高架橋工程項目中的主橋鋼梁吊裝方案研究

朱云芳

中鐵十八局集團第五工程有限公司 天津 300450

1 工程概況

石家莊市和平路高架橋工程位于石家莊市和平西路，主橋上跨石家莊市和平西路和石太鐵路，為2×125 m鋼箱梁轉體斜拉橋。主橋為單箱三室截面，頂、底板采用U形加勁肋，采用2座跨徑為125 m的單索面鋼箱疊合梁鋼管混凝土系桿拱橋，跨徑布置為125 m＋125 m=250 m，橋寬28.5 m。道路中心線處梁高3.2 m，橋面雙向橫坡1.5%，梁底橫橋向水平，順橋向每隔2.5 m設置橫隔板1道。頂板厚度為16、20 mm，腹板厚度為16、20、24 mm，底板厚度為14、20、26 mm，隔板厚度為12、20、24 mm。跨鐵路主橋工程量為3 725 t。

2 主橋鋼梁吊裝方案

本次工程中主橋鋼梁吊裝方案一共分5個部分，在進行5個部分的施工前，首先需要對鋼箱梁進行加工，必須按照設計要求選定加工廠。鋼箱梁制作完成后，須進行節段分解與涂裝工作，所有制作完成的鋼箱梁必須經驗收合格后，方可運輸至現場進行下道工序[1-4]。鋼箱梁運輸至安裝現場后用履帶吊依次吊裝至電動小車上，采用電動小車將鋼箱梁從中間向兩側同時滑移至安裝位置，鋼箱梁滑移完畢后整體轉體至設計位置。施工前需對施工區域的和平路段全面斷交封鎖，只留人可穿行的涵洞。

2.1 臨時支架施工方案

主橋臨時支架采用鋼管支架，支架由4根φ630 mm×10 mm的螺紋鋼管和雙拼16a#槽鋼以及雙拼40a#的工字鋼組成，臨時支架上面布置長250 m的4片321型貝雷架，貝雷架上面每1 m布置雙拼20a#工字鋼，雙拼工字鋼上面布置電動小車軌道（圖1）。

圖1 臨時支架平面示意

2.2 臨時支架系統計算

臨時支架系統的計算，主要是對其載荷的計算，以此確定臨時支架的載荷能力，根據載荷模擬承重，最終確定臨時支架的安全性，保證工程進度與施工安全。

經計算，臨時支架的荷載（鋼箱梁質量＋施工荷載＋風荷載）為1 441 kN，共計四點承重，取1.2倍安全系數，則節點載荷為432 kN。

2.2.1 建模

建模采用一般梁單元進行建模。按支架位置對節點的x、y、z方向位移進行約束；支架和橫梁連接采用彈性連接（剛性）；橋面系和導梁均采用為Q345B鋼材，應力值必須滿足GB 50017—2017《鋼結構設計規范要求》的規定，撓度容許值為6 000/600=10 mm，為保證拼裝質量，要求撓度＜3 mm，具體模型結果如圖2、圖3所示。

圖2 普通支架應力

圖3 普通支架變形

由圖2與圖3，我們可以清晰地觀察到支架的變化情況，由此我們可以確定在鋼梁的載荷作用下，分別施加壓力后支架的承載能力。之后再進行穩定性驗算，在最不利情況下計算恒載和活載，由此確定結構穩定系數，最終明確整體的穩定性及豎向載荷是否滿足設計要求。通過模擬滿足相應的規范要求后，方可進行下一步的施工。

2.2.2 臨時支架基礎系統計算

基礎最大載荷在大跨度支架位置，此時支架載荷（包括鋼梁質量、支架質量）是292 t，則單根基礎受力P為2 920 kN。地基承載力按300 kN/m2設計，施工完畢后須進行試驗檢測，必須符合設計與施工規范要求。

2.3 滑移裝置施工

滑移裝置施工是吊裝過程中的重要環節，也是目前較為先進的施工方法。首先搭設臨時支架，再布置電動小車軌道，安裝電動小車，電動小車寬度確保在11 m以下，確保梁段就位后千斤頂可以設置在梁段底板下面，在梁段就位處放置4臺50 t千斤頂，千斤頂放置在電動小車外側位置，并且保證不影響電動小車運行。

2.4 吊裝設備選用

1）結合本工程地理位置、橋梁質量等多種因素，本工程吊裝采用1臺450 t履帶吊進行作業。

2）主橋吊車站位在原既有路面上，為保證其穩定性，吊車站位位置加鋪厚5 cm鋼板，以保證150 t運梁車的順利通行。

3）根據梁段的質量和吊裝現場的實際情況，選用φ65.0 mm的6×37＋1鋼絲繩，抗拉強度為1 700 MPa，長度50 m。

2.5 吊裝施工

吊裝施工需遵循以下幾個步驟：

所有臨時構件搭設完成，450 t履帶吊進入現場，并在2#墩南側站立→運梁車載MG1梁段進場，到達指定吊裝位置→吊車起吊，運梁車撤出安裝現場，將梁段吊裝至電動小車上，并與電動小車臨時固定→調試電動小車運輸梁段前進5 m，正常工作后，運輸梁段至安裝位置，此過程中由專人負責測量監控電動小車偏移情況→MG1梁段滑移至1#墩相應位置后，采用4臺50 t千斤頂頂起MG1，使梁段與電動小車分離，撤出電動小車并調整MG1梁段標高→MG1梁段吊裝完畢后，其余梁段均采用從中間向兩端依次吊裝并由電動小車運輸的安裝方法進行→轉體鋼箱梁階段安裝完畢→在主橋橋面制作主塔并安裝斜拉索→斜拉索張拉完畢后，降低千斤頂，使鋼箱梁脫離支架，并拆除所有支架，等待主橋轉體施工→主橋轉體至設計位置→履帶吊進場，分別在1#墩和3#墩外側站位→運梁車載MG0和MG0'梁段進場→MG0和MG0'梁段吊裝完畢，調整鋼箱梁高程，吊車和運梁車撤出現場→主橋鋼梁安裝完畢。

3 結語

本文以工程實例探討高架橋工程項目中主橋鋼梁吊裝的方案，分別從臨時支架施工方案、臨時支架系統計算、滑移裝置施工、吊裝設備選用、吊裝施工等5個方面進行闡述。通過模擬圖形以及應力的計算，進行臨時支架載荷的承受力計算，確定計算結果，明確其是否滿足設計與施工規范要求。通過計算明確載荷后，須進行滑移裝置的施工，對臨時支架、電動軌道、電動小車等也進行了測算與安裝，所有步驟嚴格按照要求執行。另外，吊裝設備的選用必須符合工程的實際需要，結合工程地理位置、橋梁質量等多種因素進行確定。吊裝施工是最后一個步驟，以上所有步驟的準備，均是為了保證吊裝施工的順利完成。因此，吊裝工序的順利完成，也象征著本次吊裝方案的合理性、安全性以及適用性。

本文研究結果表明，高架橋工程項目中的主橋鋼梁吊裝，首先應對構件廠的鋼梁進行驗收，滿足設計與施工規范要求后方能裝車。其次是做好嚴格的測算，必須經過模擬計算后，確定載荷以及穩定性能，方可行下一步施工工序[5-6]。本工程在模擬測算后，鋼梁實際安裝過程完全滿足設計與施工規范要求，并且順利完成，說明利用模擬測算完全能夠達到與現場相吻合的情景再現效果；并且能夠提前預知安裝以及實際運行中的承載能力，避免鋼梁在安裝以及使用過程中的危險，保證整體施工的順利完成。