复杂海域桥梁小半径钢箱梁吊装施工技术研究

张仰岩ZHANG Yang-yan

（中铁十五局集团第二工程有限公司，上海 201713）

1 工程概况

杭甬复线滨海互通设计A-H共计8条匝道，最小曲线半径160m，最大纵坡3.82%、横坡6%。互通区匝道桥梁均采用钢-混凝土组合梁。组合梁为槽口型结构，顶板宽0.6m、0.8m，底板宽2.1m、2.6m和3.1m，钢梁高有1.2m（20m跨径）、1.4m（25～31m跨径）、1.7m（40m、42m跨径）、1.9m（45m跨径）和2.1m（50m跨径）。每个组合梁均为单室截面，钢箱之间采用工字型钢横梁联系，横梁与钢梁内横隔板对应设置。因匝道桥多为小半径曲率段且纵横坡度较大，使得小半径钢箱梁在吊装时所产生的偏心力不但增加了作业难度和作业风险，匝道较大的纵坡和横坡也对梁体临时稳固措施及施工工艺提出了严峻考验。同时该施工区域位于近海海域施，周边环境复杂多变，进一步增加了施工作业难度及安全风险。

2 小半径钢箱梁吊装方案

本项目多为匝道曲率段，且每联横坡也各不相同，一旦吊装过程中定位出现偏差，箱体结构及横梁对接将出现严重错误，对施工造成困难。因此必须对梁体吊装机械设备及工艺工序进行认真规划。

本项目采用履带吊进行抬吊的主要有拼宽桥全部联次、A匝道、D匝道、F匝道部分联次和G匝道所有联次，其中拼宽桥、A匝道第10联，F匝道第6联，需在中间设立支架，其余梁段均为运输至桥址位置后整跨直接吊装。A匝道第8联A19-A20、第9联A22～A23号墩、F匝道第7联F20～F21号墩钢梁用架桥机架设，其余全部为履带吊吊装，吊装顺序根据桥势走向由低向高进行吊装。本篇主要对匝道梁体跨度最大，半径最小，吊装最为困难的A匝道第A10联为例对梁体吊装及安装工艺进行描述。

本工程A匝道第10联为简支梁结构，单片梁重63.5t，跨径为50m，通过设计临时支架分段吊装。考虑构件的运输及现场构件的安装，本跨构件在加工厂进行分段加工，每根构件分两段运往施工现场，现场在安装对接位置立设临时支撑。临时支撑由混凝土基础、钢立柱和联系杆件以及上部的分配梁和调节段组成。基础尺寸为4m×3.5m×0.5m，选用C30混凝土，钢立柱选用Φ426×8钢管（材质Q235B），纵桥向间距2m，横桥向间距2.5m，斜撑和横撑都采用双拼[16#槽钢（材质Q235B），斜撑和横撑沿主肢高度方向按照每2m设置一道。

分配梁焊接在立柱顶上，分配梁为双拼H型钢，规格为HN400×200×8×13。分配梁上焊接有调节段，通过精确切割调节段的长度来控制临时支撑的最终标高，调节段采用HW200×200×8×12热轧H型钢（材质Q235B）。详见图1。

图1 临时支撑结构示意图

该梁吊装时采用两台150t履带吊进行抬吊作业。

3 吊装设备受力计算

3.1 吊机选型计算

经过分析，该栈桥最大可上150t履带吊，结合现场条件最远构件离栈桥水平距离为13.5m，最近构件离栈桥水平距离为8.5m；最重梁段为63.5t，吊装时采用两台150t履带吊进行抬吊作业，考虑到D匝道桥的高度会影响吊机臂杆的角度，经放样知，吊机需采用42m长壁杆，臂幅达14m才能跨过D匝道桥到达吊点位置。

经放样知，吊车中心至最远构件吊装回转半径为14m，根据《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2012）要求：履带吊采用双机抬吊作业时，两台吊机起重性能应接近，必须安排专职信号工进行统一指挥，两台吊机所承担的荷载应大致相等，起吊动作步幅应协调，起吊重量不得超过两台起重机在该工况下允许起重总和的75%，单机的起吊荷载不得超过允许荷载的80%，在吊装过程中，两台起重机的吊钩滑轮组应保持垂直状态。

150t履带吊14m回转半径，大臂为42m时起吊重量为48.9t，根据相关规范规定[1]：采用双机抬吊作业时，起吊重量不得超过两台起重机在该工况下允许起重量综合的75%，则此时起重量为（48.9+48.9）*75%=73.4t，根据相关规范规定：单机的起重荷载不得超过允许荷载的80%，则可知：48.9*0.8=39.1t，构件为水平起吊，两端吊装一样，则为63.5/2=31.8t，双机吊起重载荷为73.4t＞构件重量63.5t，单机吊起重荷载39.1t＞31.8t，综上所述，此吊机选型满足规范吊装要求。详见图2。

图2 履带吊吊装示意图

3.2 吊装钢丝绳受力计算

抬吊时两端各设两个吊点，每个吊点采用单股钢丝绳，并确保钢丝绳竖直受力。根据有关规定[2]，吊车的动力系数取1.1，钢梁最大吊装重量按63.5t计算，则每根钢丝绳的最大受力Pmax为：

Pmax=1.1×63.5/4=17.46t

选用钢丝绳时，安全载重系数取6，钢丝绳破断拉力F需满足：

F≥6×Pmax=6×17.46×9.8=1027kN

钢丝绳根据有关规定[3]，选用6×36类钢丝绳（纤维芯），钢丝绳公称直径50mm，钢丝绳级1870。钢丝绳最小破断拉力为：

F=1490kN＞1027kN，满足节段吊装的使用要求。

3.3 吊耳受力计算

临时吊耳采用倒T型设计，吊耳底板为300×338mm钢板，板厚30mm，通过6枚M22螺栓（10.9s级）和钢梁顶板连接；耳板厚30mm，吊点处为半径147mm圆弧板，中间开半径45mm吊孔；耳板和底板之间采用全熔透连接，并设加劲肋加固。

图3 吊耳设计图

单个吊耳所受最大荷载Pmax=17.46t，活荷载分项系数为1.5，吊耳的设计荷载N为：

N=1.5×17.46×9.8=256.6kN

3.3.1耳板验算

根据《钢结构设计标准》，耳板孔净截面处的抗拉强度σ按如下公式验算：

式中，t为耳板厚度，此处，t=30mm；

b为连接耳板两侧边缘与吊孔边缘净距，此处，b=147-45=102mm；

d0为吊孔直径，此处，d0=90mm；

f为抗拉强度设计值，16～40mmQ355D钢板抗拉强度设计值为295MPa。

计算得到b1=76mm。

耳板孔净截面处的抗拉强度σ：

耳板受力满足要求。

3.3.2 焊缝验算

根据《钢结构设计标准》，T形连接中，垂直与轴心拉力的对接焊缝，强度σ按下式计算：

式中，lw为焊缝长度，此处，lw=294mm；

he为焊缝计算厚度，此处取耳板同厚，he=30mm；

耳板和底板的焊缝强度σ为：

焊缝受力满足要求。

4 钢箱梁安装主要工艺控制

4.1 钢箱梁临时固定措施

每个匝道桥在吊装钢箱梁时，由于其半径较小，梁体偏心力较大，并且匝道纵向坡度和横向坡度较大，上述原因影响可能会发生倾覆落梁，因此必须采取相应的措施进行控制。

在钢箱梁就位后，可借助钢梁防震挡块作为辅助防落梁装置，可以防止因横坡较大造成的梁体横向位移，同时采用在梁体两端设置临时支撑措施，防止因纵坡造成梁体滑移。（图4）

图4 梁体临时支撑结构图

4.2 梁体安装工艺

梁段吊装完成后，对梁段标高进行调整，及时完成工地连接（简支转换为连续）。填充墩顶及横梁位置混凝土，绑扎桥面板钢筋。连续梁三连跨，先浇筑跨中桥面板混凝土，后浇筑支点混凝土，待混凝土强度达到设计强度95%且不小于10天，按施工流程回落中支点，梁体落在永久支座上，支座锚固螺栓灌浆。连续梁四连跨，先不浇筑第2跨与第3跨之间的柱墩左右各10m范围桥面板混凝土，其他梁跨桥面全部浇筑完成，待混凝土强度达到设计强度95%后，按施工流程回落第2跨与第3跨之间的柱墩顶支点，然后浇筑此墩左右各10m范围桥面板混凝土。最后回落梁体落在永久支座上，支座锚固螺栓灌浆。

4.3 梁体焊接工艺

根据不同焊接方法（埋弧自动焊、气体保护焊和手工焊）及不同焊接位置（平焊、立焊和横焊），焊工须进行相应考试，合格后方能上岗作业，焊接工作应在培训及认定范围内进行。当焊工间隔6个月后重新进行该工作，需重新对其培训及考核。

定位焊应选用E5015焊条或焊丝进行，焊接前需对焊件的外形尺寸、焊件间隙、焊件部位整洁度进行检查，若不符合焊件定位条件则需不得进行定位焊件。点焊高度不宜超过设计焊缝厚度的一半，点焊长度宜为50～100mm，点焊间距宜为400～600mm，应填满弧坑。如发现点焊上有气孔或裂纹，必须清除干净后重焊，焊角尺寸不得大于设计焊角尺寸的1/2。

5 施工注意事项

①双机联合吊装时保证两台吊车所受合力不应超过每台吊车单独起升时的额定载荷80%。现场指挥人员应全面管理起重机的联合作业，操作人员应服从指挥人员进行操作。其他监护人员应把实时情况反馈给指挥人员，严禁其他监护人员指挥。

②项目部必须对高空作业人员进行必要的安全培训，提高其高空作业安全意识，对作业人员出具纸面安全技术交底并签字归档，让施工人员认识到高空作业潜在风险以及防范要点[4]。

③加强施工区域气象信息接收工作，恶劣气候来临前对施工现场的机械设备设施、材料等进行全面检查，对于不能撤离转移的机械设备，要立即检查加固。

6 结束语

通过对小半径钢箱梁吊装机械设备的选择、吊装工艺工序、钢箱梁焊接工艺、梁体临时稳固措施等方面进行了详细规划和严格把控，不但保证了梁体吊装的安全性，而且也满足了钢箱梁的安装精度及线性控制要求。同时也避免了复杂多变的气候环境对施工的影响，加快了施工进度，提高了机械设备的使用率，降低了施工措施费用。通过现场实际应用，上述举措在小半径钢箱梁吊装施工中取得很好的效果，也为后续类似施工提供了借鉴和参考。