上跨在建鐵路的公路橋箱梁采用多機協同吊裝施工工藝

惠可震

摘要：以靖神鐵路JSTJ-09標段工程項目為例，簡述其工程概況，詳細闡述該工程4座上跨在建鐵路的公路橋采用多臺起重機協同吊裝的施工方案、施工準備、吊裝工藝和吊裝要點，可供相關工程項目的施工技術人員參考。

關鍵詞：公路橋箱梁；起重機；協同吊裝；施工工藝

1? ?工程概況

靖神鐵路項目北起包西鐵路神木西站，連通紅檸鐵路，南與蒙華鐵路靖邊北站相接。途經神木縣、榆陽區、橫山縣和靖邊縣，貫穿榆神、榆橫兩大礦區。

靖神鐵路JSTJ-09標段工程項目位于陜西省榆林市橫山縣境內，起訖里程DK164+800～DK179+300，全長14.5km。該標段包括4座上跨在建鐵路的公路橋，其所處位置和主要結構分別如下：DK166+929處，為3×40m預應力鋼筋混凝土箱梁橋；DK168+335處，為3×30m預應力鋼筋混凝土箱梁橋；DK168+860處，為單跨40m預應力鋼筋混凝土箱梁橋；DK169+475處，為3×20m預應力鋼筋混凝土箱梁橋。

2? ?施工方案

依據設計要求，在鐵路路塹主體工程完工后，修建上跨鐵路的預應力鋼筋混凝土連續箱梁結構的公路橋，恢復既有公路。根據4座上跨鐵路公路橋橋梁跨數均較少、各橋之間位置分散的實際情況，須選擇適宜的施工方案。

常用的簡支箱梁架設方法有架橋機法、現澆法和吊裝法。采用架橋機施工的弊端如下：需要修建大量施工便道和拼裝平臺；架橋機組裝、拆卸需要大噸位起重機配合，耗時較長，需配備較多專業人員，工程成本較大。采用現澆混凝土施工法施工的弊端如下：現場作業量大，與邊坡防護、排水工程存在交叉作業，影響后續工序的開展，難以保證工期要求。

采用起重機吊裝法施工，現場作業量小且比較靈活，對在建鐵路工程施工影響小，通過鐵路和公路橋梁平行作業，可盡早開通公路。經過以上分析研究，決定采用預制預應力鋼筋混凝土箱梁和多臺起重機協同吊裝的施工方案。

以DK166+929處3×40m上跨在建鐵路的公路橋為例，該橋位于鐵路深路塹地段，其與鐵路交叉角度為90°。路塹高度為27.7m，路塹邊坡分為4級，邊坡坡率為1：1.25。箱梁橋墩高度為25.7m，箱梁為3跨，跨度均為40m，每跨布置2片箱梁，每片箱梁寬度為3.1m。在鐵路DK166+800右側及DK166+900左側分別設置制梁場，修筑便道至既有道路，箱梁通過既有道路和便道運至橋臺路塹頂部，使用多臺起重機協同進行吊裝施工。

3? ?施工準備

3.1? ?梁體質量和地基承載力分析

3.1.1? ?梁體質量

箱梁的梁體高度為2m，長度分別為20m、30m、40m。梁體質量為混凝土、鋼材、壓漿料質量的總和。經計算，長度20m的箱梁質量為62t，長度30m的箱梁質量為97.6t，長度40m的箱梁質量為161.2t。

3.1.2? ?地基承載力

以質量最大的40m箱梁為例，箱梁質量按170t計算。使用起吊質量為650t的汽車起重機，其自身質量為160t，配重可達200t。起重機支腿下墊鋼板為2.5m×

3.0m×0.05m。2臺起重機吊梁過程為勻速水平運動，每臺起重機平均承受1/2箱梁質量即85t。承載力計算考慮650t起重機自身質量及最大配重，并且4個支腿受力均勻。此時地基承載力的計算公式如下：

P=N/A≤fa? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：P為基底平均壓應力，單位為kPa；N為作用短期效應組合在基底產生的豎向力，單位為kN；A為基礎底面總面積，單位為m2；fa為地基承載力，單位為kPa。

受力面積的計算結果為30m2，地基承載力fa的計算結果約為183.67kPa，考慮到上跨鐵路架梁施工，再取1.2倍的安全系數，則地基承載力fa約為220.4kPa，取值為221kPa。計算結果表明，現場碾壓夯實后的地基承載力，必須大于或等于221kPa。

3.2? ?起重機選型

3.2.1? ?選型依據

該項目4座上跨鐵路的公路橋橫跨在建靖神鐵路線上方，橋梁最多為3跨，橋面結構為裝配式先簡支后連續預應力預制箱梁，箱梁預制場距離架設地點較近，橋梁位置不集中，宜選用汽車起重機進行吊裝施工。

3.2.2? ?計算箱梁起吊高度

以DK166+929處3×40m上跨在建鐵路的公路橋為例，箱梁橋墩高度為25.7m，蓋梁高度為1.5m，箱梁高度為2.0m，箱梁與蓋梁之間的起吊間隙≥0.2m，吊索超過箱梁高度為2m，起重機起吊總高度（即箱梁起吊高度）不低于31.4m，取值33m。

3.2.3? ?計算起重機載荷

起吊質量為650t的汽車式起重機，起吊40m箱梁時的載荷，按下列公式進行計算：

P=K（P0+P1）×1.2? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：P為起重機起吊載荷，單位為t；K為動載荷系數，取值1.1；P0為1/2箱梁質量，即85t；P1為吊具吊索等附加質量，取值4t。

經計算，確定該起重機起吊40m箱梁時的載荷為117.48t。經查，該起重機起吊半徑為14m時的額定起吊質量為128.6t，即該起重機起吊半徑為14m時，可承擔起吊40m箱梁的載荷。

3.2.4? ?復核吊臂工況參數

起吊質量為650t的汽車起重機，其吊臂下鉸點A距地面高度為3m。A點距離起重機配重邊緣的距離為7m，吊臂長度為52m，如圖1所示。

在吊臂仰角為74?時，計算該起重機吊臂頂端與地面的距離H和吊臂的回轉半徑R。經計算，sin74?時吊臂頂端與地面的距離H約為50m，cos74?時吊臂的回轉半徑R約為14.3m。該起重機在吊臂仰角為74?時的工況參數，可滿足40m箱梁吊裝要求。

綜上所述，可選用起吊質量為650t的2臺汽車式起重機，在吊臂回轉半徑不大于14m的狀態下，進行40m箱梁的吊裝施工。

3.3? ?鋼絲繩選型

本項目箱梁最大質量為170t，使用2臺起吊質量為650t的汽車式起重機進行起吊，平均每臺起重機的起吊質量為85t。據此，對該型起重機吊裝40m箱梁所用鋼絲繩進行選擇。

3.3.1? ?計算鋼絲繩的拉力

吊裝40m箱梁時，2臺起吊質量為650t的汽車起重機，共需使用4根型號和長度一致的鋼絲繩，每根鋼絲繩的拉力按下式計算：

P=Q/4sinɑ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中：P為每根鋼絲繩承受的拉力，單位為kN；Q為40m箱梁整體質量170t，換算為受力1700kN；每根鋼絲繩與水平線的夾角ɑ設定為63°，查出sin63°值為0.8910。經計算，吊裝40m箱梁時，每根鋼絲繩承受的拉力約為477kN。

3.3.2? ?選用鋼絲繩

選用鋼絲繩時，須計算其安全系數。按有關規定，本工程每根鋼絲繩的安全系數取8。起吊40m箱梁擬選用型號為?60-6×37+FC-10m的4根8股鋼絲繩，即每根鋼絲繩為2股。查出該型號鋼絲繩每股最小破斷拉力為2574kN，該型號鋼絲繩的安全系數的計算公式如下：

K=2Zn/Fn? ? ? ? ? ? ? ? （4）

式中：K為擬選用鋼絲繩的安全系數，Zn為擬選用鋼絲繩每股最小破斷拉力，Fn為每根鋼絲繩承受的拉力。經計算，擬選用鋼絲繩的安全系數約為10.8，滿足安全系數要求。

3.4? ?運輸設備和運輸方法選取

3.4.1? ?運輸設備

根據預制預應力鋼筋混凝土箱梁規格及現場運輸路線的通行條件，采用轉向靈活、承重性強、方便運輸的牽引車掛車機組作為運梁車，運載箱梁。

3.4.2? ?運輸方法

為防止運輸過程中因顛簸和傾斜造成箱梁位移。裝車后必須捆扎牢固。每車選用直徑為19.5mm鋼絲繩2套，每車配備倒鏈8只、包角8只，用鋼絲繩打圍，包角墊在鋼絲繩與箱梁梁體的結合部位，保護箱梁梁體不受損傷。箱梁梁體與車體之間用硬木支墊，箱梁與硬木之間鋪墊地毯，防止污損箱梁梁體。使用倒鏈將箱梁與運梁車的前、后車緊固為一體。

4? ?吊裝工藝

4.1? ?吊裝設備

吊裝現場配備的吊裝設備包括：2臺QAY650型650t汽車起重機、1臺QAY500型500t汽車起重機、1臺QAY300型300t汽車起重機、1臺QAY200型200t汽車起重機、?60鋼絲繩400m、警戒繩150m、對講機4臺、枕木50根。

4.2? ?吊裝方法

4.2.1? ?吊裝流程

采用多臺起重機協調吊裝方法，其吊裝施工流程如下：施工準備→A、B、C起重機及運梁車就位→起重機C鉤吊箱梁左端吊點，協同運梁車喂梁→起重機A、B、C鉤吊箱梁左端吊點，協同運梁車喂梁→起重機C摘鉤→起重機C鉤吊箱梁右端吊點，運梁車撤離→起重機A、B、C協同平移吊裝箱梁→吊裝完成。

4.2.2? ?邊跨箱梁協同吊裝

路基工位起重機A、B均位于鐵路路基上，塹頂工位起重機C位于橋臺既有道路，根據作業工況及起重機性能參數確定站位。運梁車由橋頭既有道路倒推遞送箱梁，在箱梁左端接近橋臺附近道路的塹頂工位時，塹頂工位起重機C鉤吊箱梁左端a吊點進行試吊，確認安全穩定后吊起箱梁左端，運梁車尾部撤離。

塹頂工位起重機C配合運梁車繼續平移遞送箱梁。當運梁車接近塹頂到達預定位置時，路基工位起重機A、B通過平衡梁鉤吊箱梁左端a吊點，塹頂工位起重機C換鉤并鉤吊箱梁右端b吊點，實現吊點轉換后，運梁車撤離。由塹頂工位起重機C與路基工位起重機A、B協同操作，3臺起重機平移箱梁就位。

4.2.3? ?中跨箱梁協同吊裝

運梁車沿橋臺（塹頂）既有道路及已架設的邊跨箱梁，倒推遞送箱梁。待吊裝箱梁的右端接近邊跨箱梁左端并到達預設位置時，路基工位起重機A鉤吊箱梁右端a吊點，運梁車尾部撤離。

路基工位起重機A配合運梁車繼續平移遞送箱梁。運梁車接近邊跨箱梁右端并到達預設位置時，路基工位起重機B鉤吊箱梁右端a吊點，路基工位起重機A換鉤并鉤吊箱梁左端b吊點，實現吊點轉換后，運梁車撤離。由路基工位起重機A、B雙機協同操作，平移箱梁就位。

5? ?吊裝要點

5.1? ?吊裝準備

本文以DK166+929處3×40m箱梁吊裝為例，敘述箱梁吊裝要點。箱梁在預制現場完成預制、確認吊裝場地平整后，按照吊裝順序將箱梁由預制區域運至吊裝區域。2臺650t起重機進入各自的工位，做好吊裝準備并達到吊裝要求的工況。

5.2? ?開始起吊

運梁車將箱梁運輸至橋臺（塹頂）工位的650t起重機旁邊，連接好鋼絲繩等吊具索具，在捆綁處用麻布或者石棉墊襯保護鋼絲繩，緩慢起鉤，將箱梁提升至距離運梁車200mm的高度進行試吊，檢查地基、起重機、吊具索具、設備等有無異常情況，復核吊裝質量，如無異常，進行正式吊裝。

5.3? ?過程控制

當橋臺工位的650t起重機緩慢起升至一定高度后，移除運梁車尾部，運梁車緩慢倒車，650t起重機隨其后退向對面蓋梁方向旋轉遞送，將箱梁移送至16m位置時停止動作。此時對面650t起重機使用吊裝鋼絲繩連接箱梁并緩慢起吊，在起吊過程中檢查起重機地基、起重機工況、吊具索具、設備等有無異常情況。

待2臺650t起重機將箱梁一端抬起后，運梁車繼續緩慢倒車，橋臺上的650t起重機緩慢落臂，對面650t起重機緩慢起臂，2臺車同步配合將箱梁繼續向對面遞送。在遞送至24m位置處，由對面650t起重機單獨將箱梁一端吊起，橋臺上的650t起重機摘鉤并將鋼絲繩連接在箱梁另一端，2臺起重機同時將箱梁抬起，通過回轉動作將箱梁安裝就位。

箱梁完成安裝后，2臺起重機的鋼絲繩脫鉤。依此步驟吊裝剩余箱梁。待所有箱梁吊裝完成后，起重機退場。

6? ?結束語

通過分析對比可知，應用于靖神鐵路JSTJ-09標段上跨在建鐵路的公路橋箱梁施工的箱梁吊裝工藝，作業時間較短，現場作業量少，對在建鐵路工程施工影響小，通過平行作業可盡早開通公路，對地方交通影響較小。該箱梁吊裝工藝經濟適用、安全可靠、進度指標可控，取得了良好的社會效益和經濟效益，為起重機架梁施工提供了一定的技術依據，應用前景良好。

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