上跨在建鐵路的公路橋箱梁采用多機(jī)協(xié)同吊裝施工工藝

惠可震

摘要：以靖神鐵路JSTJ-09標(biāo)段工程項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)述其工程概況，詳細(xì)闡述該工程4座上跨在建鐵路的公路橋采用多臺(tái)起重機(jī)協(xié)同吊裝的施工方案、施工準(zhǔn)備、吊裝工藝和吊裝要點(diǎn)，可供相關(guān)工程項(xiàng)目的施工技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：公路橋箱梁；起重機(jī)；協(xié)同吊裝；施工工藝

1? ?工程概況

靖神鐵路項(xiàng)目北起包西鐵路神木西站，連通紅檸鐵路，南與蒙華鐵路靖邊北站相接。途經(jīng)神木縣、榆陽(yáng)區(qū)、橫山縣和靖邊縣，貫穿榆神、榆橫兩大礦區(qū)。

靖神鐵路JSTJ-09標(biāo)段工程項(xiàng)目位于陜西省榆林市橫山縣境內(nèi)，起訖里程DK164+800～DK179+300，全長(zhǎng)14.5km。該標(biāo)段包括4座上跨在建鐵路的公路橋，其所處位置和主要結(jié)構(gòu)分別如下：DK166+929處，為3×40m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁橋；DK168+335處，為3×30m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁橋；DK168+860處，為單跨40m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁橋；DK169+475處，為3×20m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁橋。

2? ?施工方案

依據(jù)設(shè)計(jì)要求，在鐵路路塹主體工程完工后，修建上跨鐵路的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)的公路橋，恢復(fù)既有公路。根據(jù)4座上跨鐵路公路橋橋梁跨數(shù)均較少、各橋之間位置分散的實(shí)際情況，須選擇適宜的施工方案。

常用的簡(jiǎn)支箱梁架設(shè)方法有架橋機(jī)法、現(xiàn)澆法和吊裝法。采用架橋機(jī)施工的弊端如下：需要修建大量施工便道和拼裝平臺(tái)；架橋機(jī)組裝、拆卸需要大噸位起重機(jī)配合，耗時(shí)較長(zhǎng)，需配備較多專業(yè)人員，工程成本較大。采用現(xiàn)澆混凝土施工法施工的弊端如下：現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量大，與邊坡防護(hù)、排水工程存在交叉作業(yè)，影響后續(xù)工序的開(kāi)展，難以保證工期要求。

采用起重機(jī)吊裝法施工，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小且比較靈活，對(duì)在建鐵路工程施工影響小，通過(guò)鐵路和公路橋梁平行作業(yè)，可盡早開(kāi)通公路。經(jīng)過(guò)以上分析研究，決定采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁和多臺(tái)起重機(jī)協(xié)同吊裝的施工方案。

以DK166+929處3×40m上跨在建鐵路的公路橋?yàn)槔摌蛭挥阼F路深路塹地段，其與鐵路交叉角度為90°。路塹高度為27.7m，路塹邊坡分為4級(jí)，邊坡坡率為1：1.25。箱梁橋墩高度為25.7m，箱梁為3跨，跨度均為40m，每跨布置2片箱梁，每片箱梁寬度為3.1m。在鐵路DK166+800右側(cè)及DK166+900左側(cè)分別設(shè)置制梁場(chǎng)，修筑便道至既有道路，箱梁通過(guò)既有道路和便道運(yùn)至橋臺(tái)路塹頂部，使用多臺(tái)起重機(jī)協(xié)同進(jìn)行吊裝施工。

3? ?施工準(zhǔn)備

3.1? ?梁體質(zhì)量和地基承載力分析

3.1.1? ?梁體質(zhì)量

箱梁的梁體高度為2m，長(zhǎng)度分別為20m、30m、40m。梁體質(zhì)量為混凝土、鋼材、壓漿料質(zhì)量的總和。經(jīng)計(jì)算，長(zhǎng)度20m的箱梁質(zhì)量為62t，長(zhǎng)度30m的箱梁質(zhì)量為97.6t，長(zhǎng)度40m的箱梁質(zhì)量為161.2t。

3.1.2? ?地基承載力

以質(zhì)量最大的40m箱梁為例，箱梁質(zhì)量按170t計(jì)算。使用起吊質(zhì)量為650t的汽車起重機(jī)，其自身質(zhì)量為160t，配重可達(dá)200t。起重機(jī)支腿下墊鋼板為2.5m×

3.0m×0.05m。2臺(tái)起重機(jī)吊梁過(guò)程為勻速水平運(yùn)動(dòng)，每臺(tái)起重機(jī)平均承受1/2箱梁質(zhì)量即85t。承載力計(jì)算考慮650t起重機(jī)自身質(zhì)量及最大配重，并且4個(gè)支腿受力均勻。此時(shí)地基承載力的計(jì)算公式如下：

P=N/A≤fa? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：P為基底平均壓應(yīng)力，單位為kPa；N為作用短期效應(yīng)組合在基底產(chǎn)生的豎向力，單位為kN；A為基礎(chǔ)底面總面積，單位為m2；fa為地基承載力，單位為kPa。

受力面積的計(jì)算結(jié)果為30m2，地基承載力fa的計(jì)算結(jié)果約為183.67kPa，考慮到上跨鐵路架梁施工，再取1.2倍的安全系數(shù)，則地基承載力fa約為220.4kPa，取值為221kPa。計(jì)算結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)碾壓夯實(shí)后的地基承載力，必須大于或等于221kPa。

3.2? ?起重機(jī)選型

3.2.1? ?選型依據(jù)

該項(xiàng)目4座上跨鐵路的公路橋橫跨在建靖神鐵路線上方，橋梁最多為3跨，橋面結(jié)構(gòu)為裝配式先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力預(yù)制箱梁，箱梁預(yù)制場(chǎng)距離架設(shè)地點(diǎn)較近，橋梁位置不集中，宜選用汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝施工。

3.2.2? ?計(jì)算箱梁起吊高度

以DK166+929處3×40m上跨在建鐵路的公路橋?yàn)槔淞簶蚨崭叨葹?5.7m，蓋梁高度為1.5m，箱梁高度為2.0m，箱梁與蓋梁之間的起吊間隙≥0.2m，吊索超過(guò)箱梁高度為2m，起重機(jī)起吊總高度（即箱梁起吊高度）不低于31.4m，取值33m。

3.2.3? ?計(jì)算起重機(jī)載荷

起吊質(zhì)量為650t的汽車式起重機(jī)，起吊40m箱梁時(shí)的載荷，按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

P=K（P0+P1）×1.2? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：P為起重機(jī)起吊載荷，單位為t；K為動(dòng)載荷系數(shù)，取值1.1；P0為1/2箱梁質(zhì)量，即85t；P1為吊具吊索等附加質(zhì)量，取值4t。

經(jīng)計(jì)算，確定該起重機(jī)起吊40m箱梁時(shí)的載荷為117.48t。經(jīng)查，該起重機(jī)起吊半徑為14m時(shí)的額定起吊質(zhì)量為128.6t，即該起重機(jī)起吊半徑為14m時(shí)，可承擔(dān)起吊40m箱梁的載荷。

3.2.4? ?復(fù)核吊臂工況參數(shù)

起吊質(zhì)量為650t的汽車起重機(jī)，其吊臂下鉸點(diǎn)A距地面高度為3m。A點(diǎn)距離起重機(jī)配重邊緣的距離為7m，吊臂長(zhǎng)度為52m，如圖1所示。

在吊臂仰角為74?時(shí)，計(jì)算該起重機(jī)吊臂頂端與地面的距離H和吊臂的回轉(zhuǎn)半徑R。經(jīng)計(jì)算，sin74?時(shí)吊臂頂端與地面的距離H約為50m，cos74?時(shí)吊臂的回轉(zhuǎn)半徑R約為14.3m。該起重機(jī)在吊臂仰角為74?時(shí)的工況參數(shù)，可滿足40m箱梁吊裝要求。

綜上所述，可選用起吊質(zhì)量為650t的2臺(tái)汽車式起重機(jī)，在吊臂回轉(zhuǎn)半徑不大于14m的狀態(tài)下，進(jìn)行40m箱梁的吊裝施工。

3.3? ?鋼絲繩選型

本項(xiàng)目箱梁最大質(zhì)量為170t，使用2臺(tái)起吊質(zhì)量為650t的汽車式起重機(jī)進(jìn)行起吊，平均每臺(tái)起重機(jī)的起吊質(zhì)量為85t。據(jù)此，對(duì)該型起重機(jī)吊裝40m箱梁所用鋼絲繩進(jìn)行選擇。

3.3.1? ?計(jì)算鋼絲繩的拉力

吊裝40m箱梁時(shí)，2臺(tái)起吊質(zhì)量為650t的汽車起重機(jī)，共需使用4根型號(hào)和長(zhǎng)度一致的鋼絲繩，每根鋼絲繩的拉力按下式計(jì)算：

P=Q/4sinɑ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中：P為每根鋼絲繩承受的拉力，單位為kN；Q為40m箱梁整體質(zhì)量170t，換算為受力1700kN；每根鋼絲繩與水平線的夾角ɑ設(shè)定為63°，查出sin63°值為0.8910。經(jīng)計(jì)算，吊裝40m箱梁時(shí)，每根鋼絲繩承受的拉力約為477kN。

3.3.2? ?選用鋼絲繩

選用鋼絲繩時(shí)，須計(jì)算其安全系數(shù)。按有關(guān)規(guī)定，本工程每根鋼絲繩的安全系數(shù)取8。起吊40m箱梁擬選用型號(hào)為?60-6×37+FC-10m的4根8股鋼絲繩，即每根鋼絲繩為2股。查出該型號(hào)鋼絲繩每股最小破斷拉力為2574kN，該型號(hào)鋼絲繩的安全系數(shù)的計(jì)算公式如下：

K=2Zn/Fn? ? ? ? ? ? ? ? （4）

式中：K為擬選用鋼絲繩的安全系數(shù)，Zn為擬選用鋼絲繩每股最小破斷拉力，F(xiàn)n為每根鋼絲繩承受的拉力。經(jīng)計(jì)算，擬選用鋼絲繩的安全系數(shù)約為10.8，滿足安全系數(shù)要求。

3.4? ?運(yùn)輸設(shè)備和運(yùn)輸方法選取

3.4.1? ?運(yùn)輸設(shè)備

根據(jù)預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁規(guī)格及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸路線的通行條件，采用轉(zhuǎn)向靈活、承重性強(qiáng)、方便運(yùn)輸?shù)臓恳噿燔嚈C(jī)組作為運(yùn)梁車，運(yùn)載箱梁。

3.4.2? ?運(yùn)輸方法

為防止運(yùn)輸過(guò)程中因顛簸和傾斜造成箱梁位移。裝車后必須捆扎牢固。每車選用直徑為19.5mm鋼絲繩2套，每車配備倒鏈8只、包角8只，用鋼絲繩打圍，包角墊在鋼絲繩與箱梁梁體的結(jié)合部位，保護(hù)箱梁梁體不受損傷。箱梁梁體與車體之間用硬木支墊，箱梁與硬木之間鋪墊地毯，防止污損箱梁梁體。使用倒鏈將箱梁與運(yùn)梁車的前、后車緊固為一體。

4? ?吊裝工藝

4.1? ?吊裝設(shè)備

吊裝現(xiàn)場(chǎng)配備的吊裝設(shè)備包括：2臺(tái)QAY650型650t汽車起重機(jī)、1臺(tái)QAY500型500t汽車起重機(jī)、1臺(tái)QAY300型300t汽車起重機(jī)、1臺(tái)QAY200型200t汽車起重機(jī)、?60鋼絲繩400m、警戒繩150m、對(duì)講機(jī)4臺(tái)、枕木50根。

4.2? ?吊裝方法

4.2.1? ?吊裝流程

采用多臺(tái)起重機(jī)協(xié)調(diào)吊裝方法，其吊裝施工流程如下：施工準(zhǔn)備→A、B、C起重機(jī)及運(yùn)梁車就位→起重機(jī)C鉤吊箱梁左端吊點(diǎn)，協(xié)同運(yùn)梁車喂梁→起重機(jī)A、B、C鉤吊箱梁左端吊點(diǎn)，協(xié)同運(yùn)梁車喂梁→起重機(jī)C摘鉤→起重機(jī)C鉤吊箱梁右端吊點(diǎn)，運(yùn)梁車撤離→起重機(jī)A、B、C協(xié)同平移吊裝箱梁→吊裝完成。

4.2.2? ?邊跨箱梁協(xié)同吊裝

路基工位起重機(jī)A、B均位于鐵路路基上，塹頂工位起重機(jī)C位于橋臺(tái)既有道路，根據(jù)作業(yè)工況及起重機(jī)性能參數(shù)確定站位。運(yùn)梁車由橋頭既有道路倒推遞送箱梁，在箱梁左端接近橋臺(tái)附近道路的塹頂工位時(shí)，塹頂工位起重機(jī)C鉤吊箱梁左端a吊點(diǎn)進(jìn)行試吊，確認(rèn)安全穩(wěn)定后吊起箱梁左端，運(yùn)梁車尾部撤離。

塹頂工位起重機(jī)C配合運(yùn)梁車?yán)^續(xù)平移遞送箱梁。當(dāng)運(yùn)梁車接近塹頂?shù)竭_(dá)預(yù)定位置時(shí)，路基工位起重機(jī)A、B通過(guò)平衡梁鉤吊箱梁左端a吊點(diǎn)，塹頂工位起重機(jī)C換鉤并鉤吊箱梁右端b吊點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換后，運(yùn)梁車撤離。由塹頂工位起重機(jī)C與路基工位起重機(jī)A、B協(xié)同操作，3臺(tái)起重機(jī)平移箱梁就位。

4.2.3? ?中跨箱梁協(xié)同吊裝

運(yùn)梁車沿橋臺(tái)（塹頂）既有道路及已架設(shè)的邊跨箱梁，倒推遞送箱梁。待吊裝箱梁的右端接近邊跨箱梁左端并到達(dá)預(yù)設(shè)位置時(shí)，路基工位起重機(jī)A鉤吊箱梁右端a吊點(diǎn)，運(yùn)梁車尾部撤離。

路基工位起重機(jī)A配合運(yùn)梁車?yán)^續(xù)平移遞送箱梁。運(yùn)梁車接近邊跨箱梁右端并到達(dá)預(yù)設(shè)位置時(shí)，路基工位起重機(jī)B鉤吊箱梁右端a吊點(diǎn)，路基工位起重機(jī)A換鉤并鉤吊箱梁左端b吊點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換后，運(yùn)梁車撤離。由路基工位起重機(jī)A、B雙機(jī)協(xié)同操作，平移箱梁就位。

5? ?吊裝要點(diǎn)

5.1? ?吊裝準(zhǔn)備

本文以DK166+929處3×40m箱梁吊裝為例，敘述箱梁吊裝要點(diǎn)。箱梁在預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)完成預(yù)制、確認(rèn)吊裝場(chǎng)地平整后，按照吊裝順序?qū)⑾淞河深A(yù)制區(qū)域運(yùn)至吊裝區(qū)域。2臺(tái)650t起重機(jī)進(jìn)入各自的工位，做好吊裝準(zhǔn)備并達(dá)到吊裝要求的工況。

5.2? ?開(kāi)始起吊

運(yùn)梁車將箱梁運(yùn)輸至橋臺(tái)（塹頂）工位的650t起重機(jī)旁邊，連接好鋼絲繩等吊具索具，在捆綁處用麻布或者石棉墊襯保護(hù)鋼絲繩，緩慢起鉤，將箱梁提升至距離運(yùn)梁車200mm的高度進(jìn)行試吊，檢查地基、起重機(jī)、吊具索具、設(shè)備等有無(wú)異常情況，復(fù)核吊裝質(zhì)量，如無(wú)異常，進(jìn)行正式吊裝。

5.3? ?過(guò)程控制

當(dāng)橋臺(tái)工位的650t起重機(jī)緩慢起升至一定高度后，移除運(yùn)梁車尾部，運(yùn)梁車緩慢倒車，650t起重機(jī)隨其后退向?qū)γ嫔w梁方向旋轉(zhuǎn)遞送，將箱梁移送至16m位置時(shí)停止動(dòng)作。此時(shí)對(duì)面650t起重機(jī)使用吊裝鋼絲繩連接箱梁并緩慢起吊，在起吊過(guò)程中檢查起重機(jī)地基、起重機(jī)工況、吊具索具、設(shè)備等有無(wú)異常情況。

待2臺(tái)650t起重機(jī)將箱梁一端抬起后，運(yùn)梁車?yán)^續(xù)緩慢倒車，橋臺(tái)上的650t起重機(jī)緩慢落臂，對(duì)面650t起重機(jī)緩慢起臂，2臺(tái)車同步配合將箱梁繼續(xù)向?qū)γ孢f送。在遞送至24m位置處，由對(duì)面650t起重機(jī)單獨(dú)將箱梁一端吊起，橋臺(tái)上的650t起重機(jī)摘鉤并將鋼絲繩連接在箱梁另一端，2臺(tái)起重機(jī)同時(shí)將箱梁抬起，通過(guò)回轉(zhuǎn)動(dòng)作將箱梁安裝就位。

箱梁完成安裝后，2臺(tái)起重機(jī)的鋼絲繩脫鉤。依此步驟吊裝剩余箱梁。待所有箱梁吊裝完成后，起重機(jī)退場(chǎng)。

6? ?結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析對(duì)比可知，應(yīng)用于靖神鐵路JSTJ-09標(biāo)段上跨在建鐵路的公路橋箱梁施工的箱梁吊裝工藝，作業(yè)時(shí)間較短，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量少，對(duì)在建鐵路工程施工影響小，通過(guò)平行作業(yè)可盡早開(kāi)通公路，對(duì)地方交通影響較小。該箱梁吊裝工藝經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠、進(jìn)度指標(biāo)可控，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為起重機(jī)架梁施工提供了一定的技術(shù)依據(jù)，應(yīng)用前景良好。

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