85t龍門吊在拆除新建水中橋施工中的應用

黃志猛

（中鐵二十二局集團第三工程有限公司，福建 廈門 361000）

城市交通發展的更新，導致一些不能滿足交通流量的橋梁需拆除、新建。舊橋拆除根據周邊環境及施工條件的不同，通常會采用支架法、爆破法或原位破碎拆除等方法施工[1]。紹興308省道（二環西路）智慧快速路項目鑒湖大橋跨越鑒湖水域，施工作業面狹小、施工環境惡劣，大型浮吊無法進場，施工須克服道路通車、鑒湖通航及拆除無污染的等難題。

1 工程概況

1.1 工程簡介

鑒湖大橋上跨鑒湖Ⅴ級航道，水面寬220m，水深4m。1）既有鑒湖大橋：全長304.86m，為中承式5跨3室預應力混凝土連續梁單肋拱橋，跨徑布置為（20+40+60+40+20）m，箱梁全寬27m、底寬17m、高2.05m。2）新建鑒湖大橋（主橋及兩側輔橋）：設計采用主與輔分離式，橋長195m，主、輔橋梁上部結構為（55+85+55）m變截面三跨連續鋼箱梁，主橋寬27m，輔橋寬17m，橋梁下部結構采用群樁水中承臺。鑒湖大橋新橋與舊橋的結構形式、位置關系如圖1所示。

圖1 新建鑒湖大橋與舊橋橫斷面位置關系圖（單位：cm）

1.2 總體施工方案

為滿足施工期間道路通行不中斷的要求，采取先同步新建既有橋梁東、西側2座輔橋，待輔橋新建完成并通車后，再拆除鑒湖大橋舊橋，最后原位新建主橋的總體方案。

1.3 工程重難點

鑒湖大橋位于紹興市二環西路跨域鑒湖處，呈南北走向，是市民出行主干道。橋兩岸為居民區和貿易市場，車流量大，交通、管線等環境非常復雜。工程的重難點如下：1）工程施工難度大。舊橋無法采用常規的爆破拆除施工。采用分塊切割拆除又受梁體復雜的體系結構影響，確保拆除體系轉換，平衡、均勻地拆除施工難度大。新建橋梁為3座主跨85m的連續鋼箱梁，現場拼裝的施工難度大；2）施工安全風險高。水上拆除復雜體系的中承式預應力混凝土連續梁單肋拱橋，施工鄰近通行的道路以及拆除、新建橋梁大塊構件的吊裝，這些都存在極高的安全風險；3）施工環境受限且復雜。主、輔橋橫向凈距僅1m，在有限的空間里安裝85t龍門吊基礎鋼棧橋基礎，尤其是主橋施工是夾在已通車的東、西側輔橋之間，施工空間受限；4）安全環保要求高。橋位地處紹興內河航道（跨越鑒湖、六級航道）且鄰近居民區，無論從拆除橋梁的混凝土廢渣還是到施工噪聲污染，均對環保要求極高；4）施工干擾大。施工材料、設備的進出場均需經過較擁堵的交通路段，白天車流量大，對施工的干擾比較大。

2 吊裝方案的確定及檢算

2.1 吊裝方案的比選

按照鑒湖舊橋分塊切割，主橋鋼箱梁工廠預制、分塊安裝的總體方案，結合橋址處水文地質、交通及通航條件擬選85t龍門吊吊裝、300t履帶吊吊裝和610t浮吊吊裝3個方案進行綜合比選，最終確定采用85t龍門吊作為吊裝方案。

2.2 85t龍門吊吊裝方案

2.2.1 85t龍門吊設計

根據施工參數，確定龍門吊的結構參數：跨度28m、高度23.8m、主鉤額定起重量85t、副鉤額定起重量10t、工作狀態設計風速6級、起重工作級別A3[1]。龍門吊結構的檢算由專業生產廠家進行工廠化設計、加工，按程序驗收合格后進場安裝，并按要求向當地質監部門申請驗收，合格后投入使用。

2.2.2 門吊基礎設計

2.2.2.1 基礎管樁

采用φ800mm×12mm鋼管樁單排設置，標準跨徑9m。通航孔跨徑15m，兩端設置跨徑3m的制動墩，通航孔處鋼管加密至1.5m間距一根。為增強整體穩定性，單側軌道基礎鋼管樁除了與相鄰鋼管樁通過φ280mm×10mm鋼管聯接外，與輔橋施工支架預留的一排鋼管樁及舊橋拆除新建支架鋼管樁支架均采用φ219mm、壁厚10mm鋼管進行水平及斜向桁架式焊接連接。

2.2.2.2 橫梁

鋼管頂部采用1.5m長雙拼I40b工字鋼橫梁。

2.2.2.3 縱梁

縱梁采用一組由6片貝雷片組成的貝雷梁，通過定制花架橫聯，貝雷梁與橫梁之間設置限位角鋼。為防止龍門吊基礎變形，在通航孔設置貝雷梁基礎伸縮縫，將貝雷梁插銷改為用φ30mm的圓鋼通長穿過固定。

2.2.2.4 分配梁

采用I22a雙拼工字鋼分配梁。分配梁與貝雷梁之間通過U型卡進行限位固定，為增強其整體剛度，采用角鋼成X型將相鄰分配梁連成整體。

門吊走行軌基礎構造如圖2所示。

圖2 門吊走行軌基礎構造

2.2.3 門吊基礎檢算

根據施工方案結合荷載分析，建立龍門吊走行軌基礎受力模型，對基礎各單元及整體穩定性進行檢算。龍門吊單側走行軌基礎模型如圖3所示。

圖3 龍門吊單側走行軌基礎模型

走行軌基礎支架結構按極限狀態法進行設計，承受的主要荷載有龍門吊73t自重荷載、最大75t吊重荷載、走行軌基礎自重荷載、橫向水平慣性力、縱向制動力及龍門吊工作狀態最大風荷載。

按龍門吊走行狀態下的6種工況進行模擬，取最不利受力驗算走行軌基礎貝雷梁、橫梁及鋼管樁的強度、剛度和穩定性：1）工況一為龍門吊位于通航孔正上方；2）工況二為龍門吊位于左標準跨跨中（小里程端）；3）工況三為龍門吊位于右標準跨跨中（大里程端）；4）工況四為龍門吊單輪于通航孔跨中；5）工況五為龍門吊單輪位于左端立柱處（小里程端）；6）工況六為龍門吊單輪位于通航孔3/4跨。

計算荷載組合采用的分項系數取值：恒載分項系數1.2，活載分項系數1.4，龍門吊荷載動力系數1.05。不同荷載工況下的理論計算結果如表1所示。

表1 不同荷載工況下的理論計算值

通過驗算各種工況下的鋼軌、分配梁、貝雷梁、橫梁和鋼管樁受力（組合應力δ、剪應力τ、變形位移f）及整體穩定特征值（整體穩定系數7.1），均滿足要求。

3 門吊走行軌基礎及安裝施工

3.1 走行軌基礎施工

3.1.1 鋼管樁插打

鋼管樁插打利用舊橋作為施工作業面，在舊橋拆除前全部完成，通過70t履帶吊配DZJ-150型振動錘采用釣魚法施工。

3.1.2 單樁承載力試驗

為保證鋼管樁承載力滿足要求，施工前進行單樁承載力試驗，根據試驗數據確定振動錘工作電流350A、電壓380V作為鋼管樁打設控制參數。為保證鋼管樁垂直度，在舊橋上采用工字鋼導向定位架進行控制，如圖4所示。

圖4 單樁承載力試驗裝置圖

3.1.3 橫梁安裝

鋼管樁打設完成后，樁頂安裝1m×1m厚度2cm的鋼板封板及雙拼I40b工字鋼橫梁。封板與鋼管及橫梁之間焊接牢固。

3.1.4 貝雷梁及分配梁拼裝

貝雷梁按30m分段組拼完成后，采用汽車吊吊裝整體安裝到位，后節與前節拼接時，用2臺汽車吊控制后節貝雷梁組前傾，尾部抬高，通過設置在前節拼接端部的手拉葫蘆調整精準對接，下放尾部吊鉤，使貝雷梁平穩落梁后插入貝雷銷和橫向梁限位卡。

分配梁在貝雷梁組拼時同步安裝完成，整體吊裝。

3.1.5 橫向連接系安裝

現場實測軌道基礎鋼管樁與輔橋鋼管樁及拆橋支架鋼管樁的實際平面位置坐標，分別計算確定各橫向連接鋼管的尺寸，分別加工安裝。輔橋側橫向連接系通過浮箱運至指安裝位，采用設置在軌道基礎橫梁及輔橋管樁支架上的手拉葫蘆調整架體就位后焊接固定。舊橋側橫向連接系施工需在拆橋支架鋼管樁沉降變形穩定后，采用25t汽車吊完成安裝。

3.1.6 軌道安裝

軌道安裝需保證軌距、軌道高低差及固定措施符合要求，單側軌道安裝時，在軌道底部加墊不同厚度的鋼板進行水平度調節，抵消貝雷梁自撓，保證安裝后的軌道頂面標高一致。全部安裝完成后空載運行龍門吊，對形變的地方填塞找平鋼板，以保證運行時安全。

3.2 龍門吊安裝

龍門吊現場安裝采用1臺200t汽車吊和1臺50t汽車吊配合安裝完成，先完成大車運行機構和剛性支腿部件的組裝，最后進行支腿吊裝與豎立。全部安裝完成，經自檢并報當地特種設備檢測驗收合格后方可投入使用。

4 走行軌基礎穩定性監測

4.1 位移監測

龍門吊走行軌基礎在荷載作用下的位移變形實測結果如圖5所示，橫向最大位移量12mm、順橋向最大位移量4mm、豎向最大位移量11mm，水平方向最大位移較表1理論計算橫向8.1mm、順橋向2.5mm偏大，施工須加強貝雷梁橫向限位連接。豎向最大位移比理論計算13.5mm小，在基礎鋼管樁進行了穩定的橫向限位連接后，龍門吊走行軌基礎總體位移變形滿足要求。

圖5 龍門吊走行軌基礎橫向、縱向（X軸、Y軸）累計位移曲線圖

4.2 振動加速度監測

龍門吊起重吊裝作業過程中，走行軌基礎振動加速度變化如圖6、圖7所示，橫橋向加速度峰值0.193m/s2，順橋向加速度峰值0.1m/s2和豎向加速度峰值10.272m/s2分別滿足《高層民用建筑鋼結構技術規程》要求水平加速度舒適度限值0.2m/s2和豎向加速度限值10.5m/s2。

圖6 龍門吊走行軌基礎橫、縱向（X、Y軸）振動加速度-時間曲線圖

圖7 龍門吊走行軌基礎橫、豎向（Z軸）振動加速度-時間曲線圖

5 結語

龍門吊在紹興308省道（二環西路）智慧快速路改造工程鑒湖大橋拆除、新建中得到了很好的應用，在施工前對舊橋址作業區采用探地雷達進行探測、清障保證了基礎鋼管順利施工。施工過程中對支架基礎除采用水平連接固定外還采用了桁架式斜桿連接補強等多項措施，確保了支架的整體穩定性。門吊使用過程中利用智能監測儀表盤實現了對龍門吊走行軌基礎加速度監測，實時反饋支架的整體穩定情況，提高了監測效率，保障施工安全。解決了場地限制及水上大型吊裝作業無法實施的難題，降低了對周邊環境及交通影響，加快了工程進度，減少了物資、設備投入，取得了較好的經濟效益及社會效應。