改擴建工程中采用大噸位汽車吊進行預(yù)制箱梁架設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)研究

陳超 王惠朝 周建杰 唐淼磊 白國華

在市政道路改擴建過程中，常采用邊通車邊施工的建設(shè)方式來滿足建設(shè)期交通運行的需求，同時對建設(shè)工期有著較高的要求。在這種施工條件下，橋梁等特殊結(jié)構(gòu)物的上部結(jié)構(gòu)施工極易受到場地限制及工期制約，特別是在預(yù)制箱梁的架設(shè)過程中，常規(guī)架橋機的拼裝及作業(yè)模式受到場地與工期的雙重限制，對工程進度造成了一定的影響。在某改擴建工程中，考慮采用大噸位汽車吊進行預(yù)制箱梁架設(shè)施工來代替?zhèn)鹘y(tǒng)架橋機施工，以滿足場地需求并縮短工期。通過嚴(yán)密計算、方案論證比選與施工組織，順利完成半幅橋梁架設(shè)，為打通項目關(guān)鍵節(jié)點節(jié)約了工期。

隨著城市化進程的加快與國民經(jīng)濟水平的提升，城市汽車保有量呈逐年上升趨勢，特別是大中型城市，道路交通量逐漸趨于飽和?，F(xiàn)有城市道路無論是路面狀況還是車道數(shù)均難以滿足行車需求，亟需改建。在常規(guī)的改擴建施工中，為保證必要的交通運行，常采用邊通車邊施工的建設(shè)模式。在該模式下，不僅施工場地被壓縮，同時對關(guān)鍵工序的工期有較高要求，橋梁等某些特殊結(jié)構(gòu)物的施工受到了一定的阻礙。特別是需采用架橋機等大型設(shè)備配合作業(yè)的預(yù)制梁安裝等工序，常因場地限制而無法展開，不僅如此，組裝架橋機所耗費的時間也是對工期的嚴(yán)峻考驗。本文以某市政道路改擴建工程為例，論證邊通車邊施工環(huán)境下采用大噸位汽車吊替代架橋機架設(shè)預(yù)制箱梁方案的可行性，為廣大技術(shù)人員提供思路。

一、工程概況

本項目道路全長約12.25km，道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面60m寬，配套市政管線，主線設(shè)計速度80km/h，輔道設(shè)計速度40km/h。施工內(nèi)容包含管線遷改、道路景觀升級、道路平面交叉節(jié)點改造、路基路面改造及橋梁重建等。

項目全線采用半幅保通半幅施工的施工方式，施工期間不能完全將道路封閉，橋梁重建時仍需保證半幅通行，因此在舊橋拆除時只能先拆除北側(cè)半幅，保留南側(cè)半幅。同時，在北側(cè)半幅新建橋梁預(yù)制梁架設(shè)時，南側(cè)半幅現(xiàn)有老橋仍需保持正常通行，無法滿足常規(guī)架橋機的安裝及架設(shè)條件。

本項目西江河橋與河道斜交30°，橋長97.5m，上部結(jié)構(gòu)為3*30m后張法預(yù)應(yīng)力砼簡支小箱梁，梁高1.6m，邊梁單片梁重105.3t，中梁單片梁重98.8t，輔道單幅橫向布置4片梁，主道單幅橫向布置6片梁，北側(cè)半幅共計30片梁；下部結(jié)構(gòu)為雙柱式樁墩柱，其中橋墩直徑130cm，樁基直徑150cm，蓋梁高140cm。受交通導(dǎo)改及行車影響，現(xiàn)場無法為架橋機的架設(shè)作業(yè)提供場地，因此考慮采用位置可靈活改變的大噸位汽車吊完成箱梁吊裝。

二、吊裝作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)分析

根據(jù)單片梁重、橋梁橫斷面形式、施工現(xiàn)場與周邊環(huán)境狀況以及汽車吊吊裝特點等實際情況，對吊裝過程中所需考慮的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

1.起重吊裝設(shè)備的選擇

在實際工程中，既可由1臺汽車吊進行獨立吊裝，也可由多臺汽車吊進行抬吊。在本項目西江河橋預(yù)制箱梁架設(shè)過程中，綜合考慮吊裝場地、箱梁規(guī)格尺寸、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境等限制因素，考慮采用雙機抬吊的方式進行預(yù)制箱梁吊裝作業(yè)。

由上述分析可知，本項目單片梁最大重量105.3t，因此每臺吊車需承重53t以上。由于吊裝設(shè)備工作范圍有限，兩橋臺間距離較遠(yuǎn)，無法同時將兩臺設(shè)備分別布設(shè)在兩側(cè)橋臺，在架梁作業(yè)全過程中，至少有一臺汽車吊位于河道內(nèi)。以首片梁吊裝為例，汽車吊站位及工作狀態(tài)如下：1#吊車擬布設(shè)于3#橋臺臨邊1m處，車身與臨邊平行，吊臂中心距離現(xiàn)有道路中心線6.82m；2#吊車位于河道內(nèi)1#墩與2#墩之間，車身垂直于墩柱，吊臂中心距離道路中心線7.07m。

綜合考慮汽車吊站位、地質(zhì)情況及單車配重，結(jié)合不同型號汽車吊的性能參數(shù)，1#吊車擬采用350t汽車吊，型號為QAY350，2#吊車擬采用300t汽車吊，型號為QAY300，汽車吊性能參數(shù)可通過吊車使用手冊查詢。

考慮最不利狀態(tài)時汽車吊工作性能，以驗證所選設(shè)備是否滿足需求。根據(jù)《建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)程》,雙機抬吊時，單機荷載不超過額定荷載的80%，總起重量不超過雙機總額定負(fù)荷的75%。根據(jù)上述規(guī)范要求，汽車吊選型及起重量驗算控制在總額定起重量的75%。

對最不利工況下各汽車吊起重重量進行驗算，1#汽車吊處于最不利工作狀態(tài)時，吊裝半徑為8m，此時吊臂仰角為70°，吊臂長度為31m，由手冊可知，此時額定吊裝重量為78t，驗算如下：

滿足需求。

2#汽車吊處于最不利工作狀態(tài)時，吊裝半徑為8m，吊臂仰角為62°，吊臂長度為21.5m，由手冊可知，此時額定吊裝重量為88t,驗算如下：

滿足需求。

因此，所選吊裝設(shè)備可以滿足雙機抬吊的作業(yè)要求。

2.起重吊裝場地承載力計算

350t汽車吊自重84t，全配重107t，箱梁自重105.3t。兩臺吊車吊梁過程勻速水平，每臺吊車各承受1/2梁重，4個支腿均勻受力，支腿下墊2.5m*2.5m*0.3m鋼板。

吊裝場地承載力計算如下：

其中：N— —作用于地基處的豎向分力；

A——作用于地基處的受力面積；

δ——地基容許承載力；

為保證汽車吊在工作中的絕對安全，現(xiàn)場承載力按照165Kpa進行控制，要求處理后地基承載力不小于165Kpa。

3.鋼絲繩選材及強度計算

梁板起吊時，采用捆綁法吊裝，單個吊點由2根鋼絲繩均勻受力，兩個吊點考慮1.2倍的不均勻分布系數(shù)，吊裝時鋼絲繩夾角為60°，則單根鋼絲繩拉力：

經(jīng)計算，最大吊裝重量105.3t時，每個吊點吊重63.18t，單根鋼絲繩受力36.48t。鋼絲繩安全系數(shù)K取值為6，則鋼絲繩破斷拉力為2145KN。

選用繩徑為60mm的S-FC纖維芯鋼絲繩，規(guī)格6×37，公稱抗拉強度1870MPa。根據(jù)《路橋施工計算手冊》附錄三相關(guān)參數(shù)，其鋼絲繩總斷面積為1568.43mm2，鋼絲捻制不均折減系數(shù)取0.82，得：

因此，所選鋼絲繩滿足工作要求。

4.起重吊裝場地處理

由于原工作場地為河道，難以滿足承載力要求，因此需對工作場地進行處理。計劃采取磚渣換填的方式提高地基承載力，具體措施如下：將磚渣填筑于汽車吊工作場地范圍內(nèi)，填筑厚度0.5m，磚渣最大粒徑不大于30cm，填筑完成后采用鋼輪壓路機壓實，并進行密實度檢測，要求孔隙率不大于23%。壓實完成后，對標(biāo)高進行復(fù)核，并采用輕型動力觸探的方法對地基承載力進行檢測，滿足要求后，鋪設(shè)鋼板進行起吊準(zhǔn)備。

三、吊裝準(zhǔn)備及安全要求

在各項準(zhǔn)備工作完成后，即可開始組織設(shè)備入場、上排及準(zhǔn)備吊裝作業(yè)。在吊裝前，必須全面仔細(xì)的檢查核實工作。檢查設(shè)備安裝基準(zhǔn)標(biāo)記、方位線標(biāo)記是否正確；檢查材料碼放、裝斗或吊耳等是否符合吊裝要求。在吊裝作業(yè)前，需先進行永久支座的安裝。支座安裝時需注意以下幾點：

（1）將支座吊裝至安裝位置，注意吊裝過程中不得傾倒與傾斜。

（2）支座安裝前，需對墊石的平面位置、高程進行檢查，檢驗支座平整度是否滿足要求。

（3）支座安裝完畢后，及時拆除上下連接螺栓，以免約束梁體位移。

運梁車到達(dá)指定位置后，便可按照計劃開始預(yù)制梁吊裝作業(yè)。作業(yè)過程中，應(yīng)派專人對構(gòu)件四周和上方進行跟蹤觀察，防止碰撞，并派專人觀察吊車作業(yè)工作情況，特別注意反方向支腿支撐情況，是否有脫離地面的趨勢，若發(fā)現(xiàn)異常立即停止吊裝，嚴(yán)禁超載吊裝和超幅度吊裝。當(dāng)預(yù)應(yīng)力箱梁安裝就位后，再次復(fù)核其平面位置、高程、線型、縱坡等，復(fù)核無誤后，開始下一片箱梁吊裝作業(yè)。

四、結(jié)語

通過嚴(yán)密的計算和專家論證，采用大噸位汽車吊完成預(yù)制梁吊裝的方案得到參建各方認(rèn)可。細(xì)化方案經(jīng)現(xiàn)場安全、技術(shù)、安裝質(zhì)量交底，部署應(yīng)急預(yù)案后開始架梁作業(yè)。在不影響交通運行的情況下，僅用時3天便完成西江河橋北側(cè)半幅30片預(yù)制梁的架設(shè)工作，目前正緊鑼密鼓地進行濕接縫及橋面鋪裝等工序作業(yè)，為該項目半幅通車節(jié)約了寶貴的工期。對于城市改擴建公路項目，外界因素對施工作業(yè)干擾較多，作業(yè)面場地狹小，橋梁架設(shè)等關(guān)鍵工序需要結(jié)合具體情況，選擇最優(yōu)方案。本文結(jié)合某城市道路改擴建工程，對采用大噸位汽車吊進行預(yù)制箱梁吊裝作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)進行了總結(jié)，為同類施工項目提供了思路和參考依據(jù)。