福桥村大桥55m钢箱梁吊装施工技术研究

2022-08-13杜延青

中国新技术新产品 2022年9期

杜延青

（中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津 301700）

0 引言

随着国内桥梁技术的不断发展，桥梁的形式越来越多，例如现浇混凝土T梁、现浇混凝土箱梁和钢箱梁等，其中钢箱梁由于其具有自重轻、施工速度快、环境影响小、噪声小等优势，在桥梁项目建设中应用得越来越广泛。但是钢箱梁其体形比较大，须用专业设备运输及吊装，并且会影响现场交通，增加安全隐患，且钢箱梁后期的维护费要高于现浇混凝土梁。因此，加强钢箱梁施工技术研究，对提高其技术水平和降低整体施工成本是非常有必要的。

1 工程概况

成都经济区环绕线高速公路蒲江至都江堰段新建工程TJ-9标段，怀远互通福桥村大桥，K385+191福桥村大桥跨华怀路。桥梁中心桩号为K385+191，起始里程为K385+140.5，终止里程为K385+241.5，全长101m，上部结构形式为20m预应力混凝土简支小箱梁、55m钢箱梁，下部结构采用桩柱式桥墩、肋板式桥台。主线整体式双幅桥：2×[0.45m（防撞栏）+15.8m（行车道）+0.45m（防撞栏）]+0.1m（分隔带）=33.5米。其中第二跨采用55m钢箱梁跨越华怀路。钢箱梁钢材主要采用Q345qC钢板，其性能满足《碳素结构钢》（GB/T700-2006）和《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-2008）的要求。该55m钢箱梁断面示意图如图1所示。

图1 55m钢箱梁断面示意图（单位：cm）

2 钢箱梁施工的重点、难点分析

该55m钢箱梁最大质量约为185t，起吊要求高，再加上须上跨华怀路，现场吊装施工半径为9m，吊装施工空间有限，因此，如何在有限的空间下安全高效地将钢箱梁精准吊装到位是施工的难点。

3 吊装方案

该大桥项目中，55m钢箱梁为加工厂分段制作而成，然后使用专业半挂牵引车将钢箱梁分段运至现场，进行单箱室吊装施工。主线桥分段示意图如图2所示，箱梁分段质量见表1。

图2 55m钢箱梁主线桥分段示意图

表1 55m箱梁分段质量表

因该钢箱梁是等高度箱型结合梁，且自重比较大，按最不利因素考虑最终决定使用350t履带吊进行主梁吊装，并使用一台200t汽车吊辅助吊装钢箱梁的横向连接块、挑梁及支架等。具体吊装施工如下所述。

3.1 施工准备

施工准备准备如下：1）结合控制网对预埋件位置、支座顶面标高、坐标及柱墩距等进行复测，确保各点位置、标高等均满足设计要求，为后续钢箱梁精准就位提供保障。2）将工厂加工好的钢箱梁用大型平板拖车（带炮车）分段运至现场进行拼装，以备吊装。运输中要注意采用枕木、支撑及胶皮等保护措施，以防主梁变形或漆面损伤。3）安排350t履带吊及200t汽车吊等起吊设备进场，并按设计要求全面检查设备性能，以保证吊装的顺利施工。4）对华怀路进行交通管制，提前5天通过报纸、广播、电视台、公众号等各类媒体途径告知市民华怀路交通管制时间段及路段等，为安全吊装施工提供保障。

3.2 安装吊点选定及验算

吊点是影响钢箱梁吊装施工质量及安全的关键因素，因此，吊点必须要有足够的承载力，保证吊装平稳、可靠。经对比分析后，决定将吊耳焊于钢箱梁顶面，且增设了加劲板，以增强吊耳的稳定性。吊耳布置及受力情况如图3所示。

图3 吊耳布置及受力示意图

吊耳承载力验算：考虑到钢箱梁最大质量约为185t，且加上动荷载及安全系数增大后约为=185000×1.1×1.2×10=2442000N，采用1 kg=10 N，钢丝绳与钢箱梁顶面成45°夹角：则=/4=610500N，=/cos45=863377N，==610500N，受力形式如图3所示。本次考虑吊耳采用30mm厚Q345B钢板制作，高×宽=300mm×300mm，吊耳直径：=300mm，中间空洞直径=100mm，采用T型焊缝与钢箱梁进行焊接。根据该项目特点及《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）相关规定，确定安全系数=1.2，钢丝绳安全系数2=6。同时根据设计图纸，确定钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值为f=270 N/mm；钢材的抗剪强度设计值为f=155 N/mm；焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值为f=200N/mm；钢丝绳的抗拉强度设计值为f=1320N/mm。

吊耳受力净截面积验算如下。

式中：A为吊耳受力净截面积，为吊耳直径；为中间孔洞直径；为板材厚度。

吊耳正截面抗拉力验算如下。

式中：为吊耳所受拉力；A为吊耳受力净截面积；f为钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；为安全系数；经验算，吊耳抗拉力满足要求。

吊耳正截面抗剪验算如下。

式中：为吊耳所受剪应力；A为吊耳受力净截面积；f为钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；为安全系数；经验算，吊耳抗剪力满足要求。

吊耳焊缝验算如下。

采用T型焊缝进行连接，焊脚尺寸h=15mm，计算焊缝有效厚度如下。

式中：h为焊缝有效厚度。

抗拉强度如下。

式中：为吊耳所受拉力；为吊耳直径；h为焊缝有效厚度；f为缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值；为安全系数；经验算，吊耳抗拉强度满足要求。

抗剪强度：

式中：为吊耳所受剪应力；为吊耳直径；h为焊缝有效厚度；f为缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值；为安全系数；经验算，吊耳抗拉强度满足要求。

钢丝绳的选用验算如下。

选用4×15标准型钢丝绳，公称直径11.7 mm，单股截面积74.2mm，计算钢丝抗拉力如下。

式中：为钢丝绳所受拉力；A为钢丝绳总截面积；经验算，钢丝绳满足要求。

其他钢箱梁单片质量小于上述质量，受力小于该钢箱梁，故验算满足要求。

3.3 吊装施工

该55m钢箱梁吊装流程如图4所示。

图4 钢箱梁吊装流程图

吊装施工如下。1）单段钢箱梁分三段运至现场，现场布置马凳，构件在马凳上进行拼装，调整马凳标高后，先由350 t履带吊将三段钢箱梁拼装成整垮钢箱梁，焊接牢固，并将焊缝打磨达到要求，以此拼装好另外两段箱体，待3段钢箱梁均拼装焊接完成，焊缝经第三方探伤检验合格后，校核基础墩柱、支架标高后，再开始吊装。先用350 t吊装左幅钢箱梁支撑架，接着吊装左幅钢箱梁，边退边吊装直至做完左幅钢箱梁吊装施工，然后按照同样的顺序吊装右幅钢箱梁，最后再用200t汽车吊安装悬挑段。2）首段钢箱梁安装定位基准根据边墩支座中心确定，并根据设计图纸在桥墩盖梁上标记好钢箱梁底边缘线，以控制第一段钢箱梁吊装精准就位。同时，参考钢箱梁另一端的临时支墩顶部钢箱梁支点标高对钢箱梁标高进行控制，并在临时支墩上加设侧挡板来对第一片钢箱梁安装的线形。同时，吊装过程中，使用钢丝绳绑扎牢固钢梁，并在绑扎位置垫上管皮或者橡皮，以防损伤钢箱梁。3）按顺序吊装第二段钢箱梁时，若接口位置存在面板和腹板错边现象，应利用码板及钢斜锲及时进行调整；若偏差比较大，则须用千斤顶及支墩来进行调整，保证拼装后焊缝间距及高差均在合理范围内。同时，对接口位置的线形偏差，应利用钢箱梁接口预留的修正段进行修正，先修正线形，使其可平缓过渡后，再焊接箱体。最后使用花篮螺栓及千斤顶等将两节段钢箱梁调整靠拢，若有必要也可对局部进行切割吊装，以保证钢箱梁拼装质量。4）重复上述施工操作，直至吊装完成所有钢箱梁，并验收。

每完成一段钢箱梁吊装，测量人员要第一时间复测该段钢箱梁的线形，检测合格后，现场采用按手工焊或半自动CO定位焊照“先立焊后横焊，从中间到两边交错、对称的焊接”的顺序将钢箱梁焊接定位。定位焊接过程中，应根据节段钢箱梁外形尺寸大小、每条焊缝的总长度来控制定位焊缝的长度和间距，一般长度为80mm、间距为400mm，焊脚尺寸大于4mm，但应小于1/2焊脚高，且钢箱梁各部位焊接方法及要求见表2。

表2 钢箱梁各部位焊接方法及要求

做完全部钢箱梁焊接施工后，按照无损探伤检测要求，将焊缝打磨好，等焊接结束慢24h之后检查钢箱梁外观，外观合格后开始进行无损探伤检测。由检测人员对焊缝做100%UT检测，待检测合格后，出具相应的无损探伤检测报告。

待55m钢箱梁主体吊装完成后，采用200t汽车吊进行钢梁的横向连接块及挑梁安装。首先使用200t汽车吊与人员配合将横向连接块及挑梁吊至两个钢箱梁中间指定位置，再使用高清螺栓进行连接，然后初拧，并根据实际情况调整横向连接快及挑梁，使其跟钢箱梁主体相贴合，然后终拧牢固，并涂上油漆红点做标识。对无法对口的螺栓孔，采用圆形楔子调整到位，严禁随意扩孔、割孔。

4 质量安全控制要点

4.1 吊装施工质量安全控制

该55m钢箱梁项目中，为保障吊装施工安全，成立了以项目经理为主任的质量安全生产委员会，其成员由项目部质量安全部负责人和专职安全员组成，且各作业队则以第一领导为组长。同时，也制定了完善的质量安全责任制，明确责任到具体人员身上。另外，结合该项目吊装施工特点，编制了针对性的施工安全预案，以便将高空坠落、物体打击等安全事故的发生概率控制到最低。