管翼缘钢混组合梁滑移传递吊装施工技术
时间：2023-06-27 20:05:01 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
杜伯勤
(中铁二十局集团市政工程有限公司，甘肃 兰州 730046)
随着城市快速发展，既有道路已无法满足日益增长的车辆出行需求，兰州地面交通困难日益凸显。既有G109线(忠和傅家窑—八里湾段)因一侧傍山、一侧临沟，地面道路无法拓宽，立交桥和高架桥利用既有道路上部空间形成多层次立体布局，极大地缓解地面交通压力。高架桥多采用现浇连续梁和预制箱梁架设的方式实现，因地形和空间受限且上跨既有高速公路和既有道路而形成的特殊复杂环境，桥跨布置、材料选用也与常规设计不同，传统施工方案已无法满足现场施工需求。
本文以G109线(忠和傅家窑—八里湾)改扩建工程高架桥上跨连霍高速公路管翼缘钢混组合梁架设为依托，结合现场实践经验，提出一种滑移传递吊装施工技术，较好地解决了跨既有道路三维立体交通情况下的大跨度管翼缘钢混组合梁吊装难题，为后续类似施工提供参考。
1.1 项目概况
G109线改扩建工程桥梁全长9.658km，断面跨度17.5m，双向4车道，桥梁上跨连霍高速公路，下穿兰渝铁路，上跨连霍高速公路段采用51m+61m+51m管翼缘钢混组合梁，与既有高速63°斜交(见图1)。该段桥梁采用6片焊接矩形管翼缘组合梁作为主梁，除下翼缘板采用Q500qENH钢材外,其余均采用Q345qENH钢材。
图1 施工现场布置平面(单位：m)
1.2 施工难点分析
1)安全风险高 G30连霍高速公路为国家东西向大动脉，G109线通往兰州新区主干道，车流量大，吊装作业干扰较多，高空作业安全风险较大。
2)质量要求高 钢箱梁造型新颖、独特且结构复杂多变，吊装时的精度控制和构件拼装焊接时的预变形控制是施工质量控制的一大难点。
3)工期紧 跨连霍高速公路钢箱梁施工是全线控制性工程，由于本项目钢构件采用耐候钢，制造工艺繁杂且国内生产厂家较少，加工速度缓慢，工期压力巨大。
4)组织难度大 由于该项目上跨连霍高速公路和G109线，施工时需保证地面交通顺畅，减少对周边商业的干扰影响，因此,立体交叉吊装作业协调组织难度大。
大跨度钢结构桥梁跨既有道路常用的架设方法有临时支架分段吊装法、公路架桥机架设法、千斤顶顶推滑移法、转体拼接法和滑移传递吊装法等。
通过对管翼缘钢混组合梁结构特性、现场施工条件、场地综合布置、吊装设备起重性能和工期安全等情况进行综合分析，可采用的方法有临时支架分段吊装法和滑移传递吊装法。通过从安全性、技术性和经济性等多方面进行对比分析(见表1)，滑移传递吊装法具有安全风险小、施工质量高、施工速度快、费用经济合理等优点，因此,本工程跨连霍高速管翼缘钢混组合梁采用滑移传递吊装法。
表1 临时支架分段吊装法和滑移传递吊装法方案对比
3.1 钢箱梁单元拼装焊接
桥面主梁为三跨连续梁，划分为A，B，C节段，每个节段由6根主梁组成，每根主梁在工厂加工时分为3段，共加工54段。
工厂加工检验合格后，通过汽车分段运至施工现场，根据事先评定的吊装方案结合现场实际情况在连霍高速公路南侧、现状G109线道路东侧修建临时拼装焊接场地。箱梁节段运至现场前，在临时场地搭建整体拼装地面胎架，胎架采用300mm×180mm×6mm× 8mm H型钢焊接，按钢箱梁设计的纵坡、横坡和预拱度等在胎架上做出标记，在正式拼装焊接前，对标记尺寸进行复检，确保钢箱梁拼装焊接尺寸符合设计要求。根据有关规定，拼装焊接应选择在适宜温度进行，消除不利温度对焊接质量的影响。焊接时利用检测仪器做好相关数据监测控制，焊接前对接口进行清理打磨，根据设计选用优质焊材进行焊接，确保钢箱梁拼装焊接质量可靠。
3.2 吊装承载力计算
3.2.1吊装索具承载力
主梁最大跨为61m，单榀重120t，根据评定吊装方案结合现场实际情况，跨连霍高速公路钢箱梁吊装选用3台220t汽车式起重机和1台400t履带式起重机分5步配合吊装完成。吊装过程中，为消除大跨度钢箱梁吊装时产生的不利变形，吊装前利用有限元软件ABAQUS对主梁吊装过程进行计算机仿真分析，同时对吊装点进行加固处理，确保吊装过程中结构变形在设计和规范允许范围内。
根据JGJ 276—2012《建筑施工起重吊装安全技术规范》，钢丝绳拟选用6×37丝，钢丝绳直径为65mm,公称抗拉强度1 700N/mm2，破断拉力总和P允许= 2 665kN。钢丝绳破坏拉力P允许≥P，故选用的钢丝线满足吊装要求。
3.2.2汽车式起重机抗倾覆
吊装前对汽车式起重机抗倾覆进行验算，确保稳定力矩大于倾覆力矩。
根据GB/T 3811—2008《起重机设计规范》可知：KgMg+KqMq+KwMw=Ga-1.15Q(R-a)-Wh=76.75kN·m>0，其中，Kg为自重加权系数，取值1；
Kq为起升荷载加权系数，取值1.15；
Kw为风动载加权系数，取值1;Mg，Mq，Kw分别为汽车式起重机自重、起升荷载、风动荷载对倾覆边的力矩；
G为汽车式起重机自重，根据QY220V汽车式起重机相关参数取值86t；
Q为起升物自重，考虑双机抬吊，取值60t；
W为风荷载，按起升物重量的20%考虑；
a为汽车式起重机重心至支脚倾覆支点的距离，根据吊装方案结合现场实际支腿全伸8.5m，取值4.25m；
R为汽车式起重机工作半径，根据吊装方案最大取6m；
h为风动载合力点高度。因此，汽车式起重机抗倾覆稳定性满足吊装要求。
3.2.3地基承载力
汽车式起重机工作时最不利情况是3个支腿支撑着整台起重机重量(包括自重和吊装荷载)，即单支腿最大承载力为(G+Q)/3=486.7kN，其中，G为汽车式起重机自重，Q为汽车式起重机最大吊装荷载。汽车式起重机对路基压强为单支腿最大承载力/S=162kPa，其中,S为单支腿着地面积。钢箱梁吊装施工时，要求地基承载力≥162kPa，但路基填筑时根据设计要求压实度均>97%,通过相关试验得出该路段地基承载力在200～250kPa。因此，地基承载力满足吊装要求。
3.3 钢箱梁接力吊装
3.3.1总吊装方案
钢箱梁吊装前，在两端盖梁顶部分别画出每榀梁坐标定位线，确保吊装落梁一次精准到位。根据评定吊装方案，钢箱梁采用双根组对由东向西逐榀吊装，吊装到位找正后，箱梁中部稳固支撑构件。为减小对地面交通影响，第2组钢主梁吊装利用第1组钢梁实施滑移传递就位，安装端横梁及中横梁后，使2组主梁形成框架得以稳固，依次按同样方法再进行其余各主梁安装。
3.3.2滑移传递吊装步骤
1)将400t履带式起重机停放在连霍高速公路南侧和钢盖梁中间，吊装半径14m、臂长31.2m、吊重83t(主梁实际吊重60t)；
钢梁另一端停放2台220t汽车式起重机负责主梁另一侧抬吊，吊装半径14m、臂长31m、吊重48t(主梁实际吊重30t)(见图2a)。
2)准备就绪后，1，2，3号起重机同时将钢梁吊起，向左横向移动，2，3号起重机同时旋转调整最佳变幅，使3号起重机最大工作半径为9m、臂长31m、吊重73t(主梁实际吊重60t)，2，3号起重机实施换钩(见图2b)。
图2 滑移传递吊装步骤(单位：m)
3)3号起重机缓慢旋转至主梁中间部位和1，2号起重机实施抬吊，同时平稳向左旋转使主梁向高速公路方向平移26.5m。
4)3号起重机摘钩利用302号钢盖梁作为临时支撑点实施换钩，单车将梁吊起，主梁在302号钢盖梁放置点上做标线(主梁南端到标线26m)，1，2号起重机将梁缓慢水平吊起然后平稳放在302号盖梁上摘钩(见图2c)。
5)3号起重机单车将梁提起，一端绑好溜绳以便就位，吊装工作半径8m、臂长31.2m、吊重128t(主梁实际吊重120t)，4号起重机接钩，工作半径9m、臂长31.2m、吊重73t(主梁实际吊重60t)，4号起重机缓慢吊起钢梁另一端(2.5m位置)；
3号起重机摘钩利用302号钢盖梁作为临时支撑点实施换钩将梁另一端吊起(见图2d)。
6)3，4号起重机同时抬吊钢梁，缓慢向左同时旋转，将第1榀钢梁安装就位(见图2e)。
3.3.3主梁间横梁安装
第1,2榀钢箱梁吊装就位后，利用其他小吨位汽车式起重机安装钢箱梁间中横梁和端横梁，中横梁节点板与主梁肋板间采用高强螺栓连接，中横梁角钢与节点板间采用现场焊接；
端横梁与主梁间采用连接板及高强螺栓连接。
3.3.4压型板安装
主梁及横梁全部安装完成后，在主梁上平面铺设3mm厚压型板，主梁与压型板间采用焊接方式连接。
4.1 质量控制要点
1)施工技术人员进场后，须进行专业化培训并接受详细技术交底，焊工等特种作业人员必须持证上岗。
2)所有构配件进场后均需进行严格质量检验，未经检验或不合格产品禁止在该项目中使用。
3)钢构件及焊材进场后，要对其材质、型号、外观尺寸、焊接质量及证明材料等进行重点检查确认。
4)严格按规范及相关规定进行钢构件拼装、焊接等工序管理。
5)加强对钢箱梁吊装过程中的监控量测，重点做好钢箱梁平面位置、高程、挠度和变形偏差控制，确保偏差在设计和规范允许范围内。
4.2 安全控制要点
1)吊装前协同相关部门做好道路封闭和信息发布，做好现场警戒，并指派专人负责现场防护。
2)施工前，制定详细应急预案，全面检查现场环境、起重设备、操作平台及高空作业安全防护措施等，在确认满足安全施工的前提下，再进行吊装作业。
3)吊装过程中，指定专人进行现场统一指挥，现场参建人员根据工作分工职责，做到信号传递迅速、准确、井然有序，操作协调高效。
4)首榀箱梁吊装固定且连接安全可靠后，才可进行后续箱梁滑移传递吊装。
本工程上跨连霍高速公路管翼缘钢混组合梁采用滑移传递吊装法，从计算机多角度模拟到现场成功吊装，该技术减少了高空焊接接头数量，确保了钢箱梁焊接质量和吊装精度，降低了施工安全风险，节约了施工成本。
1)当施工现场无法满足临时支撑搭设条件时，采用滑移传递吊装法施工，施工工效高，安全风险小，对地面交通影响干扰小，优越性突出。
2)当工期紧张，现场多工序相互干扰时，优先选用滑移传递吊装技术，可缩短工期，降低施工成本，经济性突出。
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