铁路桥钢横梁吊装施工技术要点

刘振伟

摘  要：钢横梁因自身施工特点对吊装施工工艺、施工技术和施工质量要求较高。该文以跨营运韩原铁路的某铁路特大桥为例，对钢横梁施工前吊装设备准备、技术方案设计等进行计算阐述，并从吊装施工的工期安排、试吊、正式吊装及永久固结框架墩等方面对钢横梁吊装施工技术要点进行探讨，保证施工安全、提高施工效率。旨在为类似工程施工提供参考。

关键词：桥梁；钢横梁；吊装施工；施工技术；施工质量

中图分类号：U445        文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）05-0164-04

Abstract： Steel crossbeam has higher requirements on hoisting construction technology， construction technology and construction quality because of its own construction characteristics. Taking a railway bridge running across Hanjialing-Taiyuan Railway as an example， this paper calculates and expounds the preparation of hoisting equipment and technical scheme design of steel crossbeam before construction， and discusses the key technical points of hoisting construction of steel crossbeam from the aspects of time limit arrangement， trial hoisting， formal hoisting and permanent consolidation of frame pier， so as to ensure construction safety and improve construction efficiency and provide reference for the construction of similar projects.

Keywords： bridge; steel crossbeam; hoisting construction; construction technology; construction quality

隨着国民经济的快速发展，在建筑领域，钢结构梁越来越显示出其价值。由于其具备成本低、结构性能好、施工速度快和质感强度高等优点，被广泛应用于建筑行业施工，在一定程度上取代了刚性钢筋混凝土结构。钢横梁因自身受力性能良好、刚度大、整体线性流畅美观、主梁跨度大等特点，被广泛应用于高架桥梁施工，尤其是大跨度高架桥梁施工[1]。钢横梁为整体焊接，吊装施工对于现场施工工艺、施工技术和施工质量方面要求较高，而随着道路交通流量增加、钢横梁应用对象变化以及跨度扩大等因素，致使钢横梁跨路施工难度不断加大，为避免钢横梁施工对交通、周围环境等造成影响，应严格按照施工工艺保证质量施工，必须把握施工要点，强化施工的科学技术管理工作[1-2]。

1  工程概况

本文以某铁路特大桥施工为例，该桥梁DK23+820—DK24+020段与营业线韩原铁路相邻，线路在DK23+944.45处跨越韩原铁路（下行线52 km+175 m），韩原线为双线I级电气化铁路， 要求净高7.96 m，交叉右角171°01′00″。交叉处既有铁路为路基，填土高5 m左右，两侧有排水沟，采用7～24 m框架墩简支梁跨越，横梁跨度为30 m。224～229#墩框架墩，采用Φ=1.25 m钻孔桩基础、双层承台、墩身墩高13 m，基础防护采用9 m长拉森Ⅳ钢板桩防护，框架墩钢横梁采用预制吊装法施工。框架墩横梁采用钢结构，224～229#墩横梁跨度为30 m，横梁为单箱带肋截面，224、226～229#墩横梁箱内宽3 200 mm，箱内高3 500 mm，225#墩横梁箱内宽4 440 mm，箱内高3 500 mm。顶、底板板厚36 mm，腹板板厚28 mm。在支座位置设3道支座横隔板，支座横隔板之间设置竖向加劲板，形成“井”字型承压结构，承受支座反力和更换支座顶落梁反力。

2  钢横梁吊装施工准备

2.1  技术方案

本项目钢横梁横断面尺寸大，且钢横梁桥墩处构造复杂，受力集中，焊缝密集，熔透焊缝多，钢横梁截面尺寸控制及制造精度是施工的重点及难点。针对钢横梁横断面尺寸大，采取合理的制作工艺，采用合理的焊接工艺，控制横断面尺寸。针对构造复杂，焊缝密集，熔透焊缝较多，制作时采用合理的制作工艺保证焊缝质量，并采用焊接变形小和焊接收缩小的焊接工艺，控制制造精度。

钢横梁施工主要包括：地基处理、履带吊组拼、路基板铺设，吊索具准备、试吊、吊车进入吊装位置、正式吊装、吊装结束及吊车拆解，吊车退场，索具等施工用料回收等。

2.2  吊机选择

吊机的选用及参数。由构件重量表可知，钢横梁吊装重量为276.4 t，考虑1.4的安全系数，按照387.1 t计算，选用1 000 t履带吊在超起工况，主臂长78 m，超起半径25 m，超起重490 t，后配重265 t，中央配重95 t，结合钢横梁吊装设计图，查吊机性能参数表可知，在此种工况下履带吊载荷为441 t，载荷安全系数为441/276.4=1.6>1.4，满足规范要求。

2.3  吊具选择

1）吊装采用Φ96×17 m钢丝绳。在钢横梁中，225#比其他钢横梁重53 t，所以钢丝绳的受力载荷以最重钢横梁225#为例说明。

225#钢横梁吊装采用6根钢丝绳六点起吊，按极限工况四点受力计算，钢丝绳起重重量为276.4 t，则单根钢丝绳吊点位置处所受重力G=276.4/6=46.1 t；钢横梁吊装施工时，风力等级在6级及以上强风时暂停施工，此处取6级风力（13.8 m/s）作为计算依据，钢横梁截面积A=96 m2，预估风压WP=0.625 V2=0.119 kN/m2，钢横梁风荷载G1=WP×A=11.43 kN。则自重与风荷载产生的合力为G合=385.0 kN；钢丝绳最大工作静拉力：S=G合/sin60°=444.5 kN；钢丝绳最小直径：d=C=95.8 mm，其中工作级别系数C=0.144。根据计算，选择96 mm直径钢丝绳作为吊装钢丝绳。

2）钢丝绳验算。F=n×S=4 445 kN，钢丝绳选择96 mm直径、6×91 N类钢芯钢丝绳，钢丝绳结构为6×127SWSNS+IWR，破断拉力：F0=5 640 kN>4 445 kN，即破断拉力满足要求。按照六点计算起吊时冲击276.4/6×1.1=50.673合5 067 kN<5 640 kN满足吊装要求。

3）钢丝绳长度计算。根据建模计算钢横梁重心点，选用钢丝绳长度分别为4根17 m。

2.4  吊耳选择及布置

吊耳设在墩顶横隔板中心线位置，（224#，226～229#）钢横梁每片梁共设置4个吊耳，225#钢横梁设置6个吊耳，材质为Q345qE，和梁体采用熔透焊缝连接，吊耳设计在中隔板和加劲肋的交界位置。吊点受力分析：整座钢横梁采用4个吊点，钢绳与梁体夹角按照60°考虑（上下盖板作为安全储备，不参与计算）。考虑冲击系数和超载系数，则G=276.4×1.25（冲击系数）×1.05（超载系数）=362.8 t，吊耳按4个吊点受力进行计算，拉力取值为P=10G/sin60°/3=1 396.4 kN。

焊缝计算不考虑加劲板连接焊缝，将其作为安全储备。吊耳板长按照60 cm、宽度按照3.55 cm进行验算，焊脚按照hf=1.6 cm，则焊缝高度取hf=16 mm；由钢号Q345查得焊缝强度fw=200 MPa；受荷载垂直焊缝方向N1=1 396.4 kN，lW=600-2×16=568 mm；由于承受静力荷载或间接动力荷载βf=1.22，对直接承受动力载荷的结构βf=1.0。垂直焊缝方向应力计算为109.8 N/mm2≤1.22×200=244 MPa；综合应力计算为74.76 N/mm2≤200 MPa，故焊缝满足设计要求。

2.5  承载力计算

场地不均匀沉降易造成设备倾覆，存在安全风险，施工中严格按照路基填筑工艺进行组织，层层碾压、检测，并报监理工程师验收。

1）吊装及走行场地承载力检算，1 000 t履带起重机履带轮迹范围铺设路基板。1 000 t履带起重机吊装框架墩钢横梁时的地基承载力计算如下。履带宽度1.83 m、长度12.37 m，每个履带下铺垫5块路基箱，规格为长3 m×宽6 m×厚0.25 m；1 000 t履带起重机吊装工况下对地面的荷载为G=G1+G2+G3=811+490+283.8=1 584.8 t，式中：G1为吊车自重（含主机配重265 t、中央配重95 t、500 t型吊钩7.4 t等）G1=811 t，G2为超起配重G2=490 t，G3为钢横梁重量+垫石+吊具（最重梁段）G3=283.8 t（含垫石、吊篮等附属）。

2）受力面积。按铺垫在履带下面的路基箱面积计算为Ac=2abc=3×6×5×2=180 m2，式中：a为垫板宽度a=3 m，b为垫板长度b=6 m，c为路基箱数量c=5个。

3）承载力：f=N/Ac，（1 584.8×9.8）/180=86.29 kPa。

结论：验算钢横梁吊装时履带吊站位区域地基承载力为不小于87 kPa，履带吊走行区域地基承载力为不小于40 kPa，经现场地基处理后承载力检测试验最低为260 kPa，安全系数分别为2.99、6.5。

2.6  地基处理

1）钢横梁吊装时履带吊站位区域地基承载力要求。钢横梁吊装时，吊车自重、超起配重和钢横梁重量总和为1 584.8 t。根据检算结果显示，钢横梁吊装时的履带吊站位区场地承载力必须达到87 kPa，平整度小于等于5‰，才能满足钢横梁吊装工作的要求。

2）履带吊走行区域地基承载力要求。履带吊从上一吊装区走行至下一吊装区及履带吊拼装站位区均属于履带吊走行区域。履带吊走行时不带超起配重，总重量为725 t。根据检算结果显示，履带吊走行区域地承载力必须达到40 kPa，平整度小于等于5‰，才能满足履带吊走行工作的要求。

3）地基处理措施。现场韩原铁路场地为施工便道，原地面地基承载力及平整度良好，经过地基承载力试验显示，原地面地基承载力最低为260 kPa，大于吊装站位区及履带吊走行区域要求的地基承载力：87 kPa和40 kPa，满足吊装作业要求。基于以上情况。地基处理措施如下：①在原地面基礎上进行分层填筑碾压，其地基承载力为260 kPa。②钢横梁吊装时的履带吊站位区域采用25 cm路基箱+30 cmC30混凝土。③履带吊行走区域采用25 cm路基箱。

3  钢横梁吊装技术要求

3.1  吊装准备

跨韩原铁路钢横梁吊装施工，先吊装224#钢横梁，再依次吊装225#、226#、227#、228#、229#钢横梁。吊机进场顺序：配重首先从便道进场至指定区域，主机构件随后进场，最后是主臂构件进场。主臂组装由南向北进行，组装区域位于远离营业线侧。对框架墩柱进行复测，包含高程、里程、偏距等是否满足设计及规范要求，如偏差较大，则需采取相应措施保证钢横梁的安装精度。

3.2  钢横梁吊装安排

钢梁吊装前需要利用框架墩施工点完成框架墩复测、临时支座安装、临时操作平台安装等准备工作。钢横梁吊装作业程序，见表1。

3.3  试吊

吊机组装完成后，利用224#钢横梁进行同条件模拟吊装演练，演练的目的主要是对吊装作业指挥系统、地基承载力、吊机性能和索具等进行测试，并且试吊持荷时间不小于30 min，以确保正式吊装时安全质量。

试吊过程严格模拟正式吊装程序，指挥人员、吊装班组、焊接班组、测量班组、防护班组按照指定位置就位，通信设备、防护用品确保畅通、性能良好。详细记录模拟挂卸扣、起吊、旋转、落梁、拆卸扣的时间，为正式吊装做好充分准备。

试吊程序：指挥人员下达试吊命令→吊装班组安装卸扣拴挂钢丝绳→指挥人员下达起吊命令→吊装班组按命令起吊，将钢横梁提升至1 m高度→到位后吊机大臂向远离营业线侧旋转5 m→向指挥人员汇报已旋转到位可落梁→指挥人员下达落梁命令→吊机反向旋转5 m落梁→落梁至拼装台座→技术人员检查，并向指挥人员汇报检查情况→焊接班组模拟焊接→指挥人员下达拆卸扣命令→吊装班组拆卸扣→大臂旋转至初始状态→总结分析。

试吊完成后设备制作单位确认钢横梁整体结构是否完好，确认钢横梁整体变形量是否符合要求，具备正式吊装条件；吊装单位确认钢横梁实际吊装重量，检验起重机载荷性能，观察地基承载力状况及钢丝绳、卡环、卸扣、吊耳受力状况，并做好相关记录，一切无异常，则准备第二天正式吊装。

3.4  钢横梁吊装

为节约点内时间，保证钢横梁吊装落位时长，需在每一个天窗点，提前将履带吊走行至吊装占位区域，安装好超起配重，并在钢横梁上安装索具，等待给点转臂、挂钩、提梁。以224#钢横梁为例，吊装过程简单描述如下。

1）准备：1 000 t履带吊走行至吊装站位区域，然后拴挂吊装索具及缆风绳，摆放超起配重。

2）防护：对吊车的机械性能、钢丝绳、吊耳、卸扣和卡环等起重配件、材料进行再次检查，经确认均处于良好状态后，将钢横梁提升至距地面距离约200 mm后停止，确认钢横梁吊装处于水平状态，吊车以均匀的提升速度将钢桁梁提升至指定高度，并调整至指定半径待指挥人员下达旋转命令。

3）吊车旋转，防护人员就位，指挥人员下达转臂命令后，吊车（连同钢横梁）旋转大臂至框架墩上方，转臂过程中通过2组人员牵拉缆风绳保证钢箱梁角度不变，避免自由旋转，直至钢箱梁到达就位位置。

4）钢横梁粗调定位：施工人员通过缆风绳调整钢箱梁就位角度（吊装时设2组缆风绳，钢箱梁就位之前，通过人工牵拉设置在韩原铁路上行线侧的第一组及第二组缆风绳，保证钢箱梁相对履带吊臂杆位置不变，准确就位时通过牵拉4组缆风绳实现钢箱梁角度转换），达到就位要求。

5）钢横梁精确定位：在吊梁之前提前在钢横梁端部及两侧焊好限位块（焊限位挡块之前需确定墩柱是否有偏差，根据偏差大小，调整限位块的尺寸），在落梁时，限位块尽可能地靠近墩顶外包钢板，在梁和墩柱顶刚接触或距离小于5 mm时，此时如发现梁未到达指定位置，可在调整位置焊一个反力装置，用千斤顶来实现微调（每个墩柱配2个25 t，1个50 t千斤顶）。

6）就位：为保证吊装安全，钢横梁角度调整好之前，始终保持钢横梁与就位墩柱之间留有1 m的安全距离，吊围栏中的作业人员全部蹲下，禁止站立，并且佩戴安全带及安全帽，将安全带系于操作平台牛腿上，找准钢横梁就位角度后，起重机回钩将钢横梁放置于支座上，施工人员方可站立进行固定钢横梁，然后1 000 t起重机缓慢落钩，专人检查支撑受力是否满足要求，墩梁连接部位进行临时焊接，焊接良好，无问题后主吊车回钩，准备摘除索具。

3.5  永久固结框架墩

1）墩梁连接部位焊接，钢横梁与框架墩连接按邻近营业线B类施工进行墩梁连接部位焊接。墩柱外包钢板与钢横梁底板焊接：采用双面熔透焊。焊接完成后进行无损检测。

2）墩梁连接部采用钢筋混凝土施工，墩梁连接后浇C50补偿收缩混凝土，浇筑混凝土前将临时支撑垫石表面凿毛处理，并用M50灌浆料填充密实。后浇混凝土必须连续浇筑一次成型，在浇筑过程中应随机取样制作混凝土强度、弹性模量试件，试件应随主体在同条件下振动成型，施工试件随主体养护，按28 d标准试件标准养护办理。墩梁连接部混凝土浇筑完成后，将钢横梁顶板预留孔洞用同规格钢板熔透焊接封死。待墩梁连接部位混凝土强度和弹模达到设计值100%，且龄期不小于14 d后，方可架梁。

4  结束语

为确保钢横梁吊装施工安全以及施工质量，必须依照复杂工况及施工环境采取有效的技术措施，尤其是做好吊装前合理吊具論证选择，制定合理有效的现场吊装工期安排及流程，控制有效施工时间，通过吊装试验对吊装施工合理性进行充分验证，并加强现场焊接施工、预拼装施工等施工管控和效率跟进。除此之外，要做好对周围环境、营运线路的施工封锁和防护工作，建立有效的安全生产管理组织方案。

参考文献：

[1] 张康银，左君，杨大利，等.钢横梁吊装施工技术要点研究——以凉州2号特大桥为例[J].工程技术研究，2021（21）：26-28.

[2] 叶培杰，李强，王博.市政桥梁工程中大跨度钢横梁施工技术管理要点[J].住宅与房地产，2020（23）：157-158.