大跨度钢横梁起重吊装方案设计及安全控制

1 工程概况

太原至焦作铁路工程太原南至晋城东（含）段高平跨207国道特大桥，桥墩为钢横梁、钢筋混凝土立柱框架墩，框架墩钢横梁跨度均为26m，其中，216、217、219、220号框架墩与线路斜交，213号墩与线路正交，框架墩上部梁型为24m双线有砟预制简支箱梁。钢横梁采用箱型截面，其中,梁高为3.0m，梁宽为4.4m双箱室型钢横梁与梁高采用3.5m，宽高为3.0m单箱式钢横梁2种形式。钢横梁内部采用竖向加劲肋与水平加劲肋加强，并设置隔板，间距为2.0m，以此提高横梁的整体稳定性。框架墩为2.8m×2.8m等截面立柱，墩柱采用C40混凝土，钢混结合段采用C40补偿收缩混凝土，横梁采用Q345qE，箱体内设置材质为ML15，规格φ22mm×150mm的剪力钉。

2 施工难点

受运输条件限制，在运输过程中，将每个钢横梁分成3个节段，分段位置避开支座位置。又高平跨207国道特大桥钢横梁上跨207国道，钢横梁必须整体吊装。大多数钢横梁总重在190t以上，自重大，跨径长。且吊装高度达到15m，对吊机的选用要求更高。需要进行严密的施工组织设计，并配合相应的安全措施。现场施工总体思路为：厂内分节段整体制造→分节段运输→现场对接成整体→起重吊装。

3 施工准备

3.1 钢横梁进场及拼装

现场胎架采用混凝土扩大基础，基础上布置工字钢及垫板用于调节预拱度。40a工字钢及垫板材质选用Q235B，基础为2m×5m，高度0.5m的钢筋混凝土条形基础。

胎架基础的处理方式分采用混凝土独立基础。混凝土基础施工前先清理表面浮土，采用压路机压实，铺装100mm厚度的碎石，然后浇筑混凝土基础。

根据地质勘探报告，施工区域地面为粉土，承载力σ=120kPa。混凝土基础拟采用截面尺寸2m×5m、高度为0.5m的钢筋混凝土基础，每个基础承载力为1 200kN，基础支反力最大为P=500kN≤F，满足承载力要求。每根工40a下布置3个400mm×400mm、厚度20mm预埋钢板，预埋钢板与钢筋网片并焊接。工40a与预埋钢板焊接10mm角焊缝连接，墩台混凝土强度等级为C30，支墩顶部及底部布设钢筋网片。

根据设计线型的要求调整胎架支点的高度，进行预拱度调节。高度调整主要采用各种厚度的钢垫板实现，预先准备厚度3～20mm不等，宽度50mm的钢板条若干，加垫板到位后将垫板焊接在工字钢上。

3.2 吊耳选用

3.2.1 吊耳强度计算

钢横梁的吊点布置在普通隔板上方，吊点间距16m左右，以减小钢丝绳夹角。钢横梁节段装车、卸车用吊点选用材质为Q345qD的钢板制作吊耳，根据钢梁吊装重量大小，选用以下规格的吊耳（见图1）。

图1 吊耳详图

横梁最长节段长度11.67m，节段质量75t，吊装时钢丝绳与钢梁顶面夹角为θ=60°，吊装安全系数取值2.0，每个吊点承受竖向拉力 F=750×2÷4=375kN；则水平剪力 T=F/tanθ=

216.5 kN；钢丝绳承受拉力 P=F/sinθ=433kN[1]。

吊耳孔强度根据拉曼公式见式（1）。

计算可得式（2）。

式（1）和式（2）中，K为动载系数，1.1；P为钢丝绳承受拉力，433kN；δ为耳板厚度，58mm；d为孔直径，80mm；R 为孔外径，125mm；r为孔内径，40mm。

耳板孔强度满足要求，同时对吊点强度进行校核，吊点拉应力为295MPa，剪应力为170MPa，由于焊缝强度设计值与钢材一致，而吊点与面板焊接采用全熔透焊接外加6mm贴角焊缝加强，焊缝强度完全可满足受力要求，仅对焊缝进行折算应力计算。经检算，所选用的吊点可用于所有节段的吊装作业。

3.2.2 钢横梁节段吊耳布置

每一分段的钢横梁按一刚体简化，吊装的节段为非对称结构，重心位置采用三维软件进行计算得到，吊耳设在面板上，每个节段安装4个吊点，吊点与腹板和横隔板结构相交对应位置。不在主隔板上方的吊耳，需对焊接吊耳处进行加固，安装吊点时耳板应与钢丝绳投影线重合。吊耳布置如图2所示。

图2 吊耳布置图

3.3 钢丝绳选用

吊装工程最大起吊质量为199.5t，依据上文所述吊点位置进行吊装，即采用8根钢丝绳的8点吊法，通过调整钢丝绳长度控制钢丝绳夹角，使其夹角为60°左右。钢丝绳直径依照规范按式（3）和式（4）确定。

式（3）和式（4）中，d为钢丝绳最小直径，mm；C 为选择系数，mm/N1/2；S为钢丝绳最大工作静拉力，N；g为重力加速度，9.8m/s2；G为构件的自重设计值，kN。

由上式所得，吊装时钢丝绳选用：60NAT6×55SWS+IWR1870，即直径为φ60mm外表面为光面6×55mm瓦林吞西鲁式钢丝绳芯，公称抗拉强度为1 870MPa。依照上述方法确定钢丝绳直径后，验算其破断拉力，所选钢丝绳钢最小破断拉力F0=2 400kN＞1 663.5kN，满足要求。

3.4 吊车处基础验算

采用2台QAY500t汽车吊和1台徐工QAY260t汽车吊吊装。其中，QAY500t汽车吊质量约280t（含超起配重及附件），考虑不均衡性，1台吊机吊装按最大100 t计算，路基板选用规格为2.5m×3.5m，受力面积35m2，表层粉土承载力σs=120kPa，承载吊机的地基压力 σ=1.2×3800÷35=131kPa≥σs=120kPa，不满足安全系数为1.2的要求，需对吊机支腿范围进行基础处理。首先，对原粉土地面进行压实，然后填200mm厚碎石压实，最后为保证吊机运行平稳，要求地基承载力≥200kPa[2]。

4 钢横梁整体吊装

1）做好吊装前的准备工作，在框架墩台上做好每一分段的横向与纵向定位轴线标识，之后安装好限位。起吊后，依据所标标识吊装就位。

2）吊装时应按照公路部门要求进行交通管制。

3）开始吊装前首先要进行试吊，将组装好的钢横梁吊起后离地面20cm，静止状态摆放30min后，再在作业半径内旋转30min。试吊过程符合稳定要求后，开始正式吊装。

4）吊装时，对吊机吊杆长杆进行调整，为钢横梁就位时工作半径为宜，避免作业过程中因回转半径较大与桥墩发生碰撞。钢横梁从胎架吊升至安装高度后方可移动，并用φ20mm白棕绳拉好限位，避免移动过程中与桥墩结构等发生碰撞。就位后，将钢横梁缓慢落下，并尽量使钢横梁靠近预先投射的测量控制点。在梁段边线处安装导向板，使用再利用倒链及千斤顶进行就位，松钩前将临时定位卡固定好。控制好初次安装钢横梁得位置，避免后续找正过程有较大位移。

5）吊装过程中，应确保各吊点均匀受力，可以用10t倒链进行辅助调节，以利于控制钢横梁的安装就位。安装就位后采取措施定位好接口，避免松钩后还需再行处理。

6）对钢横梁位置找正后，再次测量其位置信息，控制钢横梁安装位置的准确性。安装尺寸、标高、线形等核准后方可进行与墩台套箱的施焊工作。

5 吊装过程安全控制措施

1）在起重作业前，起重机司机对机械设施进行检查，确保装置正常使用，严禁起重机带病运行。

2）起重机司机与现场指挥人员需密切配合，一切操作行为必须有指挥人员的信号指挥，操作前必须鸣笛示意。

3）起重机只能垂直起吊，严禁拖拽起吊钢横梁，避免侧载倾覆。

4）控制起重吊臂的左右旋转角度在45°以内，提升钢横梁应平稳进行，避免震动摇摆。吊装过程结束后，备稳定方可解开吊索。

5）严禁起重机超载使用，使用2台起重机执行起吊工作时，必须预先设计起吊步骤，并由专人指挥，两台起重机的以同样速度升降。

6）作业时，应保持起重机吊臂仰角＞30°，吊有载荷时，应避免起重机吊臂变幅，禁止在吊荷情况下变换操作杆[3]。

7）在起吊钢横梁前，应先进行吊车试吊，吊离地面≤0.2m，检查起重机的稳定性和制动器等是否灵活和有效，在确认正常的情况下方可起吊运行。

6 结语

综上所述，高平跨207国道特大桥采用厂内分节段整体制造→分节段运输→现场对接成整体→起重吊装这一施工思路，提高了施工速度，并从吊装设备选取、施工准备、钢横梁整体吊装几个方面详尽分析了钢横梁吊装过程，证明了这一起重吊方案的可行性，提出吊装过程的安全控制措施，确保了这一过程的安全性。