高架桥工程项目中的主桥钢梁吊装方案研究

朱云芳

中铁十八局集团第五工程有限公司 天津 300450

1 工程概况

石家庄市和平路高架桥工程位于石家庄市和平西路，主桥上跨石家庄市和平西路和石太铁路，为2×125 m钢箱梁转体斜拉桥。主桥为单箱三室截面，顶、底板采用U形加劲肋，采用2座跨径为125 m的单索面钢箱叠合梁钢管混凝土系杆拱桥，跨径布置为125 m＋125 m=250 m，桥宽28.5 m。道路中心线处梁高3.2 m，桥面双向横坡1.5%，梁底横桥向水平，顺桥向每隔2.5 m设置横隔板1道。顶板厚度为16、20 mm，腹板厚度为16、20、24 mm，底板厚度为14、20、26 mm，隔板厚度为12、20、24 mm。跨铁路主桥工程量为3 725 t。

2 主桥钢梁吊装方案

本次工程中主桥钢梁吊装方案一共分5个部分，在进行5个部分的施工前，首先需要对钢箱梁进行加工，必须按照设计要求选定加工厂。钢箱梁制作完成后，须进行节段分解与涂装工作，所有制作完成的钢箱梁必须经验收合格后，方可运输至现场进行下道工序[1-4]。钢箱梁运输至安装现场后用履带吊依次吊装至电动小车上，采用电动小车将钢箱梁从中间向两侧同时滑移至安装位置，钢箱梁滑移完毕后整体转体至设计位置。施工前需对施工区域的和平路段全面断交封锁，只留人可穿行的涵洞。

2.1 临时支架施工方案

主桥临时支架采用钢管支架，支架由4根φ630 mm×10 mm的螺纹钢管和双拼16a#槽钢以及双拼40a#的工字钢组成，临时支架上面布置长250 m的4片321型贝雷架，贝雷架上面每1 m布置双拼20a#工字钢，双拼工字钢上面布置电动小车轨道（图1）。

图1 临时支架平面示意

2.2 临时支架系统计算

临时支架系统的计算，主要是对其载荷的计算，以此确定临时支架的载荷能力，根据载荷模拟承重，最终确定临时支架的安全性，保证工程进度与施工安全。

经计算，临时支架的荷载（钢箱梁质量＋施工荷载＋风荷载）为1 441 kN，共计四点承重，取1.2倍安全系数，则节点载荷为432 kN。

2.2.1 建模

建模采用一般梁单元进行建模。按支架位置对节点的x、y、z方向位移进行约束；支架和横梁连接采用弹性连接（刚性）；桥面系和导梁均采用为Q345B钢材，应力值必须满足GB 50017—2017《钢结构设计规范要求》的规定，挠度容许值为6 000/600=10 mm，为保证拼装质量，要求挠度＜3 mm，具体模型结果如图2、图3所示。

图2 普通支架应力

图3 普通支架变形

由图2与图3，我们可以清晰地观察到支架的变化情况，由此我们可以确定在钢梁的载荷作用下，分别施加压力后支架的承载能力。之后再进行稳定性验算，在最不利情况下计算恒载和活载，由此确定结构稳定系数，最终明确整体的稳定性及竖向载荷是否满足设计要求。通过模拟满足相应的规范要求后，方可进行下一步的施工。

2.2.2 临时支架基础系统计算

基础最大载荷在大跨度支架位置，此时支架载荷（包括钢梁质量、支架质量）是292 t，则单根基础受力P为2 920 kN。地基承载力按300 kN/m2设计，施工完毕后须进行试验检测，必须符合设计与施工规范要求。

2.3 滑移装置施工

滑移装置施工是吊装过程中的重要环节，也是目前较为先进的施工方法。首先搭设临时支架，再布置电动小车轨道，安装电动小车，电动小车宽度确保在11 m以下，确保梁段就位后千斤顶可以设置在梁段底板下面，在梁段就位处放置4台50 t千斤顶，千斤顶放置在电动小车外侧位置，并且保证不影响电动小车运行。

2.4 吊装设备选用

1）结合本工程地理位置、桥梁质量等多种因素，本工程吊装采用1台450 t履带吊进行作业。

2）主桥吊车站位在原既有路面上，为保证其稳定性，吊车站位位置加铺厚5 cm钢板，以保证150 t运梁车的顺利通行。

3）根据梁段的质量和吊装现场的实际情况，选用φ65.0 mm的6×37＋1钢丝绳，抗拉强度为1 700 MPa，长度50 m。

2.5 吊装施工

吊装施工需遵循以下几个步骤：

所有临时构件搭设完成，450 t履带吊进入现场，并在2#墩南侧站立→运梁车载MG1梁段进场，到达指定吊装位置→吊车起吊，运梁车撤出安装现场，将梁段吊装至电动小车上，并与电动小车临时固定→调试电动小车运输梁段前进5 m，正常工作后，运输梁段至安装位置，此过程中由专人负责测量监控电动小车偏移情况→MG1梁段滑移至1#墩相应位置后，采用4台50 t千斤顶顶起MG1，使梁段与电动小车分离，撤出电动小车并调整MG1梁段标高→MG1梁段吊装完毕后，其余梁段均采用从中间向两端依次吊装并由电动小车运输的安装方法进行→转体钢箱梁阶段安装完毕→在主桥桥面制作主塔并安装斜拉索→斜拉索张拉完毕后，降低千斤顶，使钢箱梁脱离支架，并拆除所有支架，等待主桥转体施工→主桥转体至设计位置→履带吊进场，分别在1#墩和3#墩外侧站位→运梁车载MG0和MG0'梁段进场→MG0和MG0'梁段吊装完毕，调整钢箱梁高程，吊车和运梁车撤出现场→主桥钢梁安装完毕。

3 结语

本文以工程实例探讨高架桥工程项目中主桥钢梁吊装的方案，分别从临时支架施工方案、临时支架系统计算、滑移装置施工、吊装设备选用、吊装施工等5个方面进行阐述。通过模拟图形以及应力的计算，进行临时支架载荷的承受力计算，确定计算结果，明确其是否满足设计与施工规范要求。通过计算明确载荷后，须进行滑移装置的施工，对临时支架、电动轨道、电动小车等也进行了测算与安装，所有步骤严格按照要求执行。另外，吊装设备的选用必须符合工程的实际需要，结合工程地理位置、桥梁质量等多种因素进行确定。吊装施工是最后一个步骤，以上所有步骤的准备，均是为了保证吊装施工的顺利完成。因此，吊装工序的顺利完成，也象征着本次吊装方案的合理性、安全性以及适用性。

本文研究结果表明，高架桥工程项目中的主桥钢梁吊装，首先应对构件厂的钢梁进行验收，满足设计与施工规范要求后方能装车。其次是做好严格的测算，必须经过模拟计算后，确定载荷以及稳定性能，方可行下一步施工工序[5-6]。本工程在模拟测算后，钢梁实际安装过程完全满足设计与施工规范要求，并且顺利完成，说明利用模拟测算完全能够达到与现场相吻合的情景再现效果；并且能够提前预知安装以及实际运行中的承载能力，避免钢梁在安装以及使用过程中的危险，保证整体施工的顺利完成。