楊連休

(中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350)

近年來，我國橋梁建筑取得了高速發(fā)展，橋面吊機在橋梁施工中具有突出的貢獻。為更好地提高橋面吊機的應(yīng)用效果，需要重點把關(guān)懸拼吊機的施工工藝技術(shù)，采用適當?shù)墓こ碳夹g(shù)和施工機械設(shè)備，保證施工安全和質(zhì)量，加快施工進度，降低工程成本。本文以天津市濱海新區(qū)軌道交通Z4線一期工程土建施工第2合同段雙線連續(xù)U梁為例，對橋梁節(jié)段梁架設(shè)施工技術(shù)進行系統(tǒng)分析，以供類似工程參考借鑒。

1 工程概況

軌道交通Z4線一期工程土建施工第2合同段標段起訖(DK28+640.846)～(DK39+550.866)，區(qū)間線路總長10.91 km，主要包括航安道站、航母公園站、玉砂道站，以及濱海南開中學(xué)站—航安道站區(qū)間、航安道站—航母公園站區(qū)間、航母公園站—玉砂道站區(qū)間、玉砂道站—中心漁港站區(qū)間。標段內(nèi)懸臂拼裝連續(xù)U梁共12聯(lián)，其中雙線橋梁8聯(lián)、單線橋梁4聯(lián)。預(yù)制節(jié)段梁數(shù)量共328塊。標段沿線各吊裝位置U箱組合梁的吊裝方案中全線共10個吊裝位置。本工程雙線連續(xù)U梁梁頂面寬1 086 cm，U梁底截面寬954.3 cm，其中U箱梁組合節(jié)段箱梁底截面寬540～640 cm。

2 橋面吊機選用

本工程U箱組合連續(xù)梁各節(jié)段梁均由 TJ160 型懸拼吊機進行吊裝。

2.1 機架結(jié)構(gòu)

機架結(jié)構(gòu)主要由上主梁、上橫梁、下主梁、下橫梁、前斜桿、中斜桿、后斜桿、卷揚機平臺等桿件組成，是吊機的主體結(jié)構(gòu)，是承受起重機荷載的骨架。其上安裝卷揚機和天車系統(tǒng)，主要桿件為箱型梁結(jié)構(gòu)。

2.2 走行系統(tǒng)

走行系統(tǒng)主要由前滑靴連接支座、前滑靴、后滑靴連接支座、后滑靴、頂升支腿、行走油缸座、軌道組成，采用步履式行走，油缸行程為600 mm。

2.3 卷揚機

卷揚機型號：JM2×115 kN；單繩拉力：2×115 kN；出繩速度：12 m/min；卷筒規(guī)格：Ф700 mm×600 mm；鋼絲繩直徑：Ф28 mm；容繩量：2×130 m；減速器：ZQ75；功率：45 kW。鋼絲繩采用抗扭鋼絲繩，繩徑為Ф28 mm，能較好地解決高空吊鉤組的打轉(zhuǎn)情況[1]。

2.4 天車系統(tǒng)

天車系統(tǒng)主要由定滑輪組輪箱、橫梁系統(tǒng)、導(dǎo)向輪系統(tǒng)三大部分組成，主材主要為型鋼及部分鋼板。通過固定在上主梁上的縱移油缸調(diào)節(jié)天車的縱向位置，縱移油缸的行程為1 200 mm。通過固定在橫梁系統(tǒng)上的橫移油缸，可以調(diào)節(jié)輪箱的橫向位置，橫移油缸的行程為200 mm。

天車橫梁系統(tǒng)上設(shè)有 4 個臨時吊點孔，待混凝土梁段提升并調(diào)整到位后，從天車上的臨時吊點孔穿下 4 根精軋螺紋鋼吊桿連接吊具橫向分配梁(分配梁 1)上相應(yīng)的吊點孔，使混凝土梁荷載能通過精軋螺紋鋼吊桿直接傳遞到天車系統(tǒng)，避免卷揚機長時間受力。精軋螺紋鋼上下部均必須使用雙螺母，螺紋鋼露出螺母長度不少于40 mm。

2.5 旋轉(zhuǎn)吊鉤組

旋轉(zhuǎn)吊鉤組主要由動滑輪組輪箱、吊桿系統(tǒng)等組成。其中，吊桿系統(tǒng)為栓接結(jié)構(gòu)，中間加置推力調(diào)心軸承實現(xiàn)吊鉤旋轉(zhuǎn)，吊鉤兩端以螺母栓接固定。

懸掛上橫梁與懸掛下橫梁之間設(shè)有鎖定裝置，當梁段起吊并旋轉(zhuǎn) 90°后，安裝懸掛上橫梁與懸掛下橫梁之間的鎖定螺栓，限制吊鉤旋轉(zhuǎn)，防止梁段在提升過程中自由旋轉(zhuǎn)，梁段提升到位后，可拆除鎖定螺栓，使吊鉤組恢復(fù)旋轉(zhuǎn)功能。

2.6 吊具分配梁

吊具由轉(zhuǎn)換節(jié)1、橫梁、調(diào)節(jié)塊、轉(zhuǎn)換節(jié)2、縱梁、精軋螺紋鋼錨具等組成。在橫梁1上設(shè)置橫移油缸，橫移油缸的行程為 300 mm，在分縱梁上設(shè)置有縱移油缸，縱移油缸的行程為300 mm，通過調(diào)節(jié)縱橫移油缸可以實現(xiàn)梁段的縱橫向微調(diào)。調(diào)節(jié)塊與橫梁之間設(shè)置有調(diào)節(jié)絲杠，可實現(xiàn)橫向吊點間距在 4 840～5 360 mm之間無級調(diào)節(jié)。

3 節(jié)段梁拼裝施工技術(shù)

節(jié)段梁懸臂拼裝施工主要包括懸拼吊機的前移校正、節(jié)段梁拼接、拼接縫施工、預(yù)應(yīng)力施工等。采用三跨一聯(lián)的連續(xù)梁，主要梁段組成為：中墩0#塊、懸拼節(jié)段梁、0#與1#塊濕接縫、邊跨濕接縫、中跨濕接縫、邊跨支架現(xiàn)拼段。施工過程中以0#塊為基準段，在其上安裝TJ160 型懸拼吊機作為預(yù)制節(jié)段梁的起重設(shè)備，起重節(jié)段梁，完成節(jié)段梁之間拼接縫施工及預(yù)應(yīng)力施工等工作。節(jié)段梁安裝采用懸臂拼裝施工，根據(jù)設(shè)計分段長度、梁段重量、外形尺寸、斷面形狀及各種施工荷載[2]，確定采用TJ160型吊機，單個吊機重量為70 t。根據(jù)現(xiàn)場施工及工期進度配置1組(4 套懸拼吊機)進行施工。節(jié)段拼裝連續(xù)梁的施工總體步驟如下。

3.1 墩頂0#塊澆筑

待墩身完成澆筑后，搭設(shè)墩頂0#塊現(xiàn)澆支架，完成墩頂0#塊澆筑。墩頂0#塊澆筑完畢后，拆除墩頂相關(guān)支架，完成體系轉(zhuǎn)化，使墩頂0#塊支撐在鋼管混凝土柱上，張拉臨時墩錨固鋼筋。利用汽車吊安裝懸拼吊機，并進行檢查、載荷試驗。懸拼吊機支腿位置設(shè)置在吊裝孔處，由卷揚機帶動鋼絲繩通過吊裝扁擔將節(jié)段梁從地面吊起，前部設(shè)置由電動葫蘆控制方向。

3.2 吊裝并安裝1#節(jié)段

1) 1#節(jié)段梁架設(shè)。首先，1#節(jié)段梁經(jīng)2臺起重天車起吊至與已拼裝梁段相同高度后停止，緩慢調(diào)整天車縱移油缸，使1#節(jié)段梁與0#段的間距為20 cm。等梁段穩(wěn)定后，通過吊具的三向調(diào)整功能調(diào)整起吊梁段的位置。其次，安裝天車及吊具分配梁之間的輔助吊桿，節(jié)段梁左右方向每側(cè)2根吊桿上端由橫梁相連，并在橫梁與天車之間設(shè)置1個60 t液壓千斤頂。通過輔助吊桿上的千斤頂對節(jié)段梁標高及左右高度偏差進行微調(diào)，使節(jié)段梁精確對位。最后，對節(jié)段梁拼裝過程進行調(diào)整：①通過起重小車的縱向移動調(diào)整節(jié)段梁的縱向位置；②通過起重小車上的卷揚機調(diào)整節(jié)段梁的高度；③通過起重小車上的橫向水平千斤頂微調(diào)節(jié)段梁的橫向位置；④通過吊具上的千斤頂調(diào)整節(jié)段梁的縱向傾角；⑤通過吊具上的千斤頂調(diào)整節(jié)段梁的橫向傾角；⑥通過輔助吊桿千斤頂精確調(diào)整節(jié)段梁高度及橫向傾角。

2) 1#勁性骨架安裝。節(jié)段梁懸臂拼裝過程中，首節(jié)預(yù)制梁與墩頂現(xiàn)澆 0#塊采用20 cm 濕接縫連接[3]。其主要施工方法為：先采用懸拼吊機對稱吊裝 1#節(jié)段，縱向移動到位后，安裝固定好鋼楔塊，通過天車上的三向調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié) 1#節(jié)段的空間位置，焊接已經(jīng)預(yù)留好的勁性骨架已鎖定梁段。

在0#塊與1#節(jié)段共設(shè)置 4 道勁性骨架，單道勁性骨架需在0#塊與1#塊施工過程中預(yù)埋6根Ф25 mm×0.45 m 的鋼筋，其中埋入混凝土內(nèi)尺寸為0.35 m，外露0.10 m。鋼筋上部為20 mm厚鋼板，鋼板尺寸為0.5 m×0.5 m，距離梁端0.5 m，鋼板與鋼筋通過2個M25螺帽相連。鋼板上以232b槽鋼作為勁性骨架剛性支撐，其中翼緣板與箱室頂板上部剛性支撐長度為2.2 m，下部箱室結(jié)構(gòu)內(nèi)剛性支撐長度為1.5 m。雙拼槽鋼與鋼板雙側(cè)焊接[4]，焊縫高度滿足10 mm，單側(cè)設(shè)置5道加勁板。勁性骨架布置立面圖如圖1所示。

(a) 0#塊勁性骨架預(yù)埋橫斷面圖(單位：cm)

3.3 懸拼吊機移位

懸拼吊機鋪設(shè)軌道至下一節(jié)段前端頭附近，天車退回至橋面吊機最末位置，將全部錨固連接器拆除，解除吊機錨固，啟動走行機構(gòu)頂推裝置。利用走行機構(gòu)油缸的伸縮功能，兩端油缸同步頂出500 mm，解除油缸反力座銷軸，油缸縮回500 mm，安裝油缸反力座銷軸。重復(fù)步驟，以步進的方式吊機移動至下一節(jié)段指定位置，連接錨固連接器進行橋面吊錨固，開始架設(shè)下一預(yù)制節(jié)段梁，對稱起吊，縱移到位后進行節(jié)段預(yù)拼對位[5]。

3.4 懸拼吊機移位前的驗收

懸拼吊機移動至下一節(jié)段起吊前對吊機進行驗收，驗收主要內(nèi)容有：①檢查后錨精軋螺紋鋼錨固位置(即吊裝孔位置)，箱室節(jié)段梁橫向間距4 984 mm，實心節(jié)段梁橫向間距5 100 mm，均距離梁端500 mm；②檢查后錨點是否為4根Ф40 mm PSB930精軋螺紋鋼；③錨固點下方是否有墊板及2個螺帽；④檢查后錨點外露絲桿長度是否大于3絲；驗收完畢后形成驗收記錄。重復(fù)懸拼吊機走行、懸拼節(jié)段預(yù)制梁架設(shè)步驟架設(shè)剩余節(jié)段梁至合龍口，利用汽車吊拆除邊跨懸拼吊機，拆除過程中保持原位對稱拆除(汽車吊輔助)。

3.5 節(jié)段梁拼裝、粘結(jié)固化

節(jié)段梁預(yù)拼完成后，脫開梁體向外平移 0.6 m，預(yù)留出涂膠作業(yè)空隙，張拉臨時預(yù)應(yīng)力。待粘結(jié)劑固化后，張拉體內(nèi)正式預(yù)應(yīng)力束，并在24 h內(nèi)進行真空管道壓漿，兩側(cè)起重天車同步松鉤。

3.6 邊跨現(xiàn)拼段施工

搭設(shè)邊跨現(xiàn)拼段拼裝支架，可在標準節(jié)段吊裝過程中穿插進行。利用汽車吊或履帶吊吊裝邊跨現(xiàn)澆段底部鋼管支撐架體，調(diào)整標高位置[6]。邊跨現(xiàn)澆段采用鋼管柱支架施工，支架基礎(chǔ)一部分落在承臺上，一部分采用碎石分層回填，上部澆筑混凝土，四周做好排水系統(tǒng)。利用汽車吊或履帶吊吊裝邊跨過渡段至拼裝支架上，按預(yù)拼、涂膠、張拉臨時預(yù)應(yīng)力、張拉體內(nèi)正式預(yù)應(yīng)力束的施工工藝[7]進行邊跨支架現(xiàn)拼段與邊跨現(xiàn)拼段過渡節(jié)段之間的膠結(jié)作業(yè)。

3.7 合攏橋型

安裝合攏口吊架、模板，進行合攏口鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道的施工。臨時鎖定合龍口U 梁，再進行中跨合龍段施工。待混凝土強度達到要求[8]進行正式預(yù)應(yīng)力張拉，并在24 h內(nèi)進行真空管道壓漿[9]。完成邊跨直線段支架卸載，解除全橋臨時預(yù)應(yīng)力鋼筋?；炷敛捎肅60微膨脹混凝土，在一天中氣溫最低時進行澆筑。

4 吊裝施工各受力構(gòu)件結(jié)構(gòu)驗算

4.1 設(shè)計指標

根據(jù)《起重機設(shè)計規(guī)范》(GB/T 3811—2008)，鋼結(jié)構(gòu)安全系數(shù)取1.5，吊桿強度安全系數(shù)取4。對于金屬結(jié)構(gòu)Q235 鋼材， 拉、壓、彎許用應(yīng)力[σ]=155 MPa， 剪切許用應(yīng)力[τ]=90 MPa， 端面承壓許用應(yīng)力[σc]=225 MPa。 對于銷軸材質(zhì)40Cr， 剪切許用應(yīng)力[τ]=306 MPa。

4.2 主要結(jié)構(gòu)強度計算

4.2.1吊桿計算

吊桿荷載基本值F=1446/4 kN=361.5 kN。吊桿采用PSB930精扎螺紋鋼，公稱直徑Ф50 mm，屈服應(yīng)力σs=930 MPa，有效截面面積Aj=1963.5 mm2。 吊桿最大拉應(yīng)力σ=361.5/1.9635=184.11 MPa，吊桿安全系數(shù)K=930/184=5.05>4(滿足要求)。

4.2.2吊具橫梁強度計算

1)截面最大正應(yīng)力

Mmax=1446×4.9÷4=1771.35 kN·m，

2)截面最大剪應(yīng)力

Qmax=670 kN，

4.3 鋼絲繩驗算

按第Ⅰ類荷載組合，取起升荷載動載系數(shù)φ2=1.1，則起升最大荷載值：PQ=1.1×1446=1590.6 kN，相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)強度安全系數(shù)取為1.48。

(1)

則最大工作靜拉力：

鋼絲繩：6×37-Ф28-1960，GB 8918—2006，鋼絲繩破斷拉力F=547 kN，則鋼絲繩實際安全系數(shù)為：

5 結(jié)束語

結(jié)合軌道交通Z4線一期工程，根據(jù)懸臂拼裝橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合現(xiàn)場施工條件、運輸條件及全線施工進度安排和規(guī)劃，采用專門設(shè)計的 TJ160 懸拼吊機，對節(jié)段預(yù)制梁進行懸臂拼裝。此橋面吊機結(jié)構(gòu)簡單，總體重量較輕，懸臂施工時在主墩處產(chǎn)生的臨時結(jié)構(gòu)彎矩較小，有利于結(jié)構(gòu)安排，可適用全線施工，多頭并進。懸拼吊機主桁架為2個棱型桁架，尺寸相對較小，重量較輕，近距離可轉(zhuǎn)場，可以將棱型桁架直接運輸，便于橋架機快速轉(zhuǎn)場、拼裝，能夠適應(yīng)懸臂架設(shè)施工的同步投入多臺的需求，符合綠色施工理念，值得大力推廣應(yīng)用。