上跨在建铁路的公路桥箱梁采用多机协同吊装施工工艺

惠可震

摘要：以靖神铁路JSTJ-09标段工程项目为例，简述其工程概况，详细阐述该工程4座上跨在建铁路的公路桥采用多台起重机协同吊装的施工方案、施工准备、吊装工艺和吊装要点，可供相关工程项目的施工技术人员参考。

关键词：公路桥箱梁；起重机；协同吊装；施工工艺

1   工程概况

靖神铁路项目北起包西铁路神木西站，连通红柠铁路，南与蒙华铁路靖边北站相接。途经神木县、榆阳区、横山县和靖边县，贯穿榆神、榆横两大矿区。

靖神铁路JSTJ-09标段工程项目位于陕西省榆林市横山县境内，起讫里程DK164+800～DK179+300，全长14.5km。该标段包括4座上跨在建铁路的公路桥，其所处位置和主要结构分别如下：DK166+929处，为3×40m预应力钢筋混凝土箱梁桥；DK168+335处，为3×30m预应力钢筋混凝土箱梁桥；DK168+860处，为单跨40m预应力钢筋混凝土箱梁桥；DK169+475处，为3×20m预应力钢筋混凝土箱梁桥。

2   施工方案

依据设计要求，在铁路路堑主体工程完工后，修建上跨铁路的预应力钢筋混凝土连续箱梁结构的公路桥，恢复既有公路。根据4座上跨铁路公路桥桥梁跨数均较少、各桥之间位置分散的实际情况，须选择适宜的施工方案。

常用的简支箱梁架设方法有架桥机法、现浇法和吊装法。采用架桥机施工的弊端如下：需要修建大量施工便道和拼装平台；架桥机组装、拆卸需要大吨位起重机配合，耗时较长，需配备较多专业人员，工程成本较大。采用现浇混凝土施工法施工的弊端如下：现场作业量大，与边坡防护、排水工程存在交叉作业，影响后续工序的开展，难以保证工期要求。

采用起重机吊装法施工，现场作业量小且比较灵活，对在建铁路工程施工影响小，通过铁路和公路桥梁平行作业，可尽早开通公路。经过以上分析研究，决定采用预制预应力钢筋混凝土箱梁和多台起重机协同吊装的施工方案。

以DK166+929处3×40m上跨在建铁路的公路桥为例，该桥位于铁路深路堑地段，其与铁路交叉角度为90°。路堑高度为27.7m，路堑边坡分为4级，边坡坡率为1：1.25。箱梁桥墩高度为25.7m，箱梁为3跨，跨度均为40m，每跨布置2片箱梁，每片箱梁宽度为3.1m。在铁路DK166+800右侧及DK166+900左侧分别设置制梁场，修筑便道至既有道路，箱梁通过既有道路和便道运至桥台路堑顶部，使用多台起重机协同进行吊装施工。

3   施工准备

3.1   梁体质量和地基承载力分析

3.1.1   梁体质量

箱梁的梁体高度为2m，长度分别为20m、30m、40m。梁体质量为混凝土、钢材、压浆料质量的总和。经计算，长度20m的箱梁质量为62t，长度30m的箱梁质量为97.6t，长度40m的箱梁质量为161.2t。

3.1.2   地基承载力

以质量最大的40m箱梁为例，箱梁质量按170t计算。使用起吊质量为650t的汽车起重机，其自身质量为160t，配重可达200t。起重机支腿下垫钢板为2.5m×

3.0m×0.05m。2台起重机吊梁过程为匀速水平运动，每台起重机平均承受1/2箱梁质量即85t。承载力计算考虑650t起重机自身质量及最大配重，并且4个支腿受力均匀。此时地基承载力的计算公式如下：

P=N/A≤fa                （1）

式中：P为基底平均压应力，单位为kPa；N为作用短期效应组合在基底产生的竖向力，单位为kN；A为基础底面总面积，单位为m2；fa为地基承载力，单位为kPa。

受力面积的计算结果为30m2，地基承载力fa的计算结果约为183.67kPa，考虑到上跨铁路架梁施工，再取1.2倍的安全系数，则地基承载力fa约为220.4kPa，取值为221kPa。計算结果表明，现场碾压夯实后的地基承载力，必须大于或等于221kPa。

3.2   起重机选型

3.2.1   选型依据

该项目4座上跨铁路的公路桥横跨在建靖神铁路线上方，桥梁最多为3跨，桥面结构为装配式先简支后连续预应力预制箱梁，箱梁预制场距离架设地点较近，桥梁位置不集中，宜选用汽车起重机进行吊装施工。

3.2.2   计算箱梁起吊高度

以DK166+929处3×40m上跨在建铁路的公路桥为例，箱梁桥墩高度为25.7m，盖梁高度为1.5m，箱梁高度为2.0m，箱梁与盖梁之间的起吊间隙≥0.2m，吊索超过箱梁高度为2m，起重机起吊总高度（即箱梁起吊高度）不低于31.4m，取值33m。

3.2.3   计算起重机载荷

起吊质量为650t的汽车式起重机，起吊40m箱梁时的载荷，按下列公式进行计算：

P=K（P0+P1）×1.2             （2）

式中：P为起重机起吊载荷，单位为t；K为动载荷系数，取值1.1；P0为1/2箱梁质量，即85t；P1为吊具吊索等附加质量，取值4t。

经计算，确定该起重机起吊40m箱梁时的载荷为117.48t。经查，该起重机起吊半径为14m时的额定起吊质量为128.6t，即该起重机起吊半径为14m时，可承担起吊40m箱梁的载荷。

3.2.4   复核吊臂工况参数

起吊质量为650t的汽车起重机，其吊臂下铰点A距地面高度为3m。A点距离起重机配重边缘的距离为7m，吊臂长度为52m，如图1所示。

在吊臂仰角为74?时，计算该起重机吊臂顶端与地面的距离H和吊臂的回转半径R。经计算，sin74?时吊臂顶端与地面的距离H约为50m，cos74?时吊臂的回转半径R约为14.3m。该起重机在吊臂仰角为74?时的工况参数，可满足40m箱梁吊装要求。

综上所述，可选用起吊质量为650t的2台汽车式起重机，在吊臂回转半径不大于14m的状态下，进行40m箱梁的吊装施工。

3.3   钢丝绳选型

本项目箱梁最大质量为170t，使用2台起吊质量为650t的汽车式起重机进行起吊，平均每台起重机的起吊质量为85t。据此，对该型起重机吊装40m箱梁所用钢丝绳进行选择。

3.3.1   计算钢丝绳的拉力

吊装40m箱梁时，2台起吊质量为650t的汽车起重机，共需使用4根型号和长度一致的钢丝绳，每根钢丝绳的拉力按下式计算：

P=Q/4sinɑ                （3）

式中：P为每根钢丝绳承受的拉力，单位为kN；Q为40m箱梁整体质量170t，换算为受力1700kN；每根钢丝绳与水平线的夹角ɑ设定为63°，查出sin63°值为0.8910。经计算，吊装40m箱梁时，每根钢丝绳承受的拉力约为477kN。

3.3.2   选用钢丝绳

选用钢丝绳时，须计算其安全系数。按有关规定，本工程每根钢丝绳的安全系数取8。起吊40m箱梁拟选用型号为?60-6×37+FC-10m的4根8股钢丝绳，即每根钢丝绳为2股。查出该型号钢丝绳每股最小破断拉力为2574kN，该型号钢丝绳的安全系数的计算公式如下：

K=2Zn/Fn                （4）

式中：K为拟选用钢丝绳的安全系数，Zn为拟选用钢丝绳每股最小破断拉力，Fn为每根钢丝绳承受的拉力。经计算，拟选用钢丝绳的安全系数约为10.8，满足安全系数要求。

3.4   运输设备和运输方法选取

3.4.1   运输设备

根据预制预应力钢筋混凝土箱梁规格及现场运输路线的通行条件，采用转向灵活、承重性强、方便运输的牵引车挂车机组作为运梁车，运载箱梁。

3.4.2   运输方法

为防止运输过程中因颠簸和倾斜造成箱梁位移。装车后必须捆扎牢固。每车选用直径为19.5mm钢丝绳2套，每车配备倒链8只、包角8只，用钢丝绳打围，包角垫在钢丝绳与箱梁梁体的结合部位，保护箱梁梁体不受损伤。箱梁梁体与车体之间用硬木支垫，箱梁与硬木之间铺垫地毯，防止污损箱梁梁体。使用倒链将箱梁与运梁车的前、后车紧固为一体。

4   吊装工艺

4.1   吊装设备

吊装现场配备的吊装设备包括：2台QAY650型650t汽车起重机、1台QAY500型500t汽车起重机、1台QAY300型300t汽车起重机、1台QAY200型200t汽车起重机、?60钢丝绳400m、警戒绳150m、对讲机4台、枕木50根。

4.2   吊装方法

4.2.1   吊装流程

采用多台起重机协调吊装方法，其吊装施工流程如下：施工准备→A、B、C起重机及运梁车就位→起重机C钩吊箱梁左端吊点，协同运梁车喂梁→起重机A、B、C钩吊箱梁左端吊点，协同运梁车喂梁→起重机C摘钩→起重机C钩吊箱梁右端吊点，运梁车撤离→起重机A、B、C协同平移吊装箱梁→吊装完成。

4.2.2   邊跨箱梁协同吊装

路基工位起重机A、B均位于铁路路基上，堑顶工位起重机C位于桥台既有道路，根据作业工况及起重机性能参数确定站位。运梁车由桥头既有道路倒推递送箱梁，在箱梁左端接近桥台附近道路的堑顶工位时，堑顶工位起重机C钩吊箱梁左端a吊点进行试吊，确认安全稳定后吊起箱梁左端，运梁车尾部撤离。

堑顶工位起重机C配合运梁车继续平移递送箱梁。当运梁车接近堑顶到达预定位置时，路基工位起重机A、B通过平衡梁钩吊箱梁左端a吊点，堑顶工位起重机C换钩并钩吊箱梁右端b吊点，实现吊点转换后，运梁车撤离。由堑顶工位起重机C与路基工位起重机A、B协同操作，3台起重机平移箱梁就位。

4.2.3   中跨箱梁协同吊装

运梁车沿桥台（堑顶）既有道路及已架设的边跨箱梁，倒推递送箱梁。待吊装箱梁的右端接近边跨箱梁左端并到达预设位置时，路基工位起重机A钩吊箱梁右端a吊点，运梁车尾部撤离。

路基工位起重机A配合运梁车继续平移递送箱梁。运梁车接近边跨箱梁右端并到达预设位置时，路基工位起重机B钩吊箱梁右端a吊点，路基工位起重机A换钩并钩吊箱梁左端b吊点，实现吊点转换后，运梁车撤离。由路基工位起重机A、B双机协同操作，平移箱梁就位。

5   吊装要点

5.1   吊装准备

本文以DK166+929处3×40m箱梁吊装为例，叙述箱梁吊装要点。箱梁在预制现场完成预制、确认吊装场地平整后，按照吊装顺序将箱梁由预制区域运至吊装区域。2台650t起重机进入各自的工位，做好吊装准备并达到吊装要求的工况。

5.2   开始起吊

运梁车将箱梁运输至桥台（堑顶）工位的650t起重机旁边，连接好钢丝绳等吊具索具，在捆绑处用麻布或者石棉垫衬保护钢丝绳，缓慢起钩，将箱梁提升至距离运梁车200mm的高度进行试吊，检查地基、起重机、吊具索具、设备等有无异常情况，复核吊装质量，如无异常，进行正式吊装。

5.3   过程控制

当桥台工位的650t起重机缓慢起升至一定高度后，移除运梁车尾部，运梁车缓慢倒车，650t起重机随其后退向对面盖梁方向旋转递送，将箱梁移送至16m位置时停止动作。此时对面650t起重机使用吊装钢丝绳连接箱梁并缓慢起吊，在起吊过程中检查起重机地基、起重机工况、吊具索具、设备等有无异常情况。

待2台650t起重機将箱梁一端抬起后，运梁车继续缓慢倒车，桥台上的650t起重机缓慢落臂，对面650t起重机缓慢起臂，2台车同步配合将箱梁继续向对面递送。在递送至24m位置处，由对面650t起重机单独将箱梁一端吊起，桥台上的650t起重机摘钩并将钢丝绳连接在箱梁另一端，2台起重机同时将箱梁抬起，通过回转动作将箱梁安装就位。

箱梁完成安装后，2台起重机的钢丝绳脱钩。依此步骤吊装剩余箱梁。待所有箱梁吊装完成后，起重机退场。

6   结束语

通过分析对比可知，应用于靖神铁路JSTJ-09标段上跨在建铁路的公路桥箱梁施工的箱梁吊装工艺，作业时间较短，现场作业量少，对在建铁路工程施工影响小，通过平行作业可尽早开通公路，对地方交通影响较小。该箱梁吊装工艺经济适用、安全可靠、进度指标可控，取得了良好的社会效益和经济效益，为起重机架梁施工提供了一定的技术依据，应用前景良好。

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