高為3500mm。墩頂區(qū)域的鋼橫梁底板開孔，墩柱主筋從底板穿入延伸至鋼橫梁頂板，施工方法為鋼筋從鋼箱內(nèi)向下穿過底板與墩柱對應(yīng)鋼筋連接。綜上，鋼橫梁單片重量、跨度大，廠內(nèi)制作、運輸、現(xiàn)場拼裝及吊裝施工難度大，安全風(fēng)險高。

3 鋼橫梁吊裝關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 鋼橫梁制作施工技術(shù)

3.1.1 施工流程

針對該工程的現(xiàn)場情況、鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點、道路運輸情況，采用分節(jié)段制作，廠內(nèi)節(jié)段拼裝合格后，運輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝的總體施工方案[3]。具體施工流程如下：

設(shè)計交底、圖紙會審—鋼箱梁分塊方案（報設(shè)計單位、監(jiān)理單位批準(zhǔn)）—編制原則工藝—統(tǒng)計材料、鋼材訂貨—材料進(jìn)場復(fù)檢—焊接工藝評定—編制施工組織方案（報監(jiān)理單位、業(yè)主單位審批）—胎架制作—廠內(nèi)加工—（胎架上）廠內(nèi)預(yù)拼裝—廠內(nèi)涂裝—（監(jiān)理單位、業(yè)主單位）廠內(nèi)驗收—產(chǎn)品運輸、拼裝、防護(hù)—吊裝—工地焊接—工地涂裝補修—（設(shè)計單位、監(jiān)理單位、業(yè)主單位聯(lián)合）竣工驗收。

3.1.2 鋼橫梁制作

鋼橫梁制作應(yīng)依次完成底板單元、頂板單元、腹板單元、隔板單元，最后組裝完成。組裝與焊接是鋼橫梁制作的關(guān)鍵工序，其工藝的合理與否直接關(guān)系著鋼橫梁的制作質(zhì)量和進(jìn)度[4]。鋼橫梁采用“倒裝法”制作，即組裝按照“胎架檢測—頂板單元—橫隔板—腹板單元—底板單元—剪力釘”的組裝順序進(jìn)行。鋼橫梁的具體制作內(nèi)容如下[5-6]。

一是在胎架上定位頂板單元，并用馬板將頂板單元與胎架固定，并檢測頂板與胎架的密貼度。二是按照頂板上隔板位置線組裝隔板，保證隔板縱橫向位置和垂直度等項點滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。三是按照頂板上腹板位置線組裝腹板，保證腹板縱橫向位置和垂直度等項點滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。四是組裝尺寸檢查合格后，焊接隔板與頂板、腹板之間的焊縫。五是組裝底板單元，保證底板縱向位置和平面度等項點滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。組裝尺寸檢查合格后，焊接底板與隔板、腹板之間的焊縫，并修整焊接變形。六是按剪力釘布置線組裝箱內(nèi)及箱外側(cè)剪力釘。組裝端封板，并焊接與頂、底、腹板的焊縫。修整焊接變形。

3.1.3 鋼橫梁涂裝

廠內(nèi)涂裝時，現(xiàn)場焊接部位兩側(cè)各留指定寬度（一般為50mm）不涂裝，采取保護(hù)措施，待現(xiàn)場焊接完畢并經(jīng)檢驗合格后再進(jìn)行補涂。

各道涂料之間的涂裝間隔時間應(yīng)滿足涂料說明書要求，上一道油漆干燥后方可涂裝下一道，涂裝后4h 內(nèi)不得淋雨。

3.2 鋼橫梁現(xiàn)場拼裝施工技術(shù)

鋼橫梁現(xiàn)場拼裝施工技術(shù)要點具體包括：一是在胎架上定位鋼橫梁節(jié)段，并調(diào)整預(yù)拱度；二是組裝剩余節(jié)段，匹配件復(fù)位同時檢測兩塊體之間縱橫基線對位精度，檢測合格后接口間采用馬板臨時固定；三是施焊節(jié)段頂、底、腹對接縫；四是采用熱矯正工藝，修整焊接部位的局部變形；五是對油漆損傷部位進(jìn)行打磨，清除表面污染物，進(jìn)行油漆補涂裝；六是針對天窗點內(nèi)上跨鐵路施工風(fēng)險高、時間緊等問題，對鋼橫梁附屬工程施工工序進(jìn)行優(yōu)化。鋼橫梁吊籃、圍欄、泄水管、墊石全部在吊裝之前完成施工[7-9]。

3.3 鋼橫梁吊裝施工準(zhǔn)備

3.3.1 場地布置及吊機選擇

（1）場地布置

依據(jù)工程特點，為滿足鋼橫梁拼裝、吊裝需要，依據(jù)設(shè)計圖紙要求，在韓原鐵路左線設(shè)置吊裝場地。

（2）吊機選擇

由構(gòu)件重量表可知，鋼橫梁吊裝重量為276.4t（225#），考慮1.4 的安全系數(shù)，選用1000t 履帶吊的超起工況，主臂長為78m，旋轉(zhuǎn)半徑為32m，超起半徑為27m，超起重為500t，車身壓重為96t，轉(zhuǎn)臺配重為210t，查吊機性能參數(shù)表可知，在此種工況下履帶吊載荷為482t，載荷安全系數(shù)為482/276.4=1.74，大于1.4，滿足規(guī)范要求。

（3）履帶吊組裝及拆除

履帶吊在229#墩柱處進(jìn)行拼裝，從229#鋼橫梁開始吊裝，依次進(jìn)行，直到224#鋼橫梁吊裝結(jié)束之后，在223#～224#墩柱處進(jìn)行拆除。

按照對應(yīng)工況組合吊車并驗收備案：1000t 履帶吊按490t 超起配重安裝相應(yīng)的配重構(gòu)件，施工現(xiàn)場配備一名特種起重設(shè)備維檢員（需具備熟練檢查及維修1000t 履帶吊的相應(yīng)資質(zhì)），吊車操作人員必須取得特殊工種資格證并持證上崗。當(dāng)履帶吊安裝完畢，經(jīng)調(diào)試運轉(zhuǎn)正常后，進(jìn)行自檢驗收，合格后通知監(jiān)理部門進(jìn)行驗收，檢查結(jié)果形成檢查驗收記錄并由檢查小組、監(jiān)理部門簽字確認(rèn)，同時該履帶吊還需要報當(dāng)?shù)卣畬I(yè)部門進(jìn)行檢測、認(rèn)定、備案，并取得地方特種設(shè)備監(jiān)督管理部門頒發(fā)的《安裝驗收檢驗報告》和《安全檢驗合格證》，方可投入使用[10-11]。

3.3.2 施工平臺

鋼橫梁吊裝及墩頂臨時支座施工時搭設(shè)施工平臺，沿墩柱四周搭設(shè)雙排盤扣式支架，間距為90cm 和120cm，鋼橫梁下方工作平臺設(shè)置高度為1.2m 的安全護(hù)欄。

3.3.3 地基處理

（1）地基承載力計算

ZCC16000/27Z 履帶起重機履帶輪跡范圍鋪設(shè)路基箱。1000t 履帶起重機吊裝框架墩鋼橫梁時的地基承載力計算如下：

一是1000t 履帶起重機履帶寬度為1.83m、長度為12.37m。每個履帶下鋪墊5 塊路基箱，規(guī)格為3m×6m×0.25m。

1000t 履帶起重機吊裝工況下對地面的荷載：

式（1）中：G1 表示吊車自重（主臂長為78m，增加45m超起桅桿，車身壓重為96t，轉(zhuǎn)臺配重為210t，500t 型吊鉤重為7.4t），G1=813.4t；G2 表示超起配重，G2=500t；G3 表示鋼橫梁重量+墊石+吊具（最重梁段），G3=276.4t（225#墩）。

二是受力面積：

鋪墊在履帶下面的路基箱面積計算：

式（2）中：a 為墊板寬度，a=3m；b 為墊板長度，b=6m；c 為路基箱數(shù)量，c=5。

三是承載力：

結(jié)論：驗算鋼橫梁吊裝時履帶吊站位區(qū)域地基承載力不小于86.5kPa，履帶吊走行區(qū)域地基承載力不小于44kPa。

經(jīng)現(xiàn)場地基處理后承載力檢測試驗最低為236kPa，最低安全系數(shù)為2.7。

（2）地基處理措施

在原地面基礎(chǔ)上進(jìn)行分層填筑碾壓，其地基承載力為260kPa；鋼橫梁吊裝時的履帶吊站位區(qū)域采用25cm 路基箱+30cmC30 混凝土；履帶吊行走區(qū)域采用25cm 路基箱。

3.3.4 結(jié)構(gòu)復(fù)測

對框架墩結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)測，包含高程、里程、偏距、軸線等是否滿足設(shè)計要求，如偏差較大，則需采取相應(yīng)措施保證鋼橫梁的安裝精度。復(fù)核鋼橫梁的幾何尺寸、焊縫的外觀質(zhì)量及吊耳的質(zhì)量。復(fù)核鋼橫梁與所對應(yīng)的框架墩是否匹配及鋼橫梁安裝方向是否正確。

3.3.5 照明燈具布置

主要施工燈具采用800W 探照燈8 臺，當(dāng)?shù)跹b229#墩鋼箱梁時，分別在224#墩布置2 臺，226#墩1臺，228#墩1 臺，229#墩4 臺。

3.3.6 鋼橫梁接地措施

框架墩墩頂外包鋼板和接地筋焊接時，必須現(xiàn)場測量其電阻，符合要求后，方可進(jìn)行下一道工序；當(dāng)鋼橫梁吊裝就位后，鋼橫梁和外包鋼板采用焊接的方式進(jìn)行臨時固結(jié)，通過焊接鋼橫梁和接地體系連為一體；焊接完成后檢測電阻是否滿足要求，之后進(jìn)行下一道工序施工。

3.3.7 電纜保護(hù)

經(jīng)現(xiàn)場排查，施工范圍內(nèi)鐵路電纜外漏部分已全部用砂袋覆蓋，無墜落物損毀風(fēng)險。

3.3.8 其他施工準(zhǔn)備

其他施工準(zhǔn)備包括：第一，為了安全施工，現(xiàn)場設(shè)置照明燈及監(jiān)控設(shè)備，發(fā)電機應(yīng)急待命；第二，檢查路基箱是否受損；第三，召開施工點前協(xié)調(diào)會、預(yù)備會。

3.4 鋼橫梁吊裝施工技術(shù)

該高速鐵路框架墩鋼橫梁吊裝共計6 榀，分別為224#、225#、226#、227#、228#、229#鋼橫梁。根據(jù)鋼橫梁的自身重量及現(xiàn)場吊裝的工作半徑、吊裝高度，確定采用1000t 履帶吊進(jìn)行施工。計劃用6 個Ⅱ級天窗點（當(dāng)日23：30—次日1：30，具體以批復(fù)計劃為準(zhǔn)）進(jìn)行吊裝作業(yè)，每次吊裝結(jié)束，履帶吊趴桿后走行。焊接、涂裝、試吊等工序按鄰近營業(yè)線B 類施工。

3.4.1 吊裝順序

跨韓原鐵路鋼橫梁吊裝施工，先吊裝229#鋼橫梁，再依次吊裝228#、227#、226#、225#、224#鋼橫梁。

3.4.2 鋼橫梁吊裝安排

（1）鋼橫梁吊裝前總體安排

鋼橫梁吊裝前需要利用框架墩施工點完成框架墩復(fù)測、臨時支座安裝、臨時操作平臺安裝等準(zhǔn)備工作。

（2）鋼橫梁吊裝作業(yè)程序

一是超起配重進(jìn)場即擺放至229#鋼橫梁吊裝時超起配重掛鉤位置，并組裝完成。

二是試吊：履帶吊走行至229#鋼橫梁吊裝區(qū)—轉(zhuǎn)臂至229#鋼橫梁上方（制梁位置）—鋼橫梁掛鉤—超起配重掛鉤—229#鋼橫梁起吊至離地1m—向遠(yuǎn)離鐵路線方向轉(zhuǎn)臂5m 后靜止并持荷30min—大臂回轉(zhuǎn)—將鋼橫梁擺放至原位置（制梁位置）—超起配重落地摘鉤—鋼橫梁摘鉤—履帶吊轉(zhuǎn)臂至順線路方向—大臂放下—試吊結(jié)束。

三是229#鋼橫梁正式吊裝：接觸網(wǎng)停電—履帶吊大臂起臂—轉(zhuǎn)臂至229#鋼橫梁上方（制梁位置）—鋼橫梁掛鉤—超起配重掛鉤—橋上防護(hù)人員就位—鋼橫梁起吊至指定高度—下達(dá)轉(zhuǎn)臂命令—轉(zhuǎn)臂至229#框架墩上方—落梁—就位—臨時固結(jié)鋼橫梁—超起配重摘鉤—鋼橫梁摘鉤—轉(zhuǎn)臂至順線路方向—大臂放下—229#鋼橫梁吊裝結(jié)束—履帶吊行走至下一片鋼橫梁吊裝位置依次吊裝—直至224#鋼橫梁吊裝完成。

4 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合高速鐵路工程實例，詳細(xì)分析施工中的重難點問題，深入研究鋼橫梁吊裝關(guān)鍵技術(shù)，實踐證明，在高速鐵路特大橋工程施工中采用鋼橫梁吊裝施工技術(shù)，可加快施工速度，縮短施工工期，提高施工質(zhì)量。因此，應(yīng)積極推廣應(yīng)用鋼橫梁吊裝施工技術(shù)，并加強研究，以期進(jìn)一步完善該施工技術(shù)，為我國高速鐵路建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。