桅杆吊装技术在大吨位预制箱梁施工中的应用

程千红

(兰州市政建设集团有限责任公司,甘肃兰州 730030)

桅杆吊装技术在大吨位预制箱梁施工中的应用

程千红

(兰州市政建设集团有限责任公司,甘肃兰州 730030)

在城市桥梁建设中,由于受周围环境、交通组织、施工场地及其它基础设施的限制,大跨度的箱梁无法用吊车及架桥机架设。桅杆吊装具有结构轻巧、安装方便、操作简单、安全可靠、经济合理等诸多优点,在大跨径梁体吊装中值得借鉴。结合工程实例,推广应用桅杆吊装施工技术,为同类工程施工提供依据。

预制箱梁；桅杆吊装；施工技术

0 引言

随着城市基础设施建设步伐的加快,桥梁工程发挥着越来越重要的作用。在桥梁建设中,预制箱梁吊装方案的选择,对于工程整体施工有着重要的影响。本文结合大砂沟桥梁工程预制箱梁桅杆吊装工程实例,对桅杆吊装技术进行介绍。

1 工程概况

大砂沟桥梁工程是在拆除原有桥梁的基础上加宽的新建工程。旧桥为原109国道跨越大砂沟处3×20 m的洪道桥；新建桥梁与大砂沟正交,全桥长70 m,桥型结构为2×35 m后张法预应力混凝土箱梁,共有22片梁体,梁高为1.8 m,边梁宽为3.05 m,中梁宽为2.8 m,其中边梁4片,安装重量为130 t,中梁18片,安装重量110 t。

2 吊装方案的选择

首先,应结合施工现场的实际情况,如场地周围建筑物、其它基础设施、桥梁跨径、工期条件等具体情况进行综合考虑,以安全可靠、经济简单和加快施工进度为原则,选择合理的架设方案。大沙坪桥为兰州市大沙坪高速公路进出口的必经之路,施工交通压力大,桥体两侧建筑物密集,而且受拆迁影响,箱梁预制场地狭小,临空有高压线和各种通信线缆,单片梁体较重量大,吊车吊装无法站位,有效作业半径不足,无法作业；架桥机施工由于受到场地限制,施工成本高,架设速度慢。综合施工的可行性与经济性,经过反复论证和比较,最终确定箱梁的吊装采用人字形双桅杆法吊装。桅杆吊装具有设备简单、组装方便、移动灵活、易于运输、操作简便、保障安全、降低投入等特点,受到业内人士的高度关注,具有很高的实用价值。

3 吊装原理及施工工艺

3.1 吊装原理

使用安装在墩台上的两付人字形桅杆,配合运梁设备,以卷扬机相互牵吊,在梁下无支架、无导梁支托的情况下,把梁悬空吊过桥孔,再横移、落梁、就位安装。箱梁吊装主要过程详见表1。

3.2 吊装施工工艺流程

吊装施工工艺流程见图1。

4 箱梁吊装

4.1 桅杆构造及辅助用具

(1)人字形桅杆采用角钢加工而成的桁架结构人字架。其中,主杆采用80×5角钢焊接而成,平杆采用50×5角钢；斜杆采用40×5角钢。分为三节制作,节长为6 m。桅杆竖立后底宽6 m,两副能承受吊装能力160 t,高度为18 m。

(2)桅杆总高度为18 m,每6 m一段,分三段,桅杆底节先用缆绳固定好,并用木楔垫平,采用吊车装中节桅杆,螺栓连接好后再吊桅杆顶节。桅杆顶部交叉处用螺栓连结,并用Φ20 mm钢丝绳进行捆绑,每层10圈,共设置4层。桥墩处桅杆缆风绳可直接连接在桥台混凝土预留孔处,桥台处缆风绳一侧利用桥墩预留孔连接,另一侧需要在路基上设置地锚连接。

(3)起重系统由滑轮组、导向滑轮、卷扬机组成。滑轮组采用16门滑轮(定、动滑轮各8门)、Φ20 mm钢丝绳花穿法联接,钢丝绳跑头通过导向滑轮连接卷扬机。卷扬机采用50 kN慢速卷扬机,单头牵引了50 kN,吊装时最大牵引了为30 kN,对于卷扬机的地锚设置,一般可设于桥墩背墙的位置上,通过背墙的预留孔进行固定。

表1 箱梁吊装主要过程

图1 吊装施工工艺流程图

(4)缆风绳采用Φ20 mm钢丝绳,每副人字桅杆安装前后缆风各2根,主拉背索缆风2根,由滑轮穿绕。利用大桥桥墩背墙上的预留孔作为缆风绳地锚,待第一孔吊装后,利用已吊装的预制箱梁作为人字桅杆架后缆风地锚,如果现场情况或桅杆的位置不允许,可在桥的两侧选用合理的位置,浇注混凝土地锚进行桅杆的缆风绳固定,进而满足梁体的正常吊装。在正常的吊装中,缆风绳的固定可以根据现场的实际情况进行适当的调整。

(5)移动龙门架：主要解决预制场的预制箱梁起吊,起吊原理主要依据定动滑轮组,通过固定的卷扬机进行拉引起吊,在移动龙门架上安装8门定动滑轮一组,解决牵拉荷载的有效转化,移动龙门架的移动靠两侧的手控电动装置解决前后移动。所用的材质为Φ150 mm的无缝钢管与I28的工字钢。起吊重量达到90 t,净宽度为3.5 m,净高4.5 m,满足预制箱梁的基本尺寸要求。

(6)梁托及移梁滚筒：梁托用质地坚硬的方木(松木为宜)加工而成,横向用丝杆连接在一起,前进方向做成45°倒坡口,方便滚杠的喂进。箱梁的移位依靠箱梁两端的两台梁托来进行移动,梁托要有足够的强度与刚度,保证运梁过程中不发生变形、扭动及破损。当预制箱梁运至桥墩位置时,可将前部的梁托撤出,梁托的尺寸一般根据预制箱梁底面尺寸进行适当调整,主要保证箱梁充分与梁托进行相接,以保证预制箱梁在移动吊装中不受损坏。移梁滚筒是解决预制箱梁下部的梁托向前移动或转向功能,满足箱梁的移动。移梁滚筒采用无缝加厚钢管,规格为110 mm×10 mm,两端用钢板焊接封堵,每组10根,在箱梁两端的梁托下进行使用。

梁拖及滚杠示意图详见图2。

图2 梁拖及滚杠示意图

(7)所需主要机具见表2。

表2 主要设备机具一览表

4.2 梁体吊装

(1)梁体运输

首先,将移动龙门架通过电动装置移至需要起梁的梁端处,通过预制梁台上的预留口,采用Φ40 mm的钢丝绳将箱梁进行绑扎,在钢丝绳与箱梁接触的部位采用柔性橡胶进行垫护,保护箱梁不被损坏。将预应力箱梁从梁端缓慢提起,提升速度控制在0.3～0.5 m/min。提升时,梁的两端提升速度保持一致,使梁的顶面保持水平,以防止梁体发生侧弯现象。梁体起吊至离开底模20 cm后移至梁托上。梁托设置在箱梁梁端1.5 m范围内,前后各一组,梁托底部用直径100 mm的无缝钢管支撑,10根为一组,上方用枕木垫衬和梁底接触,梁体通过无缝钢管做滚杠向前移动,梁体移动时在硬化的水泥稳定砂砾上铺设5 cm厚木板做过渡层,保证梁体平稳移动,通过改变无缝钢管的方向可以改变梁体移动方向。用卷扬机缓慢牵引,使箱梁通过梁托下部的无缝钢管转动稳定、缓慢向前移动。移动过程中,梁托下部的无缝钢管须前后穿叉,人工安装在梁托下部,箱梁到达桅杆下部时,通过设置在桅杆上的定动滑轮组装置,将箱梁前部吊起,撤除箱梁下部的梁托,完成箱梁在预制场的起梁及移梁环节。

(2)首跨梁体吊装

将预制箱梁移至桅杆下部时,箱梁撤除梁托的一端利用桅杆的装置进行捆绑固定,通过定动滑轮组将预制箱梁吊起,同时将安装在桥墩位置的桅杆吊钩与箱梁前端进行连接,通过此桅杆对吊装箱梁进行悬空牵引和移动。桅杆的起吊及牵引均是通过桅杆侧面与卷扬机连接的钢丝绳进行作用。为有效改变卷扬机的作用方向,必须在距桅杆下部1.5～2.0 m位置设置导向滑轮装置。使桅杆的侧向作用力转化为竖向作用力,防止桅杆产生倾斜现象。吊装箱梁通过桥墩位置桅杆起吊,均匀地向前移动时,为防止箱梁后部的梁托木车作用失调,要在吊装箱梁的后部进行牵拉,使箱梁能够稳定地向前移动。在此过程中必须仔细检查箱梁与桅杆的稳定情况,移动速度不能太快,一般以1.5 m/min的速度进行操作。在吊装箱梁向桥墩位置移动过程中,吊梁端的桅杆要根据箱梁移动速度松动钢丝绳,对于梁端作用桅杆同样要根据箱梁移动速度收紧钢丝绳及滑轮装置,箱梁在前进过程中注意要使箱梁的前端稍低于后端,禁止“昂头”前进。因为“昂头”就会使各滑车组的牵引绳受力骤增数倍,因而极为危险。当移动箱梁快到吊装的桥墩位置时,箱梁后端的控制绳作用力要及时进行调整,一般通过对于梁前后两段的控制绳平衡作用进行控制,使移动的箱梁能够停止下来。当预制箱梁移至桥墩位置时,进行落梁操作,但落梁前须将箱梁后端的牵引绳松开,并且收回牵引绳将其系到距箱梁后端约1.5 m位置,主要解决箱梁在准确就位时箱梁位置适当前后移动。将梁后牵引绳调整好后,用箱梁两端桅杆的牵引绳同时吊起箱梁的两端,松动梁后的牵引绳,同时松动箱梁两端桅杆上的牵引绳及梁后端的牵引绳,箱梁逐渐下移,使箱梁落于安装的支座上,完成单片箱梁的吊装。用同样的方案吊装完第一跨梁体。

第二跨梁体吊装时主副杆位置互换,方法同第一跨梁体吊装。图3为桅杆安装完成现场照片。

图3 桅杆安装完成现场

4.3 施工安全措施

(1)进场设备如卷扬机等必须要有相关部门的鉴定证书,保证设备的正常运转,施工前做好验算工作,包括钢丝绳、吊具、滑轮组、卷扬机功率、地锚固定受力等。

(2)作业人员必须经过安全培训,持证上岗,听从指挥人员统一指挥,揽风绳在梁体架设中必须有人观察,如有异常情况及时反映给指挥人员,进场人员佩戴安全帽,高空作业时必须系安全带等防护用品。梁体吊装过程中梁下禁止人员及机械停留。

(3)施工场地禁止非作业人员入内,作业时间应为白天,禁止在雨雪及大风等不良气候条件下作业。

5 施工注意事项

(1)双桅杆顶部梁体自重荷载受力验算时参考下式计算：

P=K×预制梁重力的1/2+吊具重力+冲击荷载,其中K为动荷载系数,电动卷扬机取1.1,手动卷扬机取1.0。

(2)在梁下无支架、无导梁支托的情况下,把梁悬空吊过桥孔,再横移、落梁,就位安装,一般主桅杆高度不宜小于梁长的1/2,其中有效高度不宜小于梁长的30%。

(3)精确定位时前后方向由卷扬机带动钢丝绳来调整,钢丝绳尽量和梁体轴线重合,架桥全过程中,吊绳拉力与梁体轴线方向应保持垂直,确保不会对梁体产生较大的轴力。

(4)梁体起吊及吊装过程中,为防止钢丝绳对梁体的损伤,可用钢板加工和梁身相符的钢托,内垫橡胶等柔性材料来保护梁体。

(5)吊装好的梁体在铰缝及连接板没有施工之前不要作为缆风绳的地锚,因为梁体落在固定及滑动支座上容易移动,要及时保护成品。

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1009-7716(2015)09-0137-04

2015-04-22

程千红(1977-),男,甘肃庄浪人,高级工程师,从事市政工程施工技术工作。