劉振偉

摘? 要：鋼橫梁因自身施工特點(diǎn)對吊裝施工工藝、施工技術(shù)和施工質(zhì)量要求較高。該文以跨營運(yùn)韓原鐵路的某鐵路特大橋?yàn)槔?，對鋼橫梁施工前吊裝設(shè)備準(zhǔn)備、技術(shù)方案設(shè)計(jì)等進(jìn)行計(jì)算闡述，并從吊裝施工的工期安排、試吊、正式吊裝及永久固結(jié)框架墩等方面對鋼橫梁吊裝施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行探討，保證施工安全、提高施工效率。旨在為類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁；鋼橫梁；吊裝施工；施工技術(shù)；施工質(zhì)量

中圖分類號(hào)：U445? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）05-0164-04

Abstract： Steel crossbeam has higher requirements on hoisting construction technology， construction technology and construction quality because of its own construction characteristics. Taking a railway bridge running across Hanjialing-Taiyuan Railway as an example， this paper calculates and expounds the preparation of hoisting equipment and technical scheme design of steel crossbeam before construction， and discusses the key technical points of hoisting construction of steel crossbeam from the aspects of time limit arrangement， trial hoisting， formal hoisting and permanent consolidation of frame pier， so as to ensure construction safety and improve construction efficiency and provide reference for the construction of similar projects.

Keywords： bridge; steel crossbeam; hoisting construction; construction technology; construction quality

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在建筑領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)梁越來越顯示出其價(jià)值。由于其具備成本低、結(jié)構(gòu)性能好、施工速度快和質(zhì)感強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)施工，在一定程度上取代了剛性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼橫梁因自身受力性能良好、剛度大、整體線性流暢美觀、主梁跨度大等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高架橋梁施工，尤其是大跨度高架橋梁施工[1]。鋼橫梁為整體焊接，吊裝施工對于現(xiàn)場施工工藝、施工技術(shù)和施工質(zhì)量方面要求較高，而隨著道路交通流量增加、鋼橫梁應(yīng)用對象變化以及跨度擴(kuò)大等因素，致使鋼橫梁跨路施工難度不斷加大，為避免鋼橫梁施工對交通、周圍環(huán)境等造成影響，應(yīng)嚴(yán)格按照施工工藝保證質(zhì)量施工，必須把握施工要點(diǎn)，強(qiáng)化施工的科學(xué)技術(shù)管理工作[1-2]。

1? 工程概況

本文以某鐵路特大橋施工為例，該橋梁DK23+820—DK24+020段與營業(yè)線韓原鐵路相鄰，線路在DK23+944.45處跨越韓原鐵路（下行線52 km+175 m），韓原線為雙線I級(jí)電氣化鐵路， 要求凈高7.96 m，交叉右角171°01′00″。交叉處既有鐵路為路基，填土高5 m左右，兩側(cè)有排水溝，采用7～24 m框架墩簡支梁跨越，橫梁跨度為30 m。224～229#墩框架墩，采用Φ=1.25 m鉆孔樁基礎(chǔ)、雙層承臺(tái)、墩身墩高13 m，基礎(chǔ)防護(hù)采用9 m長拉森Ⅳ鋼板樁防護(hù)，框架墩鋼橫梁采用預(yù)制吊裝法施工。框架墩橫梁采用鋼結(jié)構(gòu)，224～229#墩橫梁跨度為30 m，橫梁為單箱帶肋截面，224、226～229#墩橫梁箱內(nèi)寬3 200 mm，箱內(nèi)高3 500 mm，225#墩橫梁箱內(nèi)寬4 440 mm，箱內(nèi)高3 500 mm。頂、底板板厚36 mm，腹板板厚28 mm。在支座位置設(shè)3道支座橫隔板，支座橫隔板之間設(shè)置豎向加勁板，形成“井”字型承壓結(jié)構(gòu)，承受支座反力和更換支座頂落梁反力。

2? 鋼橫梁吊裝施工準(zhǔn)備

2.1? 技術(shù)方案

本項(xiàng)目鋼橫梁橫斷面尺寸大，且鋼橫梁橋墩處構(gòu)造復(fù)雜，受力集中，焊縫密集，熔透焊縫多，鋼橫梁截面尺寸控制及制造精度是施工的重點(diǎn)及難點(diǎn)。針對鋼橫梁橫斷面尺寸大，采取合理的制作工藝，采用合理的焊接工藝，控制橫斷面尺寸。針對構(gòu)造復(fù)雜，焊縫密集，熔透焊縫較多，制作時(shí)采用合理的制作工藝保證焊縫質(zhì)量，并采用焊接變形小和焊接收縮小的焊接工藝，控制制造精度。

鋼橫梁施工主要包括：地基處理、履帶吊組拼、路基板鋪設(shè)，吊索具準(zhǔn)備、試吊、吊車進(jìn)入吊裝位置、正式吊裝、吊裝結(jié)束及吊車拆解，吊車退場，索具等施工用料回收等。

2.2? 吊機(jī)選擇

吊機(jī)的選用及參數(shù)。由構(gòu)件重量表可知，鋼橫梁吊裝重量為276.4 t，考慮1.4的安全系數(shù)，按照387.1 t計(jì)算，選用1 000 t履帶吊在超起工況，主臂長78 m，超起半徑25 m，超起重490 t，后配重265 t，中央配重95 t，結(jié)合鋼橫梁吊裝設(shè)計(jì)圖，查吊機(jī)性能參數(shù)表可知，在此種工況下履帶吊載荷為441 t，載荷安全系數(shù)為441/276.4=1.6>1.4，滿足規(guī)范要求。

2.3? 吊具選擇

1）吊裝采用Φ96×17 m鋼絲繩。在鋼橫梁中，225#比其他鋼橫梁重53 t，所以鋼絲繩的受力載荷以最重鋼橫梁225#為例說明。

225#鋼橫梁吊裝采用6根鋼絲繩六點(diǎn)起吊，按極限工況四點(diǎn)受力計(jì)算，鋼絲繩起重重量為276.4 t，則單根鋼絲繩吊點(diǎn)位置處所受重力G=276.4/6=46.1 t；鋼橫梁吊裝施工時(shí)，風(fēng)力等級(jí)在6級(jí)及以上強(qiáng)風(fēng)時(shí)暫停施工，此處取6級(jí)風(fēng)力（13.8 m/s）作為計(jì)算依據(jù)，鋼橫梁截面積A=96 m2，預(yù)估風(fēng)壓WP=0.625 V2=0.119 kN/m2，鋼橫梁風(fēng)荷載G1=WP×A=11.43 kN。則自重與風(fēng)荷載產(chǎn)生的合力為G合=385.0 kN；鋼絲繩最大工作靜拉力：S=G合/sin60°=444.5 kN；鋼絲繩最小直徑：d=C=95.8 mm，其中工作級(jí)別系數(shù)C=0.144。根據(jù)計(jì)算，選擇96 mm直徑鋼絲繩作為吊裝鋼絲繩。

2）鋼絲繩驗(yàn)算。F=n×S=4 445 kN，鋼絲繩選擇96 mm直徑、6×91 N類鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩結(jié)構(gòu)為6×127SWSNS+IWR，破斷拉力：F0=5 640 kN>4 445 kN，即破斷拉力滿足要求。按照六點(diǎn)計(jì)算起吊時(shí)沖擊276.4/6×1.1=50.673合5 067 kN<5 640 kN滿足吊裝要求。

3）鋼絲繩長度計(jì)算。根據(jù)建模計(jì)算鋼橫梁重心點(diǎn)，選用鋼絲繩長度分別為4根17 m。

2.4? 吊耳選擇及布置

吊耳設(shè)在墩頂橫隔板中心線位置，（224#，226～229#）鋼橫梁每片梁共設(shè)置4個(gè)吊耳，225#鋼橫梁設(shè)置6個(gè)吊耳，材質(zhì)為Q345qE，和梁體采用熔透焊縫連接，吊耳設(shè)計(jì)在中隔板和加勁肋的交界位置。吊點(diǎn)受力分析：整座鋼橫梁采用4個(gè)吊點(diǎn)，鋼繩與梁體夾角按照60°考慮（上下蓋板作為安全儲(chǔ)備，不參與計(jì)算）。考慮沖擊系數(shù)和超載系數(shù)，則G=276.4×1.25（沖擊系數(shù)）×1.05（超載系數(shù)）=362.8 t，吊耳按4個(gè)吊點(diǎn)受力進(jìn)行計(jì)算，拉力取值為P=10G/sin60°/3=1 396.4 kN。

焊縫計(jì)算不考慮加勁板連接焊縫，將其作為安全儲(chǔ)備。吊耳板長按照60 cm、寬度按照3.55 cm進(jìn)行驗(yàn)算，焊腳按照hf=1.6 cm，則焊縫高度取hf=16 mm；由鋼號(hào)Q345查得焊縫強(qiáng)度fw=200 MPa；受荷載垂直焊縫方向N1=1 396.4 kN，lW=600-2×16=568 mm；由于承受靜力荷載或間接動(dòng)力荷載βf=1.22，對直接承受動(dòng)力載荷的結(jié)構(gòu)βf=1.0。垂直焊縫方向應(yīng)力計(jì)算為109.8 N/mm2≤1.22×200=244 MPa；綜合應(yīng)力計(jì)算為74.76 N/mm2≤200 MPa，故焊縫滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5? 承載力計(jì)算

場地不均勻沉降易造成設(shè)備傾覆，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，施工中嚴(yán)格按照路基填筑工藝進(jìn)行組織，層層碾壓、檢測，并報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收。

1）吊裝及走行場地承載力檢算，1 000 t履帶起重機(jī)履帶輪跡范圍鋪設(shè)路基板。1 000 t履帶起重機(jī)吊裝框架墩鋼橫梁時(shí)的地基承載力計(jì)算如下。履帶寬度1.83 m、長度12.37 m，每個(gè)履帶下鋪墊5塊路基箱，規(guī)格為長3 m×寬6 m×厚0.25 m；1 000 t履帶起重機(jī)吊裝工況下對地面的荷載為G=G1+G2+G3=811+490+283.8=1 584.8 t，式中：G1為吊車自重（含主機(jī)配重265 t、中央配重95 t、500 t型吊鉤7.4 t等）G1=811 t，G2為超起配重G2=490 t，G3為鋼橫梁重量+墊石+吊具（最重梁段）G3=283.8 t（含墊石、吊籃等附屬）。

2）受力面積。按鋪墊在履帶下面的路基箱面積計(jì)算為Ac=2abc=3×6×5×2=180 m2，式中：a為墊板寬度a=3 m，b為墊板長度b=6 m，c為路基箱數(shù)量c=5個(gè)。

3）承載力：f=N/Ac，（1 584.8×9.8）/180=86.29 kPa。

結(jié)論：驗(yàn)算鋼橫梁吊裝時(shí)履帶吊站位區(qū)域地基承載力為不小于87 kPa，履帶吊走行區(qū)域地基承載力為不小于40 kPa，經(jīng)現(xiàn)場地基處理后承載力檢測試驗(yàn)最低為260 kPa，安全系數(shù)分別為2.99、6.5。

2.6? 地基處理

1）鋼橫梁吊裝時(shí)履帶吊站位區(qū)域地基承載力要求。鋼橫梁吊裝時(shí)，吊車自重、超起配重和鋼橫梁重量總和為1 584.8 t。根據(jù)檢算結(jié)果顯示，鋼橫梁吊裝時(shí)的履帶吊站位區(qū)場地承載力必須達(dá)到87 kPa，平整度小于等于5‰，才能滿足鋼橫梁吊裝工作的要求。

2）履帶吊走行區(qū)域地基承載力要求。履帶吊從上一吊裝區(qū)走行至下一吊裝區(qū)及履帶吊拼裝站位區(qū)均屬于履帶吊走行區(qū)域。履帶吊走行時(shí)不帶超起配重，總重量為725 t。根據(jù)檢算結(jié)果顯示，履帶吊走行區(qū)域地承載力必須達(dá)到40 kPa，平整度小于等于5‰，才能滿足履帶吊走行工作的要求。

3）地基處理措施?，F(xiàn)場韓原鐵路場地為施工便道，原地面地基承載力及平整度良好，經(jīng)過地基承載力試驗(yàn)顯示，原地面地基承載力最低為260 kPa，大于吊裝站位區(qū)及履帶吊走行區(qū)域要求的地基承載力：87 kPa和40 kPa，滿足吊裝作業(yè)要求?；谝陨锨闆r。地基處理措施如下：①在原地面基礎(chǔ)上進(jìn)行分層填筑碾壓，其地基承載力為260 kPa。②鋼橫梁吊裝時(shí)的履帶吊站位區(qū)域采用25 cm路基箱+30 cmC30混凝土。③履帶吊行走區(qū)域采用25 cm路基箱。

3? 鋼橫梁吊裝技術(shù)要求

3.1? 吊裝準(zhǔn)備

跨韓原鐵路鋼橫梁吊裝施工，先吊裝224#鋼橫梁，再依次吊裝225#、226#、227#、228#、229#鋼橫梁。吊機(jī)進(jìn)場順序：配重首先從便道進(jìn)場至指定區(qū)域，主機(jī)構(gòu)件隨后進(jìn)場，最后是主臂構(gòu)件進(jìn)場。主臂組裝由南向北進(jìn)行，組裝區(qū)域位于遠(yuǎn)離營業(yè)線側(cè)。對框架墩柱進(jìn)行復(fù)測，包含高程、里程、偏距等是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，如偏差較大，則需采取相應(yīng)措施保證鋼橫梁的安裝精度。

3.2? 鋼橫梁吊裝安排

鋼梁吊裝前需要利用框架墩施工點(diǎn)完成框架墩復(fù)測、臨時(shí)支座安裝、臨時(shí)操作平臺(tái)安裝等準(zhǔn)備工作。鋼橫梁吊裝作業(yè)程序，見表1。

3.3? 試吊

吊機(jī)組裝完成后，利用224#鋼橫梁進(jìn)行同條件模擬吊裝演練，演練的目的主要是對吊裝作業(yè)指揮系統(tǒng)、地基承載力、吊機(jī)性能和索具等進(jìn)行測試，并且試吊持荷時(shí)間不小于30 min，以確保正式吊裝時(shí)安全質(zhì)量。

試吊過程嚴(yán)格模擬正式吊裝程序，指揮人員、吊裝班組、焊接班組、測量班組、防護(hù)班組按照指定位置就位，通信設(shè)備、防護(hù)用品確保暢通、性能良好。詳細(xì)記錄模擬掛卸扣、起吊、旋轉(zhuǎn)、落梁、拆卸扣的時(shí)間，為正式吊裝做好充分準(zhǔn)備。

試吊程序：指揮人員下達(dá)試吊命令→吊裝班組安裝卸扣拴掛鋼絲繩→指揮人員下達(dá)起吊命令→吊裝班組按命令起吊，將鋼橫梁提升至1 m高度→到位后吊機(jī)大臂向遠(yuǎn)離營業(yè)線側(cè)旋轉(zhuǎn)5 m→向指揮人員匯報(bào)已旋轉(zhuǎn)到位可落梁→指揮人員下達(dá)落梁命令→吊機(jī)反向旋轉(zhuǎn)5 m落梁→落梁至拼裝臺(tái)座→技術(shù)人員檢查，并向指揮人員匯報(bào)檢查情況→焊接班組模擬焊接→指揮人員下達(dá)拆卸扣命令→吊裝班組拆卸扣→大臂旋轉(zhuǎn)至初始狀態(tài)→總結(jié)分析。

試吊完成后設(shè)備制作單位確認(rèn)鋼橫梁整體結(jié)構(gòu)是否完好，確認(rèn)鋼橫梁整體變形量是否符合要求，具備正式吊裝條件；吊裝單位確認(rèn)鋼橫梁實(shí)際吊裝重量，檢驗(yàn)起重機(jī)載荷性能，觀察地基承載力狀況及鋼絲繩、卡環(huán)、卸扣、吊耳受力狀況，并做好相關(guān)記錄，一切無異常，則準(zhǔn)備第二天正式吊裝。

3.4? 鋼橫梁吊裝

為節(jié)約點(diǎn)內(nèi)時(shí)間，保證鋼橫梁吊裝落位時(shí)長，需在每一個(gè)天窗點(diǎn)，提前將履帶吊走行至吊裝占位區(qū)域，安裝好超起配重，并在鋼橫梁上安裝索具，等待給點(diǎn)轉(zhuǎn)臂、掛鉤、提梁。以224#鋼橫梁為例，吊裝過程簡單描述如下。

1）準(zhǔn)備：1 000 t履帶吊走行至吊裝站位區(qū)域，然后拴掛吊裝索具及纜風(fēng)繩，擺放超起配重。

2）防護(hù)：對吊車的機(jī)械性能、鋼絲繩、吊耳、卸扣和卡環(huán)等起重配件、材料進(jìn)行再次檢查，經(jīng)確認(rèn)均處于良好狀態(tài)后，將鋼橫梁提升至距地面距離約200 mm后停止，確認(rèn)鋼橫梁吊裝處于水平狀態(tài)，吊車以均勻的提升速度將鋼桁梁提升至指定高度，并調(diào)整至指定半徑待指揮人員下達(dá)旋轉(zhuǎn)命令。

3）吊車旋轉(zhuǎn)，防護(hù)人員就位，指揮人員下達(dá)轉(zhuǎn)臂命令后，吊車（連同鋼橫梁）旋轉(zhuǎn)大臂至框架墩上方，轉(zhuǎn)臂過程中通過2組人員牽拉纜風(fēng)繩保證鋼箱梁角度不變，避免自由旋轉(zhuǎn)，直至鋼箱梁到達(dá)就位位置。

4）鋼橫梁粗調(diào)定位：施工人員通過纜風(fēng)繩調(diào)整鋼箱梁就位角度（吊裝時(shí)設(shè)2組纜風(fēng)繩，鋼箱梁就位之前，通過人工牽拉設(shè)置在韓原鐵路上行線側(cè)的第一組及第二組纜風(fēng)繩，保證鋼箱梁相對履帶吊臂桿位置不變，準(zhǔn)確就位時(shí)通過牽拉4組纜風(fēng)繩實(shí)現(xiàn)鋼箱梁角度轉(zhuǎn)換），達(dá)到就位要求。

5）鋼橫梁精確定位：在吊梁之前提前在鋼橫梁端部及兩側(cè)焊好限位塊（焊限位擋塊之前需確定墩柱是否有偏差，根據(jù)偏差大小，調(diào)整限位塊的尺寸），在落梁時(shí)，限位塊盡可能地靠近墩頂外包鋼板，在梁和墩柱頂剛接觸或距離小于5 mm時(shí)，此時(shí)如發(fā)現(xiàn)梁未到達(dá)指定位置，可在調(diào)整位置焊一個(gè)反力裝置，用千斤頂來實(shí)現(xiàn)微調(diào)（每個(gè)墩柱配2個(gè)25 t，1個(gè)50 t千斤頂）。

6）就位：為保證吊裝安全，鋼橫梁角度調(diào)整好之前，始終保持鋼橫梁與就位墩柱之間留有1 m的安全距離，吊圍欄中的作業(yè)人員全部蹲下，禁止站立，并且佩戴安全帶及安全帽，將安全帶系于操作平臺(tái)牛腿上，找準(zhǔn)鋼橫梁就位角度后，起重機(jī)回鉤將鋼橫梁放置于支座上，施工人員方可站立進(jìn)行固定鋼橫梁，然后1 000 t起重機(jī)緩慢落鉤，專人檢查支撐受力是否滿足要求，墩梁連接部位進(jìn)行臨時(shí)焊接，焊接良好，無問題后主吊車回鉤，準(zhǔn)備摘除索具。

3.5? 永久固結(jié)框架墩

1）墩梁連接部位焊接，鋼橫梁與框架墩連接按鄰近營業(yè)線B類施工進(jìn)行墩梁連接部位焊接。墩柱外包鋼板與鋼橫梁底板焊接：采用雙面熔透焊。焊接完成后進(jìn)行無損檢測。

2）墩梁連接部采用鋼筋混凝土施工，墩梁連接后澆C50補(bǔ)償收縮混凝土，澆筑混凝土前將臨時(shí)支撐墊石表面鑿毛處理，并用M50灌漿料填充密實(shí)。后澆混凝土必須連續(xù)澆筑一次成型，在澆筑過程中應(yīng)隨機(jī)取樣制作混凝土強(qiáng)度、彈性模量試件，試件應(yīng)隨主體在同條件下振動(dòng)成型，施工試件隨主體養(yǎng)護(hù)，按28 d標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)辦理。墩梁連接部混凝土澆筑完成后，將鋼橫梁頂板預(yù)留孔洞用同規(guī)格鋼板熔透焊接封死。待墩梁連接部位混凝土強(qiáng)度和彈模達(dá)到設(shè)計(jì)值100%，且齡期不小于14 d后，方可架梁。

4? 結(jié)束語

為確保鋼橫梁吊裝施工安全以及施工質(zhì)量，必須依照復(fù)雜工況及施工環(huán)境采取有效的技術(shù)措施，尤其是做好吊裝前合理吊具論證選擇，制定合理有效的現(xiàn)場吊裝工期安排及流程，控制有效施工時(shí)間，通過吊裝試驗(yàn)對吊裝施工合理性進(jìn)行充分驗(yàn)證，并加強(qiáng)現(xiàn)場焊接施工、預(yù)拼裝施工等施工管控和效率跟進(jìn)。除此之外，要做好對周圍環(huán)境、營運(yùn)線路的施工封鎖和防護(hù)工作，建立有效的安全生產(chǎn)管理組織方案。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張康銀，左君，楊大利，等.鋼橫梁吊裝施工技術(shù)要點(diǎn)研究——以涼州2號(hào)特大橋?yàn)槔齕J].工程技術(shù)研究，2021（21）：26-28.

[2] 葉培杰，李強(qiáng)，王博.市政橋梁工程中大跨度鋼橫梁施工技術(shù)管理要點(diǎn)[J].住宅與房地產(chǎn)，2020（23）：157-158.