改扩建工程中采用大吨位汽车吊进行预制箱梁架设的关键技术研究

陈超 王惠朝 周建杰 唐淼磊 白国华

在市政道路改扩建过程中，常采用边通车边施工的建设方式来满足建设期交通运行的需求，同时对建设工期有着较高的要求。在这种施工条件下，桥梁等特殊结构物的上部结构施工极易受到场地限制及工期制约，特别是在预制箱梁的架设过程中，常规架桥机的拼装及作业模式受到场地与工期的双重限制，对工程进度造成了一定的影响。在某改扩建工程中，考虑采用大吨位汽车吊进行预制箱梁架设施工来代替传统架桥机施工，以满足场地需求并缩短工期。通过严密计算、方案论证比选与施工组织，顺利完成半幅桥梁架设，为打通项目关键节点节约了工期。

随着城市化进程的加快与国民经济水平的提升，城市汽车保有量呈逐年上升趋势，特别是大中型城市，道路交通量逐渐趋于饱和。现有城市道路无论是路面状况还是车道数均难以满足行车需求，亟需改建。在常规的改扩建施工中，为保证必要的交通运行，常采用边通车边施工的建设模式。在该模式下，不仅施工场地被压缩，同时对关键工序的工期有较高要求，桥梁等某些特殊结构物的施工受到了一定的阻碍。特别是需采用架桥机等大型设备配合作业的预制梁安装等工序，常因场地限制而无法展开，不仅如此，组装架桥机所耗费的时间也是对工期的严峻考验。本文以某市政道路改扩建工程为例，论证边通车边施工环境下采用大吨位汽车吊替代架桥机架设预制箱梁方案的可行性，为广大技术人员提供思路。

一、工程概况

本项目道路全长约12.25km，道路标准横断面60m宽，配套市政管线，主线设计速度80km/h，辅道设计速度40km/h。施工内容包含管线迁改、道路景观升级、道路平面交叉节点改造、路基路面改造及桥梁重建等。

项目全线采用半幅保通半幅施工的施工方式，施工期间不能完全将道路封闭，桥梁重建时仍需保证半幅通行，因此在旧桥拆除时只能先拆除北侧半幅，保留南侧半幅。同时，在北侧半幅新建桥梁预制梁架设时，南侧半幅现有老桥仍需保持正常通行，无法满足常规架桥机的安装及架设条件。

本项目西江河桥与河道斜交30°，桥长97.5m，上部结构为3*30m后张法预应力砼简支小箱梁，梁高1.6m，边梁单片梁重105.3t，中梁单片梁重98.8t，辅道单幅横向布置4片梁，主道单幅横向布置6片梁，北侧半幅共计30片梁；下部结构为双柱式桩墩柱，其中桥墩直径130cm，桩基直径150cm，盖梁高140cm。受交通导改及行车影响，现场无法为架桥机的架设作业提供场地，因此考虑采用位置可灵活改变的大吨位汽车吊完成箱梁吊装。

二、吊装作业关键技术分析

根据单片梁重、桥梁横断面形式、施工现场与周边环境状况以及汽车吊吊装特点等实际情况，对吊装过程中所需考虑的关键技术进行分析。

1.起重吊装设备的选择

在实际工程中，既可由1台汽车吊进行独立吊装，也可由多台汽车吊进行抬吊。在本项目西江河桥预制箱梁架设过程中，综合考虑吊装场地、箱梁规格尺寸、现场作业环境等限制因素，考虑采用双机抬吊的方式进行预制箱梁吊装作业。

由上述分析可知，本项目单片梁最大重量105.3t，因此每台吊车需承重53t以上。由于吊装设备工作范围有限，两桥台间距离较远，无法同时将两台设备分别布设在两侧桥台，在架梁作业全过程中，至少有一台汽车吊位于河道内。以首片梁吊装为例，汽车吊站位及工作状态如下：1#吊车拟布设于3#桥台临边1m处，车身与临边平行，吊臂中心距离现有道路中心线6.82m；2#吊车位于河道内1#墩与2#墩之间，车身垂直于墩柱，吊臂中心距离道路中心线7.07m。

综合考虑汽车吊站位、地质情况及单车配重，结合不同型号汽车吊的性能参数，1#吊车拟采用350t汽车吊，型号为QAY350，2#吊车拟采用300t汽车吊，型号为QAY300，汽车吊性能参数可通过吊车使用手册查询。

考虑最不利状态时汽车吊工作性能，以验证所选设备是否满足需求。根据《建筑机械使用安全技术规程》,双机抬吊时，单机荷载不超过额定荷载的80%，总起重量不超过双机总额定负荷的75%。根据上述规范要求，汽车吊选型及起重量验算控制在总额定起重量的75%。

对最不利工况下各汽车吊起重重量进行验算，1#汽车吊处于最不利工作状态时，吊装半径为8m，此时吊臂仰角为70°，吊臂长度为31m，由手册可知，此时额定吊装重量为78t，验算如下：

满足需求。

2#汽车吊处于最不利工作状态时，吊装半径为8m，吊臂仰角为62°，吊臂长度为21.5m，由手册可知，此时额定吊装重量为88t,验算如下：

满足需求。

因此，所选吊装设备可以满足双机抬吊的作业要求。

2.起重吊装场地承载力计算

350t汽车吊自重84t，全配重107t，箱梁自重105.3t。两台吊车吊梁过程匀速水平，每台吊车各承受1/2梁重，4个支腿均匀受力，支腿下垫2.5m*2.5m*0.3m钢板。

吊装场地承载力计算如下：

其中：N— —作用于地基处的竖向分力；

A——作用于地基处的受力面积；

δ——地基容许承载力；

为保证汽车吊在工作中的绝对安全，现场承载力按照165Kpa进行控制，要求处理后地基承载力不小于165Kpa。

3.钢丝绳选材及强度计算

梁板起吊时，采用捆绑法吊装，单个吊点由2根钢丝绳均匀受力，两个吊点考虑1.2倍的不均匀分布系数，吊装时钢丝绳夹角为60°，则单根钢丝绳拉力：

经计算，最大吊装重量105.3t时，每个吊点吊重63.18t，单根钢丝绳受力36.48t。钢丝绳安全系数K取值为6，则钢丝绳破断拉力为2145KN。

选用绳径为60mm的S-FC纤维芯钢丝绳，规格6×37，公称抗拉强度1870MPa。根据《路桥施工计算手册》附录三相关参数，其钢丝绳总断面积为1568.43mm2，钢丝捻制不均折减系数取0.82，得：

因此，所选钢丝绳满足工作要求。

4.起重吊装场地处理

由于原工作场地为河道，难以满足承载力要求，因此需对工作场地进行处理。计划采取砖渣换填的方式提高地基承载力，具体措施如下：将砖渣填筑于汽车吊工作场地范围内，填筑厚度0.5m，砖渣最大粒径不大于30cm，填筑完成后采用钢轮压路机压实，并进行密实度检测，要求孔隙率不大于23%。压实完成后，对标高进行复核，并采用轻型动力触探的方法对地基承载力进行检测，满足要求后，铺设钢板进行起吊准备。

三、吊装准备及安全要求

在各项准备工作完成后，即可开始组织设备入场、上排及准备吊装作业。在吊装前，必须全面仔细的检查核实工作。检查设备安装基准标记、方位线标记是否正确；检查材料码放、装斗或吊耳等是否符合吊装要求。在吊装作业前，需先进行永久支座的安装。支座安装时需注意以下几点：

（1）将支座吊装至安装位置，注意吊装过程中不得倾倒与倾斜。

（2）支座安装前，需对垫石的平面位置、高程进行检查，检验支座平整度是否满足要求。

（3）支座安装完毕后，及时拆除上下连接螺栓，以免约束梁体位移。

运梁车到达指定位置后，便可按照计划开始预制梁吊装作业。作业过程中，应派专人对构件四周和上方进行跟踪观察，防止碰撞，并派专人观察吊车作业工作情况，特别注意反方向支腿支撑情况，是否有脱离地面的趋势，若发现异常立即停止吊装，严禁超载吊装和超幅度吊装。当预应力箱梁安装就位后，再次复核其平面位置、高程、线型、纵坡等，复核无误后，开始下一片箱梁吊装作业。

四、结语

通过严密的计算和专家论证，采用大吨位汽车吊完成预制梁吊装的方案得到参建各方认可。细化方案经现场安全、技术、安装质量交底，部署应急预案后开始架梁作业。在不影响交通运行的情况下，仅用时3天便完成西江河桥北侧半幅30片预制梁的架设工作，目前正紧锣密鼓地进行湿接缝及桥面铺装等工序作业，为该项目半幅通车节约了宝贵的工期。对于城市改扩建公路项目，外界因素对施工作业干扰较多，作业面场地狭小，桥梁架设等关键工序需要结合具体情况，选择最优方案。本文结合某城市道路改扩建工程，对采用大吨位汽车吊进行预制箱梁吊装作业的关键技术进行了总结，为同类施工项目提供了思路和参考依据。