钢箱梁吊装施工技术探讨

刘辉

摘要：本文结合现场实例，介绍钢箱梁吊装过程中使用的临时设施选用、设备及材料选用，可供类似工程参考和借鉴。

关键词：既有道路；钢箱梁；起重吊装；施工技术

0 前言

在城市交通基础设施建设中，钢箱梁以其优越的性能被广泛用于市政桥梁结构中，然而钢箱梁桥因设计不同而具有不同的特色，本文以现场钢箱梁吊装实例，对钢箱梁吊装作业进行了探讨。

1 工程概况

杭州市艮山路提升改造（彭埠立交-东湖路）工程Ⅰ标段，高架桥设计起点里程K1+578.25～K3+272.50，全长约1.694 km。高架桥主线为双向六车道，标准段宽度25.1m。；匝道为双向两车道，标准宽度8.5m。

桥梁结构形式采用连续钢箱梁和预制简支钢箱梁两种，钢箱梁主线分布于Z006～Z009、Z017～Z021 和Z034～Z037。跨径布置分别为(50+70+50)m、(50+72.5+67.5+50)m 和(50+70+50)m，梁高分别采用等高2.5m、2.8m 和2.5m。梁体截面采用单箱多室形式。

本文钢箱梁吊装以Z006～Z009（跨同协路）钢箱梁为例，其中Z006～Z009第三联钢箱上跨同协路，均为全焊接结构，采用单箱五室结构，端部梁高2.0m，中心梁高2.5m，梁宽24.9m，总重约2540t。钢箱梁桥面板采用正交异性板，钢材材质为Q345qC。

钢箱梁最重节段为TXL-C1,重量为126.28t，外形尺寸为33.75m*5.04m*2.8m。分段示意图如下：

2 钢箱梁吊装总体方案

根据钢箱梁吊装基本情况及现场吊装场地条件，确定钢箱梁总体吊装方案如下：

钢箱梁总体吊装方案：钢箱梁分段运至施工现场后，采用两台260t汽车吊抬吊进行安装，将单节段钢梁吊装到现场搭设的临时支墩上进行拼装作业；钢梁拼装临时支架采用自制支墩进行搭设。钢箱梁拼装时，采用全断面焊接进行连接。

3 钢箱梁吊装前的准备工作

正式吊装前，完成对作业班组的技术交底工作，并在施工现场进行以下准备工作：

(1)现场材料和机具到位后，根据工点变压器位置布设好施工及照明用电线路。

(2)测量定位。根据测量控制点及本联分段状况，测量并标注好地样线(道路中线及分段线)，标明支撑体系的安装点位。

(3)根据吊装工序安排，事先确定好吊车的停靠位置，保障安装需求。

(4)设置好围挡，布置好道路交通警示牌。

(5)现场监管人员、交通协管员到位。

4 吊点设置及节点详图

（1）钢箱梁吊点选择及吊耳的布置

每一个钢箱梁按照一个刚体简化，计算确定构件的重心，并在梁体上布设4个吊点，具体吊点布置见下图：

吊耳布置立面示意图

吊耳布置横断面示意图

吊耳的布置尽量选择在横隔板或直腹板上。吊点设置不对称时，在配备钢丝绳时，长度适当调整，保证起吊后能保持钢箱梁的平整。

（2）吊耳详图

吊耳采用Q345B材质钢板，厚度25毫米；详图如下：

吊耳详图

（3）钢箱梁吊耳验算

①受力分析

把每个分段简化为一个刚体，分段最大重量126.28t，设置4吊点，则每个吊点最大受的自重为31.57t，钢丝绳与水平夹角按67°考虑，受力分析如下：

根据平衡原理：在直角坐标系建立方程ΣFy=0

G=Ly=31.57x10³x10=315.7x10³N

L拉=Ly/sin67°=315.7x10³/0.921=342.8x10³N

②吊耳计算

=36.06N/mm2＜ =1.0×200=200N/mm2 满足（直接承受动力荷载， ）

=15.31N/mm2＜ffw=170 N/mm2满足

=39.18N/mm2＜ffw= 200 N/mm²满足

为正面角焊缝的强度设计增大系数。

③竖板边缘抗剪强度计算

由《钢结构设计规范》（GB50017-2017）中公式

=80.43N/mm²＜fv= 170 N/mm²，满足要求。

④综上所述，吊耳强度满足相关规范要求。

5 钢丝绳选用

(1)钢丝绳选用

按照施工总体方案，钢箱梁最大重量为126.28t，拟选用直径为64mm强度极限为1870N/mm²的钢丝绳6×37+1钢丝绳，单根长度3.5m，共4根。

(2)钢丝绳安全验算

①钢丝绳受力分析

把每个分段简化为一刚体，最大起重量为126.28t计算，每一吊耳受的自重为31.57t计算，钢丝绳选用ø64，L=3.5m，根据吊点布置图，钢丝绳与主梁及拱肋的夹角67°,受力分析如下：

丝绳布置示意图

②根据平衡原理：在直角坐标系中建立方程ΣFy=0

G=Ly=31.57x10³x10=315.7x10³N

L拉=Ly/sin67°=315.7x10³/0.921=342.8x10³N(钢丝绳拉力)

③吊装钢丝绳选择

钢丝绳允许拉力[Fg]=ΔFg/K

Δ-不均匀换算系数(6x37钢丝绳结构，取Δ=0.82)

Fg-钢丝绳破断拉力

K-钢丝绳的安全系数根据《建筑施工起重吊装安全技术规范》（JGJ276-2012）相关规定选取，原文如下：

选用6×37直径为64mm，钢丝强度极限为1870N/mm²的钢丝绳作为钢构件的起重绳，查表得：钢丝绳最小破断拉力为2730KN。

2730×0.82/342.8=6.53>6，满足要求。

6 施工场地布置

（1）现场施工平面布置

①本工程位于杭州市江干区艮山东路地面沿线道路，交通运输条件十分便利，地基为已建成道路，地基承载力有保障。

②施工时，同协路交通封闭，机动车道与施工现场进行临时围挡隔离。

③钢箱梁进入施工现场时，可在施工区域内临时停放。

④吊装机动车道一侧钢箱梁时，需将临时围挡拆除，待钢箱梁吊装完毕后，重新安装。

⑤同协路钢箱梁现场施工平面布置示意图如下：

同协路钢箱梁现场施工平面布置示意图

同协路钢箱梁现场施工立面布置示意图

（2）开挖处硬化要求

开挖处平整后铺设1m厚塘渣，并分三层夯实。

（3）汽车吊吊装时采用路基板补强（2.4m×2.4m）

（4）开挖后吊装场地基础承载力验算

①260t汽车吊支腿最大受力计算：

根据汽车吊临界工况，所有重量由三个支腿受力，示意图如下：

G为汽车吊自重、配重及起重物体的重量。260t汽车吊吊装时，自重72t，配重85t，钢箱梁最重约126.28t，则支腿最大受力为0.5×（72+85+126.28/2）=110.07t。支腿底部设置2.4m×2.4m路基板。

②路基板承载力

P=N/A

N—支腿传至路基板顶面处的轴心力

A—路基板受力面面积，A=5.76m²

则有：P0= N0/A = 127.17×10³×10÷（5.76×10³×10³）= 0.221N/mm²=0.215MPa

本工程路基板的抗压强度为215 N/mm²

由P0= 0.221MPa＜［σ]= 215MPa ，所以路基箱板承载力能满足施工要求。

③塘渣层地基承载力

在实际施工过程中，开挖后的地基处理平整后铺设1m厚塘渣，并分三层夯实。压实后的塘渣层需进行地基承载力试验（静载试验），要求地基承载力≮300 Kpa，否则重新压实处理直至达标。

路基箱板传至塘渣层，受力面积不变，则有：P0=N0/A=127.17×10³×10÷（5.76×10³×10³）= 0.221N/mm²=0.221MPa

经处理后的塘渣层要求地基承载力容许值[fa0]=300Kpa

由P0=0.221MPa＜［σ]=0.30MPa ，所以处理达标的塘渣层承载力能满足施工要求。

④结论：

综上所述，处理达标的地基承载力满足施工要求。

7 钢箱梁吊装施工

以同协路钢箱梁C节段为例，采用2台汽车吊进行吊装，说明吊装过程；其余的分段吊装方法相同，不再累述。钢箱梁分块吊装时， 吊装顺序如下：

C节段吊装：C1→C2→C3→C4→C5

（1）C1分块作业车辆就位及钢箱梁起吊

①汽车吊在吊装前，必须将吊装场地进行硬化处理并加垫钢制路基板。

②按照吊装示意图站位将汽车吊停放后，根据其起重能力，复核吊装回转半径，确保吊装作业要求。吊车定位确定后，单机起吊钢箱梁，钢箱梁吊起高出运梁车30～50㎝时，静置10分钟，观察是否存在不安全因素。

C1吊装平面图

C1吊装立面图

（2）临时固定、调平

①吊装前，采用经纬仪确定钢箱梁的定位边线、定位线以及支座中心，并在临时胎架顶部横梁设置限位块；采用水平仪测量出钢箱梁底标高和胎架顶部横梁顶标高，将钢箱梁搁置在临时支墩上。所有的梁段两端都必须系挂溜绳，以人工控制梁段的转向。

②汽车吊将钢箱梁缓缓降至临时支墩上方，至搁置点约3cm时，使钢箱梁慢慢向限位块靠拢。达到正确位置，待落位可靠后，进行校正及临时固定工作。

③用钢板在已浇捣好的混凝土支墩上或混凝土桥梁端部作临时固定点，吊装好第一节段后配合全站仪测绘点作为端部临时固定点。

（3）C2分块吊装

①前期汽车吊起吊等工作同C1分块吊装。

②由于C2分块的刚度与C1分块不同，其落位后的挠度也不一样。为了防止落位后挠度不一致。吊装就位后，采用分阶段松钩的办法进行解决，直到松钩结束。

（4）C2分段临时固定、调平

①吊装前，应采用经纬仪测量出钢箱梁的定位边线、定位线以及支座中心，并在临时胎架顶部横梁设置限位块；采用水平仪测量出钢箱梁底标高和胎架顶部横梁顶标高。按规范允许偏差要求，复核设计要求后，才能进行吊装，将钢箱梁搁置在临时支墩上。所有的梁段两端都必须系挂溜绳，以人工控制梁段的转向。

②汽车吊将钢箱梁缓慢下落到支座上方搁置点约3cm处时，使用2个10t的手拉葫芦对钢箱梁的轴线和横向进行微调，缓缓落位，同时利用2个25t的手拉葫芦对钢箱梁强力牵引，务必使其达到正确位置，待落位可靠后，进行校正及临时固定工作。

③在C2节段吊装时，根据设计要求的缝口尺寸，采用限位马板作好衬垫固定，专用焊接用马板定位牢固，确保中心轴线的准确性。

现场拼装时必须配备足量的马板，马板厚度为 14～28mm，且与构件板厚基本相当，马板布设间距约50～80cm之间。

马板安装示意图

④采用支撑三角钢板阻止横向位移，且误差必须控制在中心线±1～2mm以内。

⑤吊装时，利用已固定的箱体，用25t的手拉葫芦进行纵向位移微调，调整好后用马板定位固定。

手拉葫芦微调示意图

（5）其它分块吊装

吊装方法同C2分块吊装。

（6）起重吊装指挥

起吊时，由专人在高处负责指挥。吊装作业人员必须持证上岗，司机与指挥人员吊装前应相互熟悉指挥信号。

（7）检查验收

每个分段吊装、校正完成后，经监理工程师验收合格，方可进行组焊，并在组焊过程中及时进行测量复核。

（8）Z006～Z009钢箱梁吊装安全验算

①汽车吊最不利工况分析

汽车吊在起吊及就位工况下各单元吊装工作基本信息如下：

吊装单元	吊装高度（m）	最大工作半径（m）	起重量（吨）	备注
C1	14.68	9.667	63.14
C2	14.68	10.812	55.1
C3	14.68	7.856	53.5
C4	14.68	10.899	54
C5	14.68	9.94	53

综合上述吊装方案，吊装过程中，汽车吊吊装最大起重工况为吊机吊装C1起吊工况，该工况下起重量为63.14t，工作半径为9.667m（按10m进行验算），吊装高度需大于14.68m。汽车吊吊装最大工作半径为吊机吊装C4就位工况，该工况下起重量为54t，工作半径为10.899m（按11m进行验算），吊装高度需大于14.68m。

根据吊装工况现状，选择QAY260全液压汽车吊进行双机抬吊。

②260汽车吊安全验算

260t汽车吊吊装最大起重工况为吊机吊装C1起吊工况，该工况下起重量为63.14t，工作半径为9.667m（按10m进行验算），吊装高度需大于14.68m。汽车吊吊装最大工作半径为吊机吊装C4就位工况，该工况下起重量为54t，工作半径为10.899m（按11m进行验算），吊装高度需大于14.68m。

最大起重工况起重量验算：查260t汽车吊性能表，支腿全伸，挂设85t平衡重，27m主臂，10m工作半径，额定起重量为88t。考虑到双机抬吊乘0.8的系数，吊钩及钢丝绳重2t。

88×0.8=70.4t>63.14+2＝65.14t，性能满足要求。

最大起重工况起重高度验算：限位高度1m，吊索具高度1.5m，吊钩高度0.5m，安全距离0.3m，钢箱梁最高吊装高度为14.68m，钢丝绳长度3.316m，吊车回转半径至地面高度1.5m，就位时，吊车工作半径4.65m，260t汽车吊垂直吊升高度为26.596m。

吊装高度：26.596-14.68-3.316=8.6m>3.3m(限位高度+吊索具高度+吊钩高度+安全距离)。因此起重高度满足要求。

最大起重工况立面示意图

③最大工作半径工况起重量验算

查260t汽车吊性能表：支腿全伸，配重85t，主臂长度27m，工作半径10m，得额定起重量为88t， 工作半径12m，得额定起重量为66.2t。按照直线内插法计算，工作半径为11m时，额定起重量为77.1t。考虑到双机抬吊乘0.8的系数，吊钩和钢丝绳重2t。

77.1×0.8=61.68t>54+2＝56t，性能满足要求。

④最大工作半径工况起重高度验算

限位高度1m，吊索具高度1.5m，吊钩高度0.5m，安全距离0.3m，钢箱梁最高吊装高度为14.68m，钢丝绳高度3.316m，汽车吊回转半径至地面高度1.5m，260t汽车吊垂直吊升高度为24.66m。

24.66-14.68-3.316=6.664m>3.3m(限位高度+吊索具高度+吊钩高度+安全距离)，因此起重高度满足要求。

最大工作半径工况立面示意图

8 结束语

本次在既有通行市政道路上对钢箱梁进行吊装施工，通过现场勘查确定吊车工况。对汽车吊、钢丝绳、吊耳及地面承载进行验算，均满足现场施工需要，在今后类似工程施工中可用于参考和借鉴。

参考文献

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