夏祥杰 王 偉 張永昌

中國化學(xué)工程第十一建設(shè)有限公司 河南開封 475002

神農(nóng)湖大橋?yàn)楠?dú)塔雙索面斜拉橋，采用“人”字形鋼結(jié)構(gòu)索塔，塔柱外形按照樣條曲線變化。其中下塔柱及橋面為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋面以上部分為鋼結(jié)構(gòu)索塔柱，在組裝場地進(jìn)行分段組裝。索塔總高109m，重1894t，道路中心線和分孔線對稱布置。除鋼混結(jié)合段4段，索塔共分為12 個(gè)節(jié)段，每節(jié)段長4.5～12 m，節(jié)段間采用端面金屬接觸，M24 高強(qiáng)螺栓連接。該工程屬于大型吊裝工程，節(jié)段重量較重且重心不一，加上復(fù)雜的吊裝作業(yè)環(huán)境，給吊裝工程帶來了很大風(fēng)險(xiǎn)。為保證鋼索塔安全高效吊裝，對吊具結(jié)構(gòu)、吊裝方案的可行性和施工工藝進(jìn)行了綜合分析。

1 模塊化分段吊裝

對于索塔這類體積龐大的高聳鋼結(jié)構(gòu)，更適合采用分部整體吊裝的施工方法：將整座索塔分割成若干個(gè)節(jié)段（鋼結(jié)構(gòu)模塊），再利用大型吊裝機(jī)械將其分別吊裝就位和連接，即模塊化分段吊裝。該方法在縮減工期和成本的同時(shí)，大大減少了高空作業(yè)，保證了吊裝工作的安全進(jìn)行。

模塊化分段吊裝首先要制定實(shí)施方案，根據(jù)索塔特點(diǎn)進(jìn)行模塊分段。在設(shè)計(jì)院所及制造企業(yè)對工程項(xiàng)目進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和建造，保證模塊加工質(zhì)量，并要將每個(gè)模塊安全運(yùn)輸至拼裝場地進(jìn)行拼裝，拼裝完成后將節(jié)段運(yùn)至吊裝現(xiàn)場進(jìn)行吊裝。

經(jīng)綜合考慮，索塔“模塊化”分段如圖1 所示。

圖1 索塔分段示意圖

2 吊裝方案的選擇

2.1 方案的確定

根據(jù)索塔特點(diǎn)，整體吊裝方案設(shè)想有軸式吊耳吊裝方案、板式吊耳吊裝方案和特制吊具吊裝方案。

（1）軸式吊耳吊裝方案：索塔各節(jié)段左右兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)軸式吊耳，節(jié)段上方還需使用與節(jié)段規(guī)格相匹配長度的支撐式平衡梁。該方案吊耳與吊具處于同一平面，穩(wěn)定性不足，且軸式吊耳與平衡梁組合制造難度大、費(fèi)用高，不宜采用。

（2）板式吊耳吊裝方案：節(jié)段對稱軸兩測各設(shè)置兩個(gè)吊耳，對稱軸兩測的吊耳分別用一根鋼絲繩連接，且分別掛在吊車鉤頭的兩個(gè)懸掛處。該方案節(jié)段重心難以確定，節(jié)段找正困難，不易調(diào)節(jié)，吊裝過程中需要過多輔助，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不宜采用。

（3）特制吊具吊裝方案：在板式吊耳吊裝方案基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)特制吊具（雙向可調(diào)節(jié)找正平衡裝置），節(jié)段板式的設(shè)置與板式吊耳吊裝方案一致，對稱軸兩測的吊耳分別用一根鋼絲繩連接，且分別掛在兩個(gè)雙向可調(diào)節(jié)找正平衡裝置的鋼絲繩懸掛處，找正平衡裝置再分別用一個(gè)卡環(huán)和一根鋼絲繩與吊車鉤頭的兩側(cè)連接。該裝置制造簡單，適用性廣，便于調(diào)節(jié)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可確保索塔安裝高質(zhì)量、高效率的完成。經(jīng)過對比分析，宜采用該方案。

2.2 特制吊具結(jié)構(gòu)及使用

特制吊具包括擋板、支撐板、內(nèi)圈和外圈，其中內(nèi)圈套在卡環(huán)銷軸上，外圈掛上主吊鋼絲繩，卸扣弓形一端用鋼絲繩與吊車鉤頭相連接。為了加固該特制吊具的強(qiáng)度，內(nèi)圈與外圈之間使用兩塊支撐板。特制吊具結(jié)構(gòu)材料采用Q235B 鋼板和Q235B 無縫鋼管。特制吊具的結(jié)構(gòu)示意圖和工作示意圖分別見圖2 和圖3。

圖2 吊具結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 吊具工作示意圖

（1）根據(jù)吊點(diǎn)數(shù)量選擇吊具數(shù)量，兩個(gè)吊點(diǎn)需用一個(gè)吊具；

（2）在主吊車鉤頭上掛上連接繩；

（3）在連接繩下端彎折處掛上合適噸位的卸扣，并用卸扣銷軸穿過裝置內(nèi)圈將其連接在一起；

（4）將主吊繩扣一端從卸扣弓形弧面與裝置之間的空隙穿過，將中心彎折處放置在外圈與擋板之間，使其自然下垂；

（5）提升鉤頭使主吊繩扣下端離地，并將其與主吊耳分別連接，同時(shí)輔助吊車吊住索塔節(jié)段的尾部，吊裝開始；

（6）當(dāng)索塔節(jié)段完全直立時(shí)，將其吊裝就位，完成工作。

3 施工工藝流程

索塔節(jié)段由運(yùn)輸板車運(yùn)到橋址處后，需要700t 和250t 兩臺吊車相互配合翻轉(zhuǎn)直立。首先施工人員檢查索塔節(jié)段本體與吊耳焊接是否正常，技術(shù)人員檢查吊車各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，保證起重吊車安全穩(wěn)定工作；作業(yè)人員隨后將鉤頭和節(jié)段用吊具進(jìn)行連接，并檢查吊具與索塔節(jié)段是否緊固連接；檢查無誤后，所有施工人員聽從指令，開始對索塔進(jìn)行起吊。具體工藝流程如圖4所示。

圖4 施工工藝流程圖

3.1 節(jié)段運(yùn)輸

索塔節(jié)段在總拼場地組裝完成后，臥置并用繩索將其固定在運(yùn)輸板車上，運(yùn)至吊裝場地，再用250t 履帶吊配合700t 履帶吊將節(jié)段卸至指定位置。節(jié)段到場前700t 和250t 履帶吊車在組裝預(yù)留場地進(jìn)行組車，700t組車工況為超起主臂工況：主臂84m；250t 組車工況為主臂工況：主臂33m。卸車完成后，進(jìn)行節(jié)段翻轉(zhuǎn)直立、“穿衣戴帽”等后續(xù)工作。

3.2 節(jié)段翻轉(zhuǎn)直立

進(jìn)行700t 履帶吊車主吊索具及雙向可吊裝專用吊具的連接，起吊半徑18m；進(jìn)行250t 履帶吊車溜尾吊索具連接，溜尾半徑9m；現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)合檢查，完成翻轉(zhuǎn)直立前各項(xiàng)程序；700t 履帶吊車緩慢提升吊鉤，250t 履帶吊車隨之起升吊鉤，使節(jié)段離開地面100mm 左右，觀察吊車和索具的受力情況，檢查吊車地基情況，確認(rèn)安全后開始翻轉(zhuǎn)直立；700t 履帶吊車提升吊鉤，250t 履帶吊車配合抬送節(jié)段尾部，適時(shí)旋轉(zhuǎn)臂桿并向主吊車方向行走直至節(jié)段脫鉤位置，待節(jié)段完全直立后拆去溜尾索具；將節(jié)段緩慢落至地面；節(jié)段翻轉(zhuǎn)直立完成。如圖5 所示，吊裝開始時(shí)，被吊節(jié)段呈臥置狀態(tài)，主吊車吊起節(jié)段上端不斷提升，并能承受節(jié)段全部吊裝載荷，輔助吊車提起節(jié)段尾端不斷向前抬送，直至節(jié)段直立。

圖5 節(jié)段翻轉(zhuǎn)示意圖

3.3 吊耳布置

本次吊裝每個(gè)索塔節(jié)段主吊耳使用4 個(gè)吊耳，溜尾吊耳使用2 個(gè)吊耳，規(guī)格根據(jù)索塔節(jié)段的重量選擇，要求安全系數(shù)不小于1.5。為防止在起吊過程中鋼絲繩與索塔節(jié)段頂部相碰，在節(jié)段自身強(qiáng)度能夠滿足的情況下，盡量把主吊耳位置設(shè)置在節(jié)段頂部。再根據(jù)節(jié)段重心，確定4 個(gè)吊耳的垂直高度，以達(dá)到節(jié)段直立時(shí)其底部盡可能水平的目的，方便后續(xù)的找正及安裝工作。

3.4 節(jié)段試吊

節(jié)段翻轉(zhuǎn)直立后，進(jìn)行“穿衣戴帽”；然后進(jìn)行700t履帶吊車主吊索具及雙向可吊裝專用吊具連接，起吊半徑18m；現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)合檢查，完成吊裝前各項(xiàng)程序；經(jīng)專業(yè)責(zé)任人員檢查確認(rèn)所用設(shè)施安全的前提下，由吊裝指揮下令，對節(jié)段進(jìn)行試吊；700t 履帶吊車緩慢提升吊鉤，使節(jié)段離開地面100mm 左右，靜置5min 后觀察吊車和索具的受力情況，以及吊車的地基情況，確認(rèn)安全并簽吊裝命令書后開始正式吊裝。

3.5 正式吊裝就位

700t 履帶吊車提升節(jié)段至距離地面100mm 左右，掛上超起；700t 履帶吊車通過轉(zhuǎn)桿、起鉤及變幅動作最終就位半徑為26m，使節(jié)段位于就位位置上方并緩慢落鉤，使節(jié)段底部高出與上一節(jié)節(jié)段連接處0.2m；由安裝單位確認(rèn)并調(diào)整好節(jié)段方位后，700t 履帶吊車?yán)^續(xù)落鉤，將節(jié)段就位于接觸面之上；安裝單位確認(rèn)節(jié)段與節(jié)段間固定完畢，并經(jīng)監(jiān)理單位確認(rèn)已經(jīng)達(dá)到摘鉤條件后，700t 履帶吊車落鉤；作業(yè)人員將主吊裝繩索與主吊耳脫離，完成吊裝。

正式吊裝過程中，要安排足夠的人員控制溜繩，嚴(yán)禁節(jié)段非正常轉(zhuǎn)擺動。鋼絲繩掛摘鉤采用50t 汽車吊協(xié)助進(jìn)行。

4 作業(yè)人員和機(jī)械設(shè)備配置

索塔節(jié)段吊裝工程量大，工序復(fù)雜，為確保吊裝工作安全高效地進(jìn)行，在施工人員和機(jī)械設(shè)備的配置方面要做好充分的準(zhǔn)備。

其中施工人員包括起重工、司機(jī)、普工及安全人員等，所有人員須持證上崗，經(jīng)培訓(xùn)并考試合格，聽從統(tǒng)一指揮，并要提前熟悉索塔吊裝方案和吊裝過程中需注意的事項(xiàng)，保證能正確操作。

機(jī)械設(shè)備中，主吊車為徐工制造的QUY700 型700t 履帶式吊車，溜尾吊車為日本神鋼制造的CKE2500- 2 型250t 履帶式吊車。還需配備安全設(shè)備如安全帶、警戒繩等，夜間施工時(shí)需要配置照明設(shè)備，保證施工區(qū)域燈光需求。主索具選用Φ90- 8×61+FC- 1670 40m 鋼絲繩，溜尾鋼絲繩使用Φ50- 6×37+FC- 1670 20m 鋼絲繩。Φ90 鋼絲繩每股破斷拉力4080kN，吊裝時(shí)用到2 根，每根一彎兩股，共4 股，索塔節(jié)段最大重量為184t；Φ50 鋼絲繩每股破斷拉力1230kN，吊裝時(shí)用到2 根，每根一彎兩股，共4 股，索塔節(jié)段最大遛尾重量為60t，彎折系數(shù)取0.75。

主吊鋼絲繩安全系數(shù)K=4080×4×0.75/（184×10）=6.7＞6，滿足索塔吊裝安全要求；

溜尾鋼絲繩安全系數(shù)K=1230×4×0.75/ （60×10）=6.2＞6，滿足索塔吊裝安全要求。

節(jié)段在基礎(chǔ)附近采用立式整體吊裝的方法進(jìn)行吊裝。

（1）T2- 1—T7 節(jié)段：700t 履帶吊車選用重型主臂超起工況，臂長84m，最大吊重184t，最大超起配重250t，吊裝半徑26m，最大吊裝負(fù)荷為233t。

（2）T8—T12 節(jié)段：在基礎(chǔ)附近采用立式整體吊裝的方法進(jìn)行吊裝，700t 履帶吊車選用輕型主臂超起工況，臂長114m，最大吊重106.4t，最大超起配重200t，吊裝半徑26m，最大吊裝負(fù)荷為125t。

（3）250t 履帶吊全程使用33m 主臂工況，最大溜尾半徑為9m，最大吊裝負(fù)荷為60t。

兩車抬吊時(shí)負(fù)荷率最大為75.9%，主吊車單獨(dú)起升時(shí)主吊車負(fù)荷率最大為85.8%，安全系數(shù)取1.1，皆滿足現(xiàn)行的安全要求。

5 結(jié)論

長治神農(nóng)湖大橋索塔“人“字形鋼結(jié)構(gòu)索塔高109m、重1830t，采用“模塊化”吊裝技術(shù)分段吊裝就位。索塔“模塊化”分段吊裝為大型吊裝項(xiàng)目，索塔節(jié)段易變形且重心位置不容易確定，吊裝施工風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，難度較大。

根據(jù)鋼索塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場具體的施工環(huán)境，對特制吊具的設(shè)計(jì)、吊裝機(jī)械設(shè)備的使用、吊裝方案設(shè)計(jì)及可行性分析，并根據(jù)分析結(jié)果完成CAD 吊裝圖繪制，制定索塔在特制吊具使用下的“模塊化”分段吊裝工藝流程，最終得出如下結(jié)論：

（1）從索塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及現(xiàn)場情況出發(fā)設(shè)計(jì)了三種吊裝方案，分別是軸式吊耳吊裝方案、板式吊耳吊裝方案和特制吊具吊裝方案。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、可行性、施工工藝等方面進(jìn)行對比，認(rèn)為吊具結(jié)構(gòu)簡單，適用性廣，穩(wěn)定性好，在給索塔“模塊化”分段吊裝帶來極大便利的同時(shí)保障了安全性，使工程更加安全、有效、快速。故采用特制吊具吊裝方案。

（2）神農(nóng)湖大橋索塔“模塊化”分段吊裝特制吊具的設(shè)計(jì)和“模塊化”分段吊裝施工工藝的實(shí)施，保證了索塔吊裝工程能夠安全有序的進(jìn)行。