大型钢箱梁吊装施工工艺在跨金马河大桥工程中的应用

朱领，严弘志，陈义

（中交二航局成都城市建设工程有限公司，成都 610000）

1 工程概况

本文以跨金马河大桥建设工程作为研究案例，该项目跨越金马河段的里程设计为K1+097.46～K1+808.54，K2+666.959～K2+973.041 段需要跨越汇水沟渠，K3+293.175～K3+964.255处需要跨越成都市第二绕城高速，该项目内总计需要建设3 座桥梁，桥梁路面的行车速度设计为80 km/h。

结合设计图纸来看，单榀箱梁质量最小为93.5 t，最大为160.1 t，单榀箱梁的体积比较大，自身质量比较重，原材料运输过程中需要经过人流量和车流量均较大的路段，运输作业的难度大，存在较大的安全隐患。

2 施工方案

该项目中所使用的预应力混凝土简支小箱梁直接从生产厂家采购，简支小箱梁使用QJ260-50A3、QJ180-40 A3 两种型号的架桥机进行安装，简支小箱梁先在作业平台上拼装成一个整体，然后纵向移动完成架设。其中，QJ260-50 A3 型架桥机主要负责跨越金马河大桥路段的小箱梁与钢箱梁安装；QJ180-40 A3 型架桥机则负责K2+820 大桥段的箱梁安装。

在架设小箱梁之前，需要先安装临时支座与永久支座，施工现场的小箱梁运输使用运梁小车完成，运梁小车沿着道路前进的方向将小箱梁运输至架桥机后侧，架桥机在抓梁以后，开始架设小箱梁，每架设一个孔后，架桥机需要前进一定的距离。重复以上步骤循环作业，直至所有小箱梁全部架设完成。

3 验算分析

3.1 混凝土小箱梁吊装钢丝绳验算

箱梁的长度设计为40 m，按照最大质量160.1 t 进行计算，钢丝绳与吊钩质量为1.5 t，吊梁时需要使用两台130 t 的卷扬机进行吊装，单台卷扬机的最大载重为Q=[1.2×（160.1+1.5）]/2=96.96 t，四舍五入按照97 t 计算。其中，1.2 为动荷载系数。

钢丝绳的拉力计算过程为：

经计算，取550 kN。

式中，P为单根钢丝绳的拉力，kN；P总为指箱梁整体质量，t；α为钢丝绳与竖直线之间的夹角，取30°。具体情况如图1 所示。

图1 角度示意图

钢丝绳的容许拉力按式（1）计算：

式中，P′为钢丝绳的容许拉力，kN；为钢丝绳的钢丝破断拉力和，kN；α′为钢丝绳间荷载不均匀系数，取0.82；K为钢丝绳的安全系数，取值情况见表1。

表1 钢丝绳的安全系数

K取8 时，得：

钢丝绳吊装标准可以参照GB 8918—2006《重要用途钢丝绳》规范，该项目选择使用直径为98 mm 的钢丝绳，钢丝绳的抗拉强度为1 770 MPa，钢丝绳的力学性能满足实际施工的需求。

3.2 钢箱梁吊装钢丝绳验算

该项目内使用的钢丝绳设置方式如图2 所示。

图2 单机吊装钢丝绳设置示意图

该项目使用的钢丝绳与水平面之间的角度需保持在45°～60°，按照夹角为45°，箱梁取最大自重，钢丝绳的动荷载系数按照1.1 进行计算，使用4 根钢丝绳同时进行作业，单根钢丝绳的拉力：

选择钢丝绳的直径时，通常是按照钢丝绳受到的拉力确定，先计算出钢丝绳的钢丝破断拉力和，然后按照规范标准来选择钢丝绳的直径。若使用的是旧钢丝绳，那么应该根据旧钢丝绳使用情况，将许用拉力P乘以0.4～0.7 的系数。

4 施工要点

4.1 施工准备

1）在架运小箱梁之前，应该将路基清理干净，保证运梁小车顺利通行。

2）施工现场的施工装置必须在验收合格以后使用，相关操作人员应经过专业化培训后持证上岗。

3）施工现场需要配备应急物资，并提前制订应急措施。夜间施工时，保证现场照明条件满足实际作业的需求，确保不会出现安全隐患。

4.2 施工方法

4.2.1 箱梁运输

将钢箱梁放置在枕木上，枕木稍微高于箱梁的头部，钢箱梁尾部的悬挑长度不宜过长，保持在6 m 以内比较合适，为保证钢箱梁不发生侧向偏移，应该在钢箱梁两侧与车厢之前设置连接板，加强钢箱梁运输过程中的稳定性。

以箱梁最大质量（98 t）进行计算：

1）运输牵引车：奔驰6×63354 型，功率397 kN。

2）运输车板：武汉神骏全液压板，双排10 轴线。

此外，钢箱梁在运输过程中应该做加固处理，保证运输途中不会出现形变，钢箱梁支撑点部位放置垫板或者胶皮，保证箱梁表面油漆不被损坏，临时加固点部位需要进行打磨、刷漆处理。

4.2.2 混凝土预制小箱梁安装施工

在安装之前，施工人员应该复核桥台、墩柱的轴线、高程以及平整度。

将桥台上的垫石清理干净，若垫石超高，则应该做凿毛处理，使用环氧树脂对残缺面进行找平处理，确保垫石的高程满足设计要求。

在安装箱梁之前，垫石的强度必须达到设计强度。

4.2.3 架桥机拼装与调试

架桥机组装作业场地确定在K2+820 处，该场地的宽度为20 m，长度为100 m，组装长度的面积完全可以满足实际拼装需求，利用吊车来拼装架桥机的各个构件，吊车停靠在架桥机拼装点的右侧。具体的拼装流程可以参照本项目制订的《架桥机安拆专项方案》。

1）喂梁作业。喂梁过程中，需要先进行试停车检验，检查运梁小车的制动性能，在检查合格以后再次运行，驾驶员注意力应高度集中，听从指挥人员的指挥，运梁小车不得与架桥机发生碰撞。运梁小车的副车将箱梁运输至架桥机腹板位置，移动至起重天车的下侧，沿着梁体吊点部位下放钢丝绳，使用钢丝绳捆绑固定梁体，在捆绑固定梁体的过程中，在梁体与钢丝绳接触的部位放置垫护材料，避免钢丝绳损坏梁体表面。梁体起吊全程必须配备专人进行指挥，起吊过程中保证钢丝绳保持垂直状态，梁体保持水平状态；当梁体脱离运梁车以后，对卷扬机进行多次制动试验，试验合格以后才可以走梁。待架桥机将梁体全部吊起，并且梁体离开运梁车的尾端以后，要检查运梁车四周是否存在障碍物，确认无误后方可退出架桥机的作业范围；运输通道内不得堆放杂物，以确保运梁车安全、顺利通行[1]。

2）吊梁运行。小箱梁的最大自重为160.1 t，鉴于此，选择使用φ60 mm 钢丝绳完成吊装作业。结合设计图，吊点的位置应距离支座的边跨1 m。

3）横移和落梁。横向移动架桥机，保证梁体顺利就位。当架桥机移动至轮廓的边缘部位时停止移动，开始缓慢下放梁体，梁体距离垫石10 cm 时，开始对梁体的位置进行小幅度调整，根据外边缘线来调整梁体的位置，确保梁体落放位置的精准性。梁体落放过程中，保证梁体与支座紧密贴切，确保支座不会出现变形现象，同时落放不得出现梁体与支座相互碰撞，当支座位置发生偏离时，应该吊起梁体，调整支座的位置。

4.2.4 特殊桥跨架设

1）第一跨梁的架设。在安装首跨梁体时，架桥机的中支腿支撑在桥台上，需保证梁下的基础具备足够的承载力，避免桥架机在架设梁体时出现沉降现象，消除施工过程中的安全隐患。前支腿纵向移动之前，先调整支腿的高度，保证前支腿迅速就位。

2）最后一跨架设。在安装最后一跨时，架桥机的对立面是已经安装好的桥面，在这种情况下，架桥机的前支腿会在桥面移动，因此，需要适当降低前支腿的高度。

4.2.5 架桥机拆除

箱梁全部架设完成后，架桥机应移动至桥台部位，施工人员开始拆除架桥机，拆除按照先装后拆，后装先拆的原则进行。使用25 t 的吊车拆除架桥机。

4.2.6 钢箱梁安装施工

1）安装前的准备工作。钢卷尺等专业测量设备需要相关机构经过校验合格的情况下才能使用，确保测量结果的精准性。施工人员在吊装作业之前，需要先进行技术交底、安全交底，并做好完整的交底记录。吊装作业之前，必须保证脚手架等防护设施准备就绪，施工人员每人配备一套劳保用品。安装钢箱梁之前，需要将承台垫块表面清理干净，促使箱梁安装顺利进行。检查起吊设备的运行状态与质量性能，正式吊装作业之前先进行试吊作业，在试吊无误后开始正式吊装作业。吊装作业之前需要对以下内容进行复核：预埋件的安装位置、支座的顶面标高、墩柱之间的距离等[2]。

2）钢箱梁现场吊装。（1）钢箱梁对接就位。当钢箱梁底面距离平面10～50 mm 时，架桥机无法对钢箱梁进行小幅度的调整。在这种情况下，施工人员可以利用手拉葫芦调整钢箱梁的位置。当钢箱梁底面距离平面10～50 mm 时，架桥机无法对钢箱梁进行小幅度的调整，在这种情况下，施工人员可以借助千斤顶完成钢箱梁安装任务。具体参照图3。（2）钢箱梁固定。对支座与钢箱梁进行连接加固。相邻的两个钢箱梁使用码板进行连接加固，在加固完成以后，开始对外露的焊接缝进行焊接处理。（3）钢箱梁卸载。当钢箱梁焊接缝作业完成以后，将桥体的质量全部转移至千斤顶上，然后将承重支架上的钢板垫块拆除，当支撑不需要承受桥体荷载时，将支撑拆除，最后卸除桥梁的荷载。卸载作业应该分多次进行，单次卸载高度不得超过20 mm。

图3 钢箱梁就位示意图

4.2.7 钢箱梁现场涂装工艺

当钢箱梁焊接为整体以后，开始对焊接缝进行处理。顶板下侧的表面使用支架作业平台完成涂装。在对钢箱梁表面进行涂装之前，需先对表面进行预处理。预处理的内容包括脱脂净化、打磨铁锈。处理后的钢箱梁表面的清洁度必须达到Sa3级，表面粗糙度保持在Ra50～80 μm，而后开始涂装作业。

施工人员不得在封闭的箱体内部展开涂装作业。即使需要在箱体内部进行涂装作业，也应该提前做好通风措施，以保证箱体内的空气处于流通状态。油漆放置点与施工点之间的距离不得小于10 m。

4.2.8 临时支墩卸载与拆除

1）使用至少50 t 的千斤顶来替换临时支点，千斤顶与支点之间的距离不得超过200 mm，施工人员需对千斤顶支撑部位采取加固措施，提供千斤顶的稳定性。支架承受的荷载分3 次卸除，首次卸载高度控制为10 mm，第二次卸载高度控制为20 m，第三次卸载高度为20 mm。

2）当千斤顶布设完成以后，使用测量仪器测量出参数数值，然后降低支撑标高凳的高度。将所有标高凳的高度全部降低10 mm，而后同步收缩所有千斤顶10 mm，持续5 min，使用测量设备测量变化前后的情况，当测量数据不再发生变化时，说明卸载完成。

5 结语

结合工程实践结果可以得出，跨金马河大桥施工质量满足现行规范及设计要求，钢箱梁的几何尺寸以及安装位置满足设计要求，达到了竣工验收合格的标准。文中提到的大跨度钢箱梁吊装施工工艺具备可行性，不但可以保证施工质量，还可以缩短施工工期，提高施工效率。此次研究对类似工程项目具备一定的参考价值。