管翼緣鋼混組合梁滑移傳遞吊裝施工技術(shù)

杜伯勤

(中鐵二十局集團市政工程有限公司，甘肅 蘭州 730046)

0 引言

隨著城市快速發(fā)展，既有道路已無法滿足日益增長的車輛出行需求，蘭州地面交通困難日益凸顯。既有G109線(忠和傅家窯—八里灣段)因一側(cè)傍山、一側(cè)臨溝，地面道路無法拓寬，立交橋和高架橋利用既有道路上部空間形成多層次立體布局，極大地緩解地面交通壓力。高架橋多采用現(xiàn)澆連續(xù)梁和預(yù)制箱梁架設(shè)的方式實現(xiàn)，因地形和空間受限且上跨既有高速公路和既有道路而形成的特殊復(fù)雜環(huán)境，橋跨布置、材料選用也與常規(guī)設(shè)計不同，傳統(tǒng)施工方案已無法滿足現(xiàn)場施工需求。

本文以G109線(忠和傅家窯—八里灣)改擴建工程高架橋上跨連霍高速公路管翼緣鋼混組合梁架設(shè)為依托，結(jié)合現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，提出一種滑移傳遞吊裝施工技術(shù)，較好地解決了跨既有道路三維立體交通情況下的大跨度管翼緣鋼混組合梁吊裝難題，為后續(xù)類似施工提供參考。

1 工程概況

1.1 項目概況

G109線改擴建工程橋梁全長9.658km，斷面跨度17.5m，雙向4車道，橋梁上跨連霍高速公路，下穿蘭渝鐵路，上跨連霍高速公路段采用51m+61m+51m管翼緣鋼混組合梁，與既有高速63°斜交(見圖1)。該段橋梁采用6片焊接矩形管翼緣組合梁作為主梁，除下翼緣板采用Q500qENH鋼材外,其余均采用Q345qENH鋼材。

圖1 施工現(xiàn)場布置平面(單位：m)

1.2 施工難點分析

1)安全風(fēng)險高 G30連霍高速公路為國家東西向大動脈，G109線通往蘭州新區(qū)主干道，車流量大，吊裝作業(yè)干擾較多，高空作業(yè)安全風(fēng)險較大。

2)質(zhì)量要求高 鋼箱梁造型新穎、獨特且結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，吊裝時的精度控制和構(gòu)件拼裝焊接時的預(yù)變形控制是施工質(zhì)量控制的一大難點。

3)工期緊 跨連霍高速公路鋼箱梁施工是全線控制性工程，由于本項目鋼構(gòu)件采用耐候鋼，制造工藝繁雜且國內(nèi)生產(chǎn)廠家較少，加工速度緩慢，工期壓力巨大。

4)組織難度大 由于該項目上跨連霍高速公路和G109線，施工時需保證地面交通順暢，減少對周邊商業(yè)的干擾影響，因此,立體交叉吊裝作業(yè)協(xié)調(diào)組織難度大。

2 吊裝方案比選

大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁跨既有道路常用的架設(shè)方法有臨時支架分段吊裝法、公路架橋機架設(shè)法、千斤頂頂推滑移法、轉(zhuǎn)體拼接法和滑移傳遞吊裝法等。

通過對管翼緣鋼混組合梁結(jié)構(gòu)特性、現(xiàn)場施工條件、場地綜合布置、吊裝設(shè)備起重性能和工期安全等情況進行綜合分析，可采用的方法有臨時支架分段吊裝法和滑移傳遞吊裝法。通過從安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟性等多方面進行對比分析(見表1)，滑移傳遞吊裝法具有安全風(fēng)險小、施工質(zhì)量高、施工速度快、費用經(jīng)濟合理等優(yōu)點，因此,本工程跨連霍高速管翼緣鋼混組合梁采用滑移傳遞吊裝法。

表1 臨時支架分段吊裝法和滑移傳遞吊裝法方案對比

3 吊裝關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鋼箱梁單元拼裝焊接

橋面主梁為三跨連續(xù)梁，劃分為A，B，C節(jié)段，每個節(jié)段由6根主梁組成，每根主梁在工廠加工時分為3段，共加工54段。

工廠加工檢驗合格后，通過汽車分段運至施工現(xiàn)場，根據(jù)事先評定的吊裝方案結(jié)合現(xiàn)場實際情況在連霍高速公路南側(cè)、現(xiàn)狀G109線道路東側(cè)修建臨時拼裝焊接場地。箱梁節(jié)段運至現(xiàn)場前，在臨時場地搭建整體拼裝地面胎架，胎架采用300mm×180mm×6mm× 8mm H型鋼焊接，按鋼箱梁設(shè)計的縱坡、橫坡和預(yù)拱度等在胎架上做出標(biāo)記，在正式拼裝焊接前，對標(biāo)記尺寸進行復(fù)檢，確保鋼箱梁拼裝焊接尺寸符合設(shè)計要求。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，拼裝焊接應(yīng)選擇在適宜溫度進行，消除不利溫度對焊接質(zhì)量的影響。焊接時利用檢測儀器做好相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測控制，焊接前對接口進行清理打磨，根據(jù)設(shè)計選用優(yōu)質(zhì)焊材進行焊接，確保鋼箱梁拼裝焊接質(zhì)量可靠。

3.2 吊裝承載力計算

3.2.1吊裝索具承載力

主梁最大跨為61m，單榀重120t，根據(jù)評定吊裝方案結(jié)合現(xiàn)場實際情況，跨連霍高速公路鋼箱梁吊裝選用3臺220t汽車式起重機和1臺400t履帶式起重機分5步配合吊裝完成。吊裝過程中，為消除大跨度鋼箱梁吊裝時產(chǎn)生的不利變形，吊裝前利用有限元軟件ABAQUS對主梁吊裝過程進行計算機仿真分析，同時對吊裝點進行加固處理，確保吊裝過程中結(jié)構(gòu)變形在設(shè)計和規(guī)范允許范圍內(nèi)。

根據(jù)JGJ 276—2012《建筑施工起重吊裝安全技術(shù)規(guī)范》，鋼絲繩擬選用6×37絲，鋼絲繩直徑為65mm,公稱抗拉強度1 700N/mm2，破斷拉力總和P允許= 2 665kN。鋼絲繩破壞拉力P允許≥P，故選用的鋼絲線滿足吊裝要求。

3.2.2汽車式起重機抗傾覆

吊裝前對汽車式起重機抗傾覆進行驗算，確保穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。

根據(jù)GB/T 3811—2008《起重機設(shè)計規(guī)范》可知：KgMg+KqMq+KwMw=Ga-1.15Q(R-a)-Wh=76.75kN·m>0，其中，Kg為自重加權(quán)系數(shù)，取值1；Kq為起升荷載加權(quán)系數(shù)，取值1.15；Kw為風(fēng)動載加權(quán)系數(shù)，取值1;Mg，Mq，Kw分別為汽車式起重機自重、起升荷載、風(fēng)動荷載對傾覆邊的力矩；G為汽車式起重機自重，根據(jù)QY220V汽車式起重機相關(guān)參數(shù)取值86t；Q為起升物自重，考慮雙機抬吊，取值60t；W為風(fēng)荷載，按起升物重量的20%考慮；a為汽車式起重機重心至支腳傾覆支點的距離，根據(jù)吊裝方案結(jié)合現(xiàn)場實際支腿全伸8.5m，取值4.25m；R為汽車式起重機工作半徑，根據(jù)吊裝方案最大取6m；h為風(fēng)動載合力點高度。因此，汽車式起重機抗傾覆穩(wěn)定性滿足吊裝要求。

3.2.3地基承載力

汽車式起重機工作時最不利情況是3個支腿支撐著整臺起重機重量(包括自重和吊裝荷載)，即單支腿最大承載力為(G+Q)/3=486.7kN，其中，G為汽車式起重機自重，Q為汽車式起重機最大吊裝荷載。汽車式起重機對路基壓強為單支腿最大承載力/S=162kPa，其中,S為單支腿著地面積。鋼箱梁吊裝施工時，要求地基承載力≥162kPa，但路基填筑時根據(jù)設(shè)計要求壓實度均>97%,通過相關(guān)試驗得出該路段地基承載力在200～250kPa。因此，地基承載力滿足吊裝要求。

3.3 鋼箱梁接力吊裝

3.3.1總吊裝方案

鋼箱梁吊裝前，在兩端蓋梁頂部分別畫出每榀梁坐標(biāo)定位線，確保吊裝落梁一次精準(zhǔn)到位。根據(jù)評定吊裝方案，鋼箱梁采用雙根組對由東向西逐榀吊裝，吊裝到位找正后，箱梁中部穩(wěn)固支撐構(gòu)件。為減小對地面交通影響，第2組鋼主梁吊裝利用第1組鋼梁實施滑移傳遞就位，安裝端橫梁及中橫梁后，使2組主梁形成框架得以穩(wěn)固，依次按同樣方法再進行其余各主梁安裝。

3.3.2滑移傳遞吊裝步驟

1)將400t履帶式起重機停放在連霍高速公路南側(cè)和鋼蓋梁中間，吊裝半徑14m、臂長31.2m、吊重83t(主梁實際吊重60t)；鋼梁另一端停放2臺220t汽車式起重機負(fù)責(zé)主梁另一側(cè)抬吊，吊裝半徑14m、臂長31m、吊重48t(主梁實際吊重30t)(見圖2a)。

2)準(zhǔn)備就緒后，1，2，3號起重機同時將鋼梁吊起，向左橫向移動，2，3號起重機同時旋轉(zhuǎn)調(diào)整最佳變幅，使3號起重機最大工作半徑為9m、臂長31m、吊重73t(主梁實際吊重60t)，2，3號起重機實施換鉤(見圖2b)。

圖2 滑移傳遞吊裝步驟(單位：m)

3)3號起重機緩慢旋轉(zhuǎn)至主梁中間部位和1，2號起重機實施抬吊，同時平穩(wěn)向左旋轉(zhuǎn)使主梁向高速公路方向平移26.5m。

4)3號起重機摘鉤利用302號鋼蓋梁作為臨時支撐點實施換鉤，單車將梁吊起，主梁在302號鋼蓋梁放置點上做標(biāo)線(主梁南端到標(biāo)線26m)，1，2號起重機將梁緩慢水平吊起然后平穩(wěn)放在302號蓋梁上摘鉤(見圖2c)。

5)3號起重機單車將梁提起，一端綁好溜繩以便就位，吊裝工作半徑8m、臂長31.2m、吊重128t(主梁實際吊重120t)，4號起重機接鉤，工作半徑9m、臂長31.2m、吊重73t(主梁實際吊重60t)，4號起重機緩慢吊起鋼梁另一端(2.5m位置)；3號起重機摘鉤利用302號鋼蓋梁作為臨時支撐點實施換鉤將梁另一端吊起(見圖2d)。

6)3，4號起重機同時抬吊鋼梁，緩慢向左同時旋轉(zhuǎn)，將第1榀鋼梁安裝就位(見圖2e)。

3.3.3主梁間橫梁安裝

第1,2榀鋼箱梁吊裝就位后，利用其他小噸位汽車式起重機安裝鋼箱梁間中橫梁和端橫梁，中橫梁節(jié)點板與主梁肋板間采用高強螺栓連接，中橫梁角鋼與節(jié)點板間采用現(xiàn)場焊接；端橫梁與主梁間采用連接板及高強螺栓連接。

3.3.4壓型板安裝

主梁及橫梁全部安裝完成后，在主梁上平面鋪設(shè)3mm厚壓型板，主梁與壓型板間采用焊接方式連接。

4 質(zhì)量及安全控制要點

4.1 質(zhì)量控制要點

1)施工技術(shù)人員進場后，須進行專業(yè)化培訓(xùn)并接受詳細(xì)技術(shù)交底，焊工等特種作業(yè)人員必須持證上崗。

2)所有構(gòu)配件進場后均需進行嚴(yán)格質(zhì)量檢驗，未經(jīng)檢驗或不合格產(chǎn)品禁止在該項目中使用。

3)鋼構(gòu)件及焊材進場后，要對其材質(zhì)、型號、外觀尺寸、焊接質(zhì)量及證明材料等進行重點檢查確認(rèn)。

4)嚴(yán)格按規(guī)范及相關(guān)規(guī)定進行鋼構(gòu)件拼裝、焊接等工序管理。

5)加強對鋼箱梁吊裝過程中的監(jiān)控量測，重點做好鋼箱梁平面位置、高程、撓度和變形偏差控制，確保偏差在設(shè)計和規(guī)范允許范圍內(nèi)。

4.2 安全控制要點

1)吊裝前協(xié)同相關(guān)部門做好道路封閉和信息發(fā)布，做好現(xiàn)場警戒，并指派專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場防護。

2)施工前，制定詳細(xì)應(yīng)急預(yù)案，全面檢查現(xiàn)場環(huán)境、起重設(shè)備、操作平臺及高空作業(yè)安全防護措施等，在確認(rèn)滿足安全施工的前提下，再進行吊裝作業(yè)。

3)吊裝過程中，指定專人進行現(xiàn)場統(tǒng)一指揮，現(xiàn)場參建人員根據(jù)工作分工職責(zé)，做到信號傳遞迅速、準(zhǔn)確、井然有序，操作協(xié)調(diào)高效。

4)首榀箱梁吊裝固定且連接安全可靠后，才可進行后續(xù)箱梁滑移傳遞吊裝。

5 結(jié)語

本工程上跨連霍高速公路管翼緣鋼混組合梁采用滑移傳遞吊裝法，從計算機多角度模擬到現(xiàn)場成功吊裝，該技術(shù)減少了高空焊接接頭數(shù)量，確保了鋼箱梁焊接質(zhì)量和吊裝精度，降低了施工安全風(fēng)險，節(jié)約了施工成本。

1)當(dāng)施工現(xiàn)場無法滿足臨時支撐搭設(shè)條件時，采用滑移傳遞吊裝法施工，施工工效高，安全風(fēng)險小，對地面交通影響干擾小，優(yōu)越性突出。

2)當(dāng)工期緊張，現(xiàn)場多工序相互干擾時，優(yōu)先選用滑移傳遞吊裝技術(shù)，可縮短工期，降低施工成本，經(jīng)濟性突出。