大跨徑公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)

宋安然，黎六州

（中交路橋建設(shè)有限公司鋼結(jié)構(gòu)分公司，北京 100024）

1 引言

當(dāng)大量新建的道路橋梁與已建成的道路設(shè)施交叉時，將會出現(xiàn)建筑上的問題，此時通過合理選擇公路橋梁結(jié)構(gòu)可以有效避免多個公路設(shè)施之間的位置沖突問題。近幾年，大跨徑鋼結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，應(yīng)用占比逐年增加。其中，吊裝施工是最為重要以及難度最大的一個施工環(huán)節(jié)。吊裝施工的質(zhì)量會直接影響到整個工程項目的質(zhì)量以及安全，因此，吊裝施工工藝的選擇需要根據(jù)實(shí)際工程情況以及施工條件科學(xué)制定。

2 工程概況

為實(shí)現(xiàn)對大跨徑公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工工藝的進(jìn)一步優(yōu)化，本文以某大跨徑公路橋梁建設(shè)項目為例，開展對鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工的設(shè)計研究。已知依托大型公路橋梁工程項目采用鋼結(jié)構(gòu)墩柱、鋼結(jié)構(gòu)蓋梁吊裝施工工藝。該橋為一座特大型高速公路橋，橋墩下面是一條正在運(yùn)營中的鐵路，交叉點(diǎn)為NHDK12+523，交叉角為12°，橋墩的中央跨徑為26.7 m，凈跨24.1 km。公路橋梁的鋼蓋梁是一種具有2.42 m 長、3.18 m 寬的箱形結(jié)構(gòu)。所有的橫梁都采用了“一”字形加強(qiáng)筋。其鋼頂梁的頂板和底板的厚度分別為26 mm 和22 mm。在鋼蓋梁安裝完畢后，需要在箱體上進(jìn)行鋼筋綁扎，然后將鋼蓋梁外包鋼板焊接。鋼結(jié)構(gòu)墩柱的橋墩采用C40 微膨脹混凝土。本項目施工現(xiàn)場兩側(cè)為公路、市政道路，場地狹窄，施工時間有限，無二次吊裝的可能。在吊裝前，對各關(guān)鍵部位進(jìn)行科學(xué)、合理的吊裝作業(yè)方案設(shè)計，確保鋼結(jié)構(gòu)墩柱、鋼結(jié)構(gòu)蓋梁的吊裝工作順利完成，使得軌道交通、城市道路不受施工影響。結(jié)合上述工程概況，對該工程中的鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。

3 大跨徑公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工

鋼桁架結(jié)構(gòu)是桁架中最堅固的一種，其具有剛度、強(qiáng)度、硬度較高的優(yōu)點(diǎn)，可以保障結(jié)構(gòu)耐用性和穩(wěn)定性，在工業(yè)建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-2]。為了滿足大跨徑公路結(jié)構(gòu)的要求，鋼桁架結(jié)構(gòu)的跨度也在逐漸增大，大跨度鋼結(jié)構(gòu)具有更高的設(shè)計靈活性，可以滿足大跨徑公路的不同使用需求。大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝一般采用滑移安裝、整體吊裝、懸掛吊裝、起重機(jī)吊裝等施工方式[3]。受大跨徑公路橋梁結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境因素的影響，鋼桁架結(jié)構(gòu)在吊裝過程中容易出現(xiàn)安裝不牢固、桁架傾斜、局部破壞等問題，影響鋼桁架的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工，應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、安裝場地條件、施工監(jiān)測和控制技術(shù)水平，合理設(shè)計吊裝方案，確保項目工程質(zhì)量。

3.1 起吊荷載計算與吊具選擇

針對上述工程項目，為充分滿足設(shè)計要求，選用吊裝方案是PM16 左幅鋼墩。該鋼墩高14.3 m，重42.36 t。施工現(xiàn)場必須平整、夯實(shí)后才能進(jìn)行吊裝，有些部位還要用水泥加固。根據(jù)式（1）計算起吊的荷載：

式中，Q1為吊裝荷載；Q 為分配到一臺起重機(jī)上的吊裝荷載；k1為動載荷系數(shù)；k2為不均衡載荷系數(shù)。

根據(jù)式（1）計算結(jié)果，確定該工程項目中的吊裝荷載。在吊裝左幅鋼墩時，應(yīng)選用160 t 等級的吊鉤，其自身質(zhì)量為5.21 t。卡環(huán)、鋼索總質(zhì)量為1.0 t。單根鋼箱梁的質(zhì)量最大，達(dá)到100 t。在單臺起重過程中，必須嚴(yán)格控制起重質(zhì)量，參照標(biāo)稱質(zhì)量，在90%以內(nèi)，即本次最大起重質(zhì)量為149.55 t。另外，因為安全起重質(zhì)量為126.88 t，動載荷系數(shù)為1.1，所以吊裝時不能超過鋼結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量，以此確保施工安全。

在進(jìn)行對鋼結(jié)構(gòu)的吊裝施工時，所需的吊具包括卸扣和吊耳。對這兩種工具，應(yīng)按照該項目施工要求進(jìn)行合理選擇。選用的卸扣參照其起重質(zhì)量的限制，即19 t，所以在吊裝時，選用了一種型號為S-BX22-12/8 的卸扣，該卸扣的載重能力為25 t，充分滿足此次施工要求的19 t 條件，可以進(jìn)行吊裝作業(yè)。鋼箱梁的質(zhì)量約為120 t，這包含了吊具的質(zhì)量，采用8 個吊點(diǎn)，能很好地保護(hù)鋼頂梁的形狀。每個懸吊位置的承載均應(yīng)小于19 t。

3.2 吊裝臨時支墩體系構(gòu)建與基礎(chǔ)處理

在本工程中，必須根據(jù)工程施工的實(shí)際情況，采用支架吊裝的方法進(jìn)行相應(yīng)的吊裝，并建立起一個臨時的支墩體系，確保吊裝能夠按照預(yù)期要求進(jìn)行。在進(jìn)行吊裝施工時，橋梁鋼結(jié)構(gòu)吊裝中的臨時支護(hù)應(yīng)作適當(dāng)?shù)脑O(shè)計。在進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)確保橋墩的施工質(zhì)量，并對鋼管質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制[4]。在托架上的鋼管和橫梁要進(jìn)行焊接，并要對其進(jìn)行焊接。在梁的頂端，也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并將其上翼片與橫梁的上部連接起來。在焊接完畢后，即可對其進(jìn)行定位。圖1 為吊裝臨時支墩體系結(jié)構(gòu)圖。

圖1 吊裝臨時支墩體系結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)工程的具體情況，采用計算機(jī)評價方法，對其現(xiàn)場吊裝次序進(jìn)行分析。鋼管樁在施工時，應(yīng)從鋼管樁的中間向兩邊依次展開[5]。待大跨徑公路橋梁架設(shè)完成后，即可拆除結(jié)構(gòu)柱，進(jìn)行下一階段的建設(shè)。

3.3 大跨徑鋼蓋梁結(jié)構(gòu)試吊裝與正式吊裝

吊裝的基本程序為：場地準(zhǔn)備—桁架梁測驗—柱節(jié)點(diǎn)測量—焊接點(diǎn)位置檢查—腳手架檢查—吊裝點(diǎn)驗算—吊車就位；繩索綁扎試吊—安全技術(shù)交底—正式吊裝。圖2 為上述工程項目鋼結(jié)構(gòu)吊裝的吊點(diǎn)位置示意圖。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)吊裝的吊點(diǎn)位置示意圖

在正式吊裝施工前，必須先進(jìn)行檢查，其具體方法為：當(dāng)起重機(jī)將鋼頂梁抬離支架200 mm 左右時，起重機(jī)就會停止作業(yè)，這時要認(rèn)真檢查起重機(jī)的受力情況和起重機(jī)的運(yùn)行狀況。在進(jìn)行正式吊裝前由總指揮簽字。

在正式起重時，必須由總指揮下達(dá)起重指示。在起吊到位后，控制起重機(jī)的大臂開始旋轉(zhuǎn)，確定有了落梁的要求后，才能發(fā)出吊梁的指令。墩頂落梁組采用導(dǎo)桿輔助落梁，使其在落梁過程中的位置偏差與吊車工人進(jìn)行實(shí)時聯(lián)系，待落梁到達(dá)指定位置后，由橋墩上的落梁組匯報位置。臨時固定及防翻轉(zhuǎn)拉盤已完成，再進(jìn)行吊鉤狀態(tài)的檢驗。當(dāng)摘鉤的要求達(dá)到后，上報吊機(jī)總指揮，由起重總指揮發(fā)出摘鉤指令。在完成了鋼蓋梁的試吊裝后，根據(jù)自身質(zhì)量和現(xiàn)場吊裝條件，由400t-1 型履帶起重機(jī)進(jìn)行正式吊裝，將每個鋼蓋梁的吊裝分成兩個階段并根據(jù)上述操作進(jìn)行吊裝。

4 施工效果分析

在根據(jù)上述論述內(nèi)容，完成對該大跨徑公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)的吊裝施工后，為實(shí)現(xiàn)對該吊裝施工技術(shù)應(yīng)用可行性的檢驗，對完成施工后的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能測試。選擇將鋼結(jié)構(gòu)的承載力作為檢測指標(biāo)，在鋼結(jié)構(gòu)上平均設(shè)置5 個測點(diǎn)，并分別編號為JG-01、JG-02、JG-03、JG-04、JG-05，對每個測點(diǎn)進(jìn)行承載力的測定。在檢測過程中，記錄該測點(diǎn)上的承載長度、荷載力等參數(shù)，并根據(jù)式（2）完成對各個測點(diǎn)承載力具體數(shù)值的計算。

式中，Ni為某一測點(diǎn)的承載力；d 為有效承載長度；fi為荷載力。

根據(jù)該工程項目對大跨徑公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)的施工要求得出，每個測點(diǎn)的承載力都必須超過或等于設(shè)計承載力，才能夠保證施工質(zhì)量和安全。因此，根據(jù)這一要求，將每個測點(diǎn)上的承載力進(jìn)行記錄，并將其與測點(diǎn)對應(yīng)的設(shè)計承載力對比，得到如表1 所示結(jié)果。

表1 鋼結(jié)構(gòu)吊裝后承載力記錄表

對表1 中記錄的計算結(jié)果與設(shè)計承載力結(jié)果進(jìn)行對比得出，利用本文提出的吊裝施工技術(shù)在完成施工后鋼結(jié)構(gòu)的各個節(jié)點(diǎn)上的承載力均符合該工程對鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工提出的要求。因此，通過上述得出的結(jié)果可以證明，本文提出的鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)可以應(yīng)用到大跨徑公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)施工當(dāng)中，可以有效促進(jìn)整體施工質(zhì)量和安全性的提升。

5 結(jié)語

大跨徑公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工不僅關(guān)系工程的質(zhì)量和效率，還對社會和環(huán)境產(chǎn)生一定影響。因此，確保大跨徑公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工的安全和質(zhì)量具有重要意義。在實(shí)際施工中，對于吊裝施工要求較高，或施工要求較高的情況下，必須合理地采用鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)，根據(jù)工程施工標(biāo)準(zhǔn)及要求，嚴(yán)格執(zhí)行安全措施，以此確保鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工的順利進(jìn)行。最終大跨徑公路橋梁的施工效果能夠達(dá)到預(yù)期，為工程施工質(zhì)量的進(jìn)一步提升提供保障。