高速铁路T梁吊装设计与施工研究

袁向彪

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350）

1 工程概况

本工程为石济客专站前工程，走行线大桥跨越老赵王河，连接正线路基与走行线路基，全桥总长度为143.95m，本桥结构形式为4-32m简支T梁，与老赵王河河道中心线夹角为37°44′。线路级别：走行线单线。单线由2片梁组成，单线铁路桥面宽为4.9m，梁计算跨径32m，全长32.6m，梁高2.5m，轨底至梁底建筑高度为3.15m，预制单线梁顶宽为2.3m。单片T型梁砼体积为53.71m3，重142.2t。

2 吊装设施设计与验算

根据现场实际情况，确定：1#～2#墩采用双机抬吊法起吊，平方台～1#墩、2#～3#墩、3#～维方台采用牵引吊装法起吊。采用1台300t和1台350t汽车起重机，300t起重机位于小里程处，350t起重机位于大里程处。

32m T型边梁吊装时，每端采用2根15m长Φ50的钢丝绳，采用兜挂法起吊，吊点分别位于距离T梁端头2.0m、2.5m处，即每端分别有4根钢丝绳承受T梁的重量。

2.1 钢丝绳验算

钢丝绳的许用拉力计算：［S］=P/K

式中 ［S］——钢丝绳的许用拉力（kN）；

P——钢丝绳的破断拉力（kN）；

K——安全系数。

表1 钢丝绳安全系数表

钢索选用Φ50mm，6×37钢丝绳，安全系数K取6，查表得钢丝绳破断拉力为P=1405kN。

钢丝绳的许用拉力：［S］=P/K=1405/6=234kN

32m T梁自重重量按143t计取，每侧吊点每根钢丝绳实际承受荷载=143/（2×4）×10=178.75kN＜234kN，故钢丝绳能满足施工的要求。

2.2 吊车稳定性验算

（1）架设2#孔跨时，采用双机抬吊法吊装。1#墩～2#墩吊装平面布置图如图1所示。

在整个吊装过程中，起重机的旋转半径为9～10.5m左右，大臂伸出长度为18～19m左右；300t起重机的起重能力在75～87t，350t起重机的起重能力在85～99t；起重机大臂仰角为55°～60°。

（2）平方台～1#、2#～3#、3#～维方台T梁吊装，采用牵引吊装法［1］，见图2。

图1 3#孔跨起重机布置平面图

图2 牵引吊装平面示意图

在整个吊装过程中300t起重机最不利位置为将T梁提起瞬间，此时起重机工作半径为10.8m，大臂伸出长度为17.222+102=L2，L=19.91m，大臂的仰角为57°，起重机的起吊能力为75～87t；350t起重机最不利位置为接钩时，此时起重机工作半径为12m，大臂伸出长度为17.632+10.32=L2，L=20.4m，大臂的仰角为54°，起重机的起吊能力为85～99t。

2.3 地基承载力验算

主要荷载为：梁体自重142.2t，300t起重机及配重共计150t，350t起重机及配重共计180t，每台起重机配备4块支垫板，每块垫板尺寸为2.5m×3m，以350t起重机为例验算地基承载力：

总荷载N=1.2×180×10+1.4×142.2/2×10=315 5.4kN；起重机支腿面积为S=2.5×3×4=30m2。

基底承载力P=3155.4/30=105.18kPa。

即现场碾压夯实后的地基承载力必须大于等于105.18kPa，取120kPa。

通过试验室对老赵王河两岸最不利位置现场做静力触探试验显示，分层夯实后的最大基底承载力为180kPa，由于120kPa＜180kPa，则夯实后的基础可以满足T梁对地基承载力的要求。

为了保证吊装安全，现场在回填土压实的基础上，在起重机支腿位置增加一层钢板。

2.4 重心偏移稳定性验算

轮胎起重机的起重稳定性计算按规范规定的工况和方法进行。起重机在外载荷作用下，对倾覆轴线的力矩之和大于或等于0（ξM≥0）时，则认为起重机是稳定的。计算时规定起稳定作用的力矩为正，使起重机倾覆的力矩为负。

在无风静载工况下，臂架处于垂直于底架纵向轴线位置，在相应工作幅度起吊额定载荷，稳定性校核表达式为

式中 R——工作幅度，与额定起重量相对应；

Q——起吊货物重量（包括吊具重量）；

a——支腿横向间距之半或轮距之半；

G1—— 起重臂的重力按静力等效折算臂架头部的重力；

G2—— 起重机质量的重力和扣除吊钩、臂架后的重力；

R2——G2至回转中心距离；

φ1——载荷系数。

以3#墩～维方台300t起重机为例，起重机参数查询可得出

本方案中300t起重机在吊装T梁时，考虑最不利工况，重心偏移引起的起重机整个吊装过程中稳定可靠。所以最不利状态，2个支腿受力、2个支腿刚好不受力。

N×2×4.25-（150-30）×（4.25-2.05）-30×（11/2+4.25）-1.4×71.5×（11+4.25）=0

总荷载N=245.1t=2451kN，

起重机支腿面积为S=2.5×3×2=15m2，

基底承载力P=2451/15=163kPa。

3 T梁吊装施工方案

3.1 施工基本程序

场地整理、起重机置放处基础处理→临时支墩施工→起重机试吊→T型梁吊。

3.2 临时支墩施工

在走行线大桥墩身及桥台大小里程侧设置临时支墩，临时支墩邻近垫石，全桥临时支墩采用C50砼，1#、2#、3#墩临时支墩几何尺寸为120×50×48cm，2个桥台上临时支墩尺寸为120×40×48cm，数量为16个，支墩高度仅为参照，具体高度根据支墩高程确定。临时支墩施工时在墩顶植筋，支墩内配Φ12钢筋纵横间距10cm布置，在临时支墩浇筑混凝土前，墩顶铺设一层隔离层，方便后期破除。在吊装前，临时支墩顶部铺设一层2～3cm厚细砂，既可保护梁底结构，又可调节支座安装高程。

3.3 起重机试吊

吊装前对梁体进行试吊，分别进行空载试验、满载试验、超载试验，调试吊车仪表以及各项动作是否正常，满载及超载过程中检查吊具性能安全可靠，提升到离地20cm高度处，停留时间不得小于10min，梁体与地面距离应保持不变。

3.4 T梁吊装方法

3.4.1 吊装顺序

先吊装1#～2#墩左侧T型边梁，调整梁体高程，临时固定，然后再吊装右侧T型边梁，横向临时固定，最后对2片梁支座灌浆。本桥T梁的吊装顺序：1#～2#墩→平方台～1#墩→2#～3#墩→3#～维方台。

3.4.2 吊装方法

（1）吊装1#～2#墩，共1孔。

1#～2#墩处因老赵王河影响不能按照牵引吊装方案实施，根据地形情况采用双机抬吊法进行吊装，即用运梁车直接将T梁在石济客专平禹特大桥梁面上运输到走行线对应孔跨的位置；300t起重机停在1#墩小里程侧，350t起重机停在2#墩在大里程侧，2台起重机转盘中心距为40m；将T梁在梁车上吊起后，2台起重机在起重工指挥下配合由石济客专侧向走形线桥墩缓慢回转，将梁转到指定位置上方缓慢落钩就位。

300t起重机全支腿时外形尺寸为支腿间距10m，车长16m。350t起重机支腿间距为10m，车长18m。

1#～2#墩均采用双机抬吊法吊装，350t起重机顺时针回转，300t起重机逆时针回转，吊装断面图如图3所示。

图3 双机抬吊纵断面示意图

双机抬吊法吊装T梁，根据T梁高度及起重机支腿位置显示，若要吊起T梁，距离栏杆最近距离为1.4m，考虑距离偏小，临时拆除部分栏杆较为稳妥，吊装T梁横断面图如图4所示。

图4 双机抬吊起吊横断面示意图

在整个吊装过程中，起重机的旋转半径为9～10.5m左右，大臂伸出长度为18～19m左右；300t起重机的起重能力在75～87t，350t起重机的起重能力在85～99t；起重机大臂仰角为55°～60°。

（2）牵引吊装平方台～1#、2#～3#、3#～维方台，共3孔。

运梁车沿石济客专梁面将T梁运输到平方台，平方台～1#、2#～3#、3#～维方台T梁吊装，采用牵引吊装法。

以平方台～1#为例分析吊装过程，运梁炮车停放在平方台桥台位置，炮车尽量将T梁运至桥台边缘靠近梁缝；300t起重机在平方台处将T梁吊起后，向桥梁右侧回转让开炮车，350t起重机将桥台上的炮车吊走；然后300t起重机向桥梁左侧回转至原位，将送到其10m作业半径与350t起重机12m作业半径交点处；安排350t起重机在空中接钩。350t起重机接住后，300t起重机脱钩逆时针回转至平方台处等待起吊T梁小里程侧，350t起重机向1#墩处顺时针回转。这个过程中，运梁车主车一直配合起重机向大里程行驶，当行驶到300t起重机能吊到T梁头时，300t落钩并挂好钢丝绳，2台起重机顺时针回转将T梁平稳吊起，然后双机抬吊将T梁放平稳就位。

此种吊装方法中空中接钩危险系数较大，提前在梁体吊装孔内穿入2套钢丝绳，第1台起重机吊起时仅使用1套钢丝绳，第2台起重机接钩时首先接住另一套钢丝绳，然后第2台起重机吊起梁体受力拉紧，待全部荷载在第2台起重机上受力，梁体平稳后，第1台起重机松钩并解除挂钩。整个过程中，工人仅在挂钩、解钩时上至梁顶，起重机换力时工人禁止在梁顶逗留［2］。

因梁体构造复杂，结构不对称，吊装过程中极容易引起梁体倾斜，会增加梁体就位的难度。此种吊装方法难点在于如何保证空中换钩前后梁体依然保证平衡，考虑在接钩位置设置2个吊装孔，2套钢丝绳完成接钩。

①运梁车运送T梁至走行线石方台，300t起重机起吊向桥梁右侧旋转，350t起重机将前节炮车吊离，300t起重机顺时针向1#台方向回转，运梁炮车随起重机往1#墩方向运送。

②运梁车随300t起重机往1#墩方向运送T梁至350t起重机可起吊位置，350t起重机接钩。

③350t起重机接钩后，300t起重机吊起T梁另一端，2台起重机双机抬吊，同时顺时针回转。

④2台起重机双机抬吊至指定位置，支座安装并加固完成后卸钩吊另一片梁。

左侧边梁吊装完成后，在首片T梁每端左右两侧各使用2根10#H型钢对焊在外侧支顶临时固定；另外吊装第2片T梁之前，埋设地锚桩通过钢丝绳拉紧、固定梁端，拆除内侧支撑型钢；吊装第2片T梁，同样方法将右侧T梁吊装就位。

在整个吊装过程中，300t起重机最不利位置为将T梁提起瞬间，此时起重机工作半径为10.8m，大臂伸出长度为17.222+102=L2，L=19.91m，大臂的仰角为57°。起重机的起吊能力为75～87t；350t起重机最不利位置为接钩瞬间，此时起重机工作半径为12m，大臂伸出长度为17.632+10.32=L2，L=20.4m，大臂的仰角为54°。

（3）本次吊装在T梁挡砟墙根部附近位置增开100×300mm吊装孔，1#、3#、4#跨2片T梁采用牵引吊装法，在大里程端开2个吊装孔，距梁端距离分别为2.0m和2.5m；2#跨吊装孔距梁端距离为2m。同时在两端吊点上系缆风绳，方便人工配合控制方向同时，实现对T型梁梁底钢支座螺栓的精确就位。

吊装完毕后，采用吊模法对吊装孔封堵，使用扳手调直孔内钢筋，并焊接成整体，如有钢筋长度不足，增加钢筋补强。支立模板前，清除孔内灰渣，用水润湿，确保混凝土与孔壁结合性良好。

4 结束语

本文以石济客专走行线大桥吊装工程为实例，1#～2#墩采用双机抬吊法起吊，平方台～1#墩、2#～3#墩、3#～维方台采用牵引吊装法起吊。并使用300t和350t汽车起重机各1台组合吊装，其中300t起重机位于小里程处，350t起重机位于大里程处。其吊装过程节约工期，提高效率，具有显著的经济效果。