桥梁工程预制板梁吊装专项施工方案

贾 磊

（中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津 301700）

预制梁板的吊装是桥梁工程施工中比较常见的施工工序，将预制梁板通过专业吊装施工吊运到桥墩盖梁上，再进行桥面施工，最终完成整个桥梁工程。常用的架梁施工方法主要有架桥机吊装、2 台或多台起重机同时抬吊和单台起重机吊装3 种，它们都有自己的特点，适用于不同的工况。

考虑现场施工条件和经济性，通过比较可得出，采用单台起重机吊装是最普遍的施工方法。现以河道工程中跨河桥预制梁架设吊装方案为例，通过对地基承载受力、抗倾覆能力、吊车各关键受力点进行验算，验证单台起重机吊装施工的可靠性。

1 工程概况

北京市房山区夹括河治理工程第二标段位于房山区周口店镇黄山店村及拴马庄村境内，需要架设预应力空心板梁——拴马庄1#桥（河道桩号K9+886），所处河道为东西走向。该桥下部为扩大基础设计墩（台）结构，桥梁上部结构为预应力空心板梁，预应力空心板梁委托北京东霖水泥制品厂负责制作及吊装就位。表1 为预应力板梁吊装工程量。

表1 预应力板梁吊装工程量

2 梁板运输和机械设备选用

2.1 主要运输机械设备

（1）半挂重型牵引车

牵引车型号 华菱 驱动形式 6×4牵引车自重/t 9.05 发动机功率/kW 336外型尺寸/m 6.651×2.48×3.6 准牵挂总质量/t 35（2）重型平板半挂车挂车型号 环达总质量/t 4.9 核定载质量/t 60外型尺寸/m 16.1×3.2×1.78

（2）重型平板半挂车

牵引车型号 华菱 驱动形式 6×4牵引车自重/t 9.05 发动机功率/kW 336外型尺寸/m 6.651×2.48×3.6 准牵挂总质量/t 35（2）重型平板半挂车挂车型号 环达总质量/t 4.9 核定载质量/t 60外型尺寸/m 16.1×3.2×1.78

2.2 其他车辆及料具

类别 型号 数量备用牵引车 北方奔驰 1 辆工程指挥车 面包车 1 辆吊索具 Φ=48mm L=16m 2 根倒链 3t 24 个

2.3 梁板运输

梁板运输采用单台吊车将梁板平稳放落在平板车上，吊车提升时要平稳，不能运转过猛，梁板在平板车上就位后要固定牢靠，待检查确认后才能运走。运输中用方木等作为支撑，梁板要支撑稳定，防止产生过大负弯矩，避免梁板在运输过程中断裂损坏。运输车辆在转弯、掉头时要预先选好路面平整、满足回转半径要求的地段行进，遇不平整或较大斜坡路段，能绕行就绕行，必须通过时应预先修整，防止车辆倾覆。运输时要特别注意：

（1）梁板的固定点位置应与安装时的支撑点相同，保证梁板运输时的受力正确。（2）通过交叉道口时要安排专人预先指挥交通，保证交通秩序安全。（3）安排专人护送运输车队，前后都要安排引导车观测路况和车队状况，避免发生意外。

3 吊装机械设备的选用

3.1 单机吊车的选择

该案例单座桥的吊装工程量总共8 榀16m 长空心板梁，安装用时不会很长，1 个工作台班完全满足作业时间，故拟选用汽车吊吊装施工。现有通行道路为既有道路且通行能力较好，桥下停机面地质条件好，不用处理就能满足汽车吊施工要求。由于作业半径较大，为避免吊装过程中再移动吊车位产生二次吊装，综合考虑吊装方法采用较大吨位且起重臂较长的汽车吊单机吊装。

3.2 作业吊车的选择

经比较，用16m 的较重边梁数据进行验证，如果受力满足，那么中梁也就能满足受力。

本桥的8 片梁都计划用汽车吊单台安装。

（1）计算起重力Q。

式中：Q—超重力（t）；K—安全系数；Q1—桥边板重（t）；Q2—用的索具重（t）。

Q1=28.95t、Q2=2.0t、K 取0.8，则：Q×0.8 ≥28.95t+2.0t，Q ≥38.7t， 即 起 重 力 不 能 小 于38.7t。

（2）计算起重高H。

式中：H—起重高，吊钩到停机面距离（m）；H1—安装支座表面高，安装支座表面距离停机面高（m）；H2—视现场情况定，安装间隙取0.2～0.3m，这里取H2=0.3m；H3—构件起吊后绑扎处距离底面高（m）；H4—索具全高 （m），绑扎处距离吊钩高 （m），根据实际状况定。

H1=84.862m-81.081m=3.781m，取值3.8m；H2=0.3m；H3=梁高0.8m+吊环高度0.1m=0.9m；H4=（16m÷2-1m）÷tan45°=7m。则：H ≥3.8m+0.3m+0.9m+7m，H ≥12m，即起重机的起重高不能小于12m。

（3）计算起重臂长l。

式中：l—起重臂长（m）；H—起重高（m）；h0—起重臂顶距离吊钩底面高（m），本处取10m；h—停机面至起重臂底铰距离（m），本处取1.5m；α—起重臂仰角一般取60°～77°，本处取60°。

则：l ≥（12m+10m-1.5m）/sin60°=23.67m，选用起重机的起重臂长度不能小于23.67m。

（4）根据场地大小、桥梁尺寸、运梁车停放位置，实际汽车吊的工作半径R=12m，综合以上3 点考虑和起重机工作特点，比较吊车性能表，1台160t 汽车吊即可满足施工需求。

3.3 地基承载力验算

施工现场吊装位置的地质为中密-密实卵石层，为了避免吊装过程中吊车的各支撑点产生不均匀沉降，需在吊车4 个支腿下铺长和宽均不小于2.5m、厚度大于4cm 的方钢板，分散集中应力。

吊装前用梁板的总重量验算地基承载力，满足后才能吊装梁板。验算地基承载力后，对现场地面要钎探检测，看实际承载力是否符合作业要求。在首片梁板起吊时，要观察地基有无异常沉降，若有则立即停止施工并采取措施，使地基达到承载力的要求，保证安全后再吊装梁板。

整台吊车的重量仅有3 个支腿支撑（含自重和荷载重量），是汽车吊工作时最不利情况，即：

式中：Q—汽车吊自重，采用160t 吊车的车体71t，工作时配重45t，小计为116t；G—汽车吊最大荷重（额定荷重），最重边板自重为28.95t，即Q1=28.95t，另加上索具重量Q2＝2.0t，合计为Q1+Q2=30.95t。

则：F=（116t+30.95t）÷3=48.98t=48 980kg。

汽车吊对路基的压强应为：

式中：S—支腿着点面积，采用2m×2m 钢垫板，S=2m×2m=4m2。

则：P支腿=48 980kg÷4m2=12 245kg/m2=122 450Pa=122.45kPa，即160t 汽车吊在工作时的地基承载力要求是不小于122.45kPa。因为汽车吊停机面所处的地质为中密-密实卵石层，此处地基承载力基本容许值fa0=500kPa，P支腿＜fa0，故满足吊装要求。

3.4 索具、卡环等工具的选择

根据吊物选择吊装所用钢丝绳。计算钢丝绳要受到多少拉力，根据拉力选钢丝绳直径。确定了起吊重量，钢丝绳与铅垂线夹角a 越大，锁具受拉力值就越大。

（1）计算板梁的总重量，以计算较重16m板梁边板来验算。

16m 梁边板用C50 混凝土10.7m3，按单位重量2.5t/m3换算。

m=10.7m3×2.5t/m3=26.75t=26 750kg；g=9.8N/kg，为方便计算取10N/kg。则：G混凝土=26 750kg×10N/kg=267 500N=267.5kN。

16m 空心板梁边板的钢绞线、钢筋重量是：钢绞线334kg、一级钢筋427kg、三级钢筋1 438kg。

m=427kg+1 438kg+334kg=2 199kg；g=9.8N/kg，为方便计算取10N/kg。则：G 钢=2 199kg×10N/kg=21 990N=21.99kN。

G总=G混凝土+G钢=267.5kN+21.99kN=289.49kN。

若钢丝绳受力后保证性能安全可靠，需要使N ≤P安。

式中：N— 每根钢丝绳索具的受拉力（kN）；G— 梁 板 质 量 一 半 的 重 力，267.5kN÷2=133.75kN；n—吊索根数，取2 根；β—吊索钢丝绳与板梁水平夹角，β 取45°；K1—吊装时动载系数，取1.2。

则：N=1.2×133.75kN÷2×1÷Sin45 °=113.49 kN。

式中：P—钢丝绳的破断拉力（kN）；K2—吊索钢丝绳的安全载重系数，取4；ΣSi—查钢丝绳规格表，对应钢丝破断拉力的总和（kN）；Ψ—钢丝捻制可能是不均匀的，折减安全选择系数，如果选6×37 钢丝绳，Ψ=0.82。

拟选用6×37 钢丝绳，钢丝绳直径43mm，公称抗拉强度1 870N/mm2。

ΣSi=公称抗拉强度×钢丝总断面积s（mm2）=1 870N/mm2×6×37×π×（2.0mm÷2）2=1 304 200N=1304.2kN。

则：P安= P÷K2=1 069.4kN÷4=267.4kN。

N（113.49kN）

（2）选择卡环类型。工作时最大拉力N=113.49kN，卡环的允许荷载[FK]=40d2，根据以往类似工程经验，卡环拟用17.5 型，在《路桥计算手册》查表d=64mm。则：[FK]=40×（64mm）2=163 840N=163.84kN，163.84kN>最大拉力N（113.49kN）。因此，此次选择17.5 型卡环能满足拉力的要求。

3.5 验算抗倾覆能力

为保证工作状态时的稳定安全，验算抗倾覆能力，计算稳定力矩是否大于倾覆力矩。以16m边梁为验算对象，查《起重机设计规范》可知：

式中：Kg—自重加权系数，取1；Kq—起升荷载加权系数，取1.15；Kw—风动载加权系数，取1；Mg、Mq、Mw分别为汽车吊自重、起升荷载、风动荷载对倾覆边的力矩（N·m），Mg=Q×a、Mq=G×（R-a）、Mw=W×h合。

图1为预制板梁吊装起重机工作时受力示意图。

图1 预制板梁吊装起重机工作时受力示意图

图1 中：Q—汽车吊自重，车体71t，工作时配重45t，小计为116t；G—起升物重量，单机作业，取28.95t；W—风动载，按起升物重量的20% 考 虑， 即G×0.2=28.95t×0.2=5.79t；a—汽车吊重心至支脚倾覆支点的距离，支腿全伸8.5m，故a 取4.25m；R—汽车吊工作半径，最大取12m；h合—风动载合力点高度，h合=H1+H2+H梁÷2=3.8m+0.3m+0.8m÷2=4.5m。

KgMg+KqMq+KwMw=1×Q×a-1.15×G×（R-a）-1×W×h=116 000kg×4.25m-1.15×28 950kg×（12m-4.25m）-1×5 790kg×4.5m=208 928.125N·m ＞0。

故稳定性满足要求。但为了施工安全，仍要注意吊装作业当天的天气情况，最好是晴朗天，风力在3、4 级以下，5 级以上大风阴暗天气影响观察，不要进行吊装作业。

4 安全注意事项

（1）吊装时要平稳安全起落，低速平稳运行，不能忽快忽慢，防止碰坏板梁的边角。

（2）吊装时要降效20%载荷工作，保持稳定安全吊装，就位须配置牵引绳控制板梁的方向。

（3）施工机械设备必须符合国家标准规定，

5 结语

使用前必须进行全面检查，保证机械性能良好，安全防护装置齐全、灵敏、有效。

（4）开始时先试吊，起吊5～10cm 时要停吊检查（主要查索具、钢丝绳、支腿是否牢固等），如果没有问题再继续工作。

（5）施工前检查各吊索具设备，符合安全要求才能用，否则立即更换，杜绝使用不安全设备。

（6）在吊装作业范围内，适当扩大安全范围，排除其他障碍物，尤其是与现场高压线保持安全距离。

（7）现场地面要平整结实，预先夯实松软土层并给支腿底部钢板加垫木，必要时采取换填基础处理，保证吊装过程安全。

（8）施工前标识出桥梁中线、墩台中线、板梁支承中线和盖梁端线，用来校核安装过程的辅助线，同时标识板梁端的竖向中线和板梁安装的就位控制线。

（9）预制板梁安装就位后，立即安排人员分别对板梁两端的位置进行质量控制和验收，发现位置偏差立即纠正，位置准确后再摘钩吊装下一片梁。

根据现场的施工条件和板梁重量，选用1 台160t 的汽车吊作业即可满足使用。汽车吊站位于桥下端河道内，运梁车由东向西进入施工现场，用吊车将板梁吊起，提升后运梁车驶离现场，吊车回转、变幅，到达位置后将板梁安装就位。本文从吊装安全的角度对吊装过程的主要受力进行测算得出单机吊装作业方案可行，安全有保障。这种广泛使用的吊装方法在对其他物品、构件进行安全测算时，只要将所吊重物重量进行换算，即可对吊装作业的安全进行检验，测算方便，推广使用对工期、成本有利。