桥梁工程预制板梁吊装专项施工方案.pdf

87桥梁工程预制板梁吊装专项施工方案贾 磊（中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津 301700）2023 年第 4 期（总第 225 期）散 装 水 泥Bulk Cement作者简介：贾磊（1982-），男，河北满城人，本科，工程师，研究方向：土木工程。摘 要：吊装前的施工技术方案和力学计算在吊装中起到了非常重要的作用，它不仅可以避免吊装过程中出现的不安全问题，而且可以通过合理的施工方案和设备选型来加快施工进度、节省施工成本。文章结合工程实例，通过对单个桥梁的吊装力学计算，研究验证单台起重机吊装的安全可行性，以期为此类工程的施工提供理论依据和工程经验，并达到工程指导的目的。关键词：预制梁板吊装；地基承载力验算；吊装验算中图分类号：U445文献标识码：B文章编号：1007-3922（2023）-04-0087-04预制梁板的吊装是桥梁工程施工中比较常见的施工工序，将预制梁板通过专业吊装施工吊运到桥墩盖梁上，再进行桥面施工，最终完成整个桥梁工程。常用的架梁施工方法主要有架桥机吊装、2 台或多台起重机同时抬吊和单台起重机吊装3种，它们都有自己的特点，适用于不同的工况。考虑现场施工条件和经济性，通过比较可得出，采用单台起重机吊装是最普遍的施工方法。现以河道工程中跨河桥预制梁架设吊装方案为例，通过对地基承载受力、抗倾覆能力、吊车各关键受力点进行验算，验证单台起重机吊装施工的可靠性。1 工程概况北京市房山区夹括河治理工程第二标段位于房山区周口店镇黄山店村及拴马庄村境内，需要架设预应力空心板梁拴马庄 1#桥（河道桩号K9+886），所处河道为东西走向。该桥下部为扩大基础设计墩（台）结构，桥梁上部结构为预应力空心板梁，预应力空心板梁委托北京东霖水泥制品厂负责制作及吊装就位。表 1 为预应力板梁吊装工程量。表 1 预应力板梁吊装工程量部位单片空心板梁主要尺寸全桥工程量长/m宽/m高/mC50 混凝土/m3钢筋、钢绞线等重量/t数量/片总重量/t边梁 16 1.24 0.810.72.2428.95中梁 16 1.24 0.88.71.87423.62 备注：C50 混凝土按 2.5t/m3考虑。2 梁板运输和机械设备选用2.1 主要运输机械设备（1）半挂重型牵引车牵引车型号华菱驱动形式64牵引车自重/t9.05发动机功率/kW336外型尺寸/m6.6512.483.6准牵挂总质量/t35（2）重型平板半挂车挂车型号环达总质量/t4.9核定载质量/t60外型尺寸/m16.13.21.782.2 其他车辆及料具类别型号数量备用牵引车北方奔驰1 辆工程指挥车面包车1 辆吊索具=48mm L=16m2 根倒链3t24 个2.3 梁板运输梁板运输采用单台吊车将梁板平稳放落在平板车上，吊车提升时要平稳，不能运转过猛，梁板在平板车上就位后要固定牢靠，待检查确认后才能运走。运输中用方木等作为支撑，梁板要支撑稳定，防止产生过大负弯矩，避免梁板在运输过程中断裂损坏。运输车辆在转弯、掉头时要预先选好路面平整、满足回转半径要求的地段行进，遇不平整或较大斜坡路段，能绕行就绕行，必须通过时应预先修整，防止车辆倾覆。运输时要特别注意：（1）梁板的固定点位置应与安装时的支撑点No.4,2023Serial.No.22588相同，保证梁板运输时的受力正确。（2）通过交叉道口时要安排专人预先指挥交通，保证交通秩序安全。（3）安排专人护送运输车队，前后都要安排引导车观测路况和车队状况，避免发生意外。3 吊装机械设备的选用3.1 单机吊车的选择该案例单座桥的吊装工程量总共 8 榀 16m 长空心板梁，安装用时不会很长，1 个工作台班完全满足作业时间，故拟选用汽车吊吊装施工。现有通行道路为既有道路且通行能力较好，桥下停机面地质条件好，不用处理就能满足汽车吊施工要求。由于作业半径较大，为避免吊装过程中再移动吊车位产生二次吊装，综合考虑吊装方法采用较大吨位且起重臂较长的汽车吊单机吊装。3.2 作业吊车的选择经比较，用 16m 的较重边梁数据进行验证，如果受力满足，那么中梁也就能满足受力。本桥的 8 片梁都计划用汽车吊单台安装。（1）计算起重力 Q。QK Q1+Q2 （1）式中：Q超重力（t）；K安全系数；Q1桥边板重（t）；Q2用的索具重（t）。Q1=28.95t、Q2=2.0t、K 取 0.8，则：Q0.8 28.95t+2.0t，Q 38.7t，即 起 重 力 不 能 小 于38.7t。（2）计算起重高 H。H H1+H2+H3+H4 （2）式中：H起重高，吊钩到停机面距离（m）；H1安装支座表面高，安装支座表面距离停机面高（m）；H2视现场情况定，安装间隙取0.20.3m，这里取 H2=0.3m；H3构件起吊后绑扎处距离底面高（m）；H4索具全高（m），绑扎处距离吊钩高（m），根据实际状况定。H1=84.862m-81.081m=3.781m，取值 3.8m；H2=0.3m；H3=梁高 0.8m+吊环高度 0.1m=0.9m；H4=（16m2-1m）tan45=7m。则：H 3.8m+0.3m+0.9m+7m，H 12m，即起重机的起重高不能小于 12m。（3）计算起重臂长 l。l（H+h0-h）/sin （3）式中：l起重臂长（m）；H起重高（m）；h0起重臂顶距离吊钩底面高（m），本处取10m；h停机面至起重臂底铰距离（m），本处取 1.5m；起重臂仰角一般取 60 77，本处取 60。则：l（12m+10m-1.5m）/sin60=23.67m，选用起重机的起重臂长度不能小于 23.67m。（4）根据场地大小、桥梁尺寸、运梁车停放位置，实际汽车吊的工作半径 R=12m，综合以上3 点考虑和起重机工作特点，比较吊车性能表，1台 160t 汽车吊即可满足施工需求。3.3 地基承载力验算施工现场吊装位置的地质为中密-密实卵石层，为了避免吊装过程中吊车的各支撑点产生不均匀沉降，需在吊车 4 个支腿下铺长和宽均不小于 2.5m、厚度大于 4cm 的方钢板，分散集中应力。吊装前用梁板的总重量验算地基承载力，满足后才能吊装梁板。验算地基承载力后，对现场地面要钎探检测，看实际承载力是否符合作业要求。在首片梁板起吊时，要观察地基有无异常沉降，若有则立即停止施工并采取措施，使地基达到承载力的要求，保证安全后再吊装梁板。整台吊车的重量仅有 3 个支腿支撑（含自重和荷载重量），是汽车吊工作时最不利情况，即：F=（Q+G）3 （4）式中：Q汽车吊自重，采用 160t 吊车的车体 71t，工作时配重 45t，小计为 116t；G汽车吊最大荷重（额定荷重），最重边板自重为28.95t，即 Q1=28.95t，另加上索具重量 Q2 2.0t，合计为 Q1+Q2=30.95t。则：F=（116t+30.95t）3=48.98t=48 980kg。汽车吊对路基的压强应为：P支腿=FS （5）式中：S支腿着点面积，采用 2m2m 钢垫板，S=2m2m=4m2。则：P支腿=48 980kg4m2=12 245kg/m2=122 450Pa=122.45kPa，即 160t 汽车吊在工作时的地基承载力要求是不小于 122.45kPa。因为汽车吊停机面所处的地质为中密-密实卵石层，此处地基承载力基本容许值 fa0=500kPa，P支腿 fa0，故满足吊装要求。3.4 索具、卡环等工具的选择根据吊物选择吊装所用钢丝绳。计算钢丝绳要受到多少拉力，根据拉力选钢丝绳直径。确定了起吊重量，钢丝绳与铅垂线夹角 a 越大，锁具受拉力值就越大。（1）计算板梁的总重量，以计算较重 16m板梁边板来验算。G总=G混凝土+G钢 （6）16m 梁边板用 C50 混凝土 10.7m3，按单位重量 2.5t/m3换算。89 G混凝土=mg （7）m=10.7m32.5t/m3=26.75t=26 750kg；g=9.8N/kg，为方便计算取 10N/kg。则：G混凝土=26 750kg10N/kg=267 500N=267.5kN。16m 空心板梁边板的钢绞线、钢筋重量是：钢 绞 线 334kg、一 级 钢 筋 427kg、三 级钢筋 1 438kg。G钢=mg （8）m=427kg+1 438kg+334kg=2 199kg；g=9.8N/kg，为方便计算取10N/kg。则：G钢=2 199kg10N/kg=21 990N=21.99kN。G总=G混凝土+G钢=267.5kN+21.99kN=289.49kN。若钢丝绳受力后保证性能安全可靠，需要使N P安。N=K1Gn1Sin （9）式 中：N 每 根 钢 丝 绳 索 具 的 受 拉力（kN）；G 梁 板 质 量 一 半 的 重 力，267.5kN2=133.75kN；n吊索根数，取2根；吊索钢丝绳与板梁水平夹角，取 45；K1吊装时动载系数，取 1.2。则：N=1.2133.75kN21Sin45=113.49kN。P安=PK2=SiK2 （10）式中：P钢丝绳的破断拉力（kN）；K2吊索钢丝绳的安全载重系数，取 4；Si查钢丝绳规格表，对应钢丝破断拉力的总和（kN）；钢丝捻制可能是不均匀的，折减安全选择系数，如果选 637 钢丝绳，=0.82。拟选用 637 钢丝绳，钢丝绳直径 43mm，公称抗拉强度 1 870N/mm2。Si=公称抗拉强度钢丝总断面积s（mm2）=1 870N/mm2637（2.0mm2）2=1 304 200N=1304.2kN。P=Si=1 304.2kN0.82=1 069.4kN。则：P安=PK2=1 069.4kN4=267.4kN。N（113.49kN）最大拉力 N（113.49kN）。因此，此次选择 17.5 型卡环能满足拉力的要求。3.5 验算抗倾覆能力为保证工作状态时的稳定安全，验算抗倾覆能力，计算稳定力矩是否大于倾覆力矩。以 16m边梁为验算对象，查起重机设计规范可知：KgMg+KqMq+KwMw 0 （11）式中：Kg自重加权系数，取 1；Kq起升荷载加权系数，取 1.15；Kw风动载加权系数，取 1；Mg、Mq、Mw分别为汽车吊自重、起升荷载、风动荷载对倾覆边的力矩（Nm），Mg=Qa、Mq=G（R-a）、Mw=Wh合。图1为预制板梁吊装起重机工作时受力示意图。图 1 预制板梁吊装起重机工作时受力示意图图 1 中：Q汽车吊自重，车体 71t，工作时配重 45t，小计为 116t；G起升物重量，单机作业，取 28.95t；W风动载，按起升物重量的 20%考 虑，即 G0.2=28.95t0.2=5.79t；a汽车吊重心至支脚倾覆支点的距离，支腿全伸8.5m，故 a 取 4.25m；R汽车吊工作半径，最大取 12m；h合风动载合力点高度，h合=H1+H2+H梁2=3.8m+0.3m+0.8m2=4.5m。KgMg+KqMq+KwMw=1Qa-1.15G（R-a）-1Wh=116 000kg4.25m-1.1528 950kg（12m-4.25m）-15 790kg4.5m=208 928.125Nm 0。故稳定性满足要求。但为了施工安全，仍要注意吊装作业当天的天气情况，最好是晴朗天，风力在 3、4 级以下，5 级以上大风阴暗天气影响观察，不要进行吊装作业。4 安全注意事项（1）吊装时要平稳安全起落，低速平稳运行，不能忽快忽慢，防止碰坏板梁的边角。（2）吊装时要降效 20%载荷工作，保持稳定安全吊装，就位须配置牵引绳控制板梁的方向。（3）施工机械设备必须符合国家标准规定，（下转第 92 页）92多的地方，一般要求不超过 1015m 设 1 根。随后，将模件按照砌块、瓷砖高度组合后，插入组合好的标准杆内部，通过背后灰缝调整拨杆调整灰缝达到设计要求。当墙体设有洞口、二次结构、斜蹬砖或需要使用非标准砌块、瓷砖收口时，采用补充件配合模件调整模数，调整补充件中连杆形成的伸缩结构的高度，调整过程中滚轮沿标准杆内侧壁上下滑动，调整完毕后拧紧固定旋钮，对补充件的高度进行固定。全部组合完毕后，作业人员根据杆体上的标识挂线砌筑或镶贴。同高度、同模数墙体调平后可继续使用；当高度发生改变时，调整标准杆后继续使用；当模数发生改变时，在标准杆内局部调整模件或灰缝宽度后，可以继续使用。整体操作不仅提高了施工效率、方便快捷，而且有效降低了对传统皮数杆的损耗和浪费。砌筑过程应采取必要的新型皮数杆防污染和成品保护措施。当墙体施工完毕后，回收所有新型皮数杆标准件、模件、连接件和补充件。运输过程应轻拿轻放，除去表面污染物并分类码放保存，可多次周转重复使用。4 结语综上所述，一种可重复使用组合式新型皮数杆通过连接件上设置的强力磁铁能快捷地将杆体固定于钢筋混凝土竖向结构上，操作方便。通过组合标准杆，可满足任何高度的墙体砖皮数和砖缝厚度，以及门窗洞口、过梁、圈梁、楼板梁底、配电箱、预埋件和镶贴工程等标高位置的标志需要，通用性好，不仅提高了作业工人的施工效率，而且有效降低了对传统皮数杆的损耗和浪费，实现科技创新赋能企业高质量发展，具有较高的使用价值和社会效益。参考文献：1 翟 银 华.砌 墙 不 要 忘 了 立 皮 数 杆 J.建 筑 工人,2015,36(07):7.2 洪朝辉.房屋建筑中砖砌体施工技术研究 J.江西建材,2021(04):217-218.3 傅 万 滨.砌 体 灰 缝 厚 度 的 解 析 J.华 夏 星火,2005(05):127-128.4 毛国江,李平,朱明.怎样制作、安放皮数杆 J.基建优化,2007(01):125-126.5 赵 刚,邓 军 生.皮 数 杆 趣 谈 J.建 筑 工人,2015,36(02):38-41.使用前必须进行全面检查，保证机械性能良好，安全防护装置齐全、灵敏、有效。（4）开始时先试吊，起吊 510cm 时要停吊检查（主要查索具、钢丝绳、支腿是否牢固等），如果没有问题再继续工作。（5）施工前检查各吊索具设备，符合安全要求才能用，否则立即更换，杜绝使用不安全设备。（6）在吊装作业范围内，适当扩大安全范围，排除其他障碍物，尤其是与现场高压线保持安全距离。（7）现场地面要平整结实，预先夯实松软土层并给支腿底部钢板加垫木，必要时采取换填基础处理，保证吊装过程安全。（8）施工前标识出桥梁中线、墩台中线、板梁支承中线和盖梁端线，用来校核安装过程的辅助线，同时标识板梁端的竖向中线和板梁安装的就位控制线。（9）预制板梁安装就位后，立即安排人员分别对板梁两端的位置进行质量控制和验收，发现位置偏差立即纠正，位置准确后再摘钩吊装下一片梁。5 结语根据现场的施工条件和板梁重量，选用 1 台160t 的汽车吊作业即可满足使用。汽车吊站位于桥下端河道内，运梁车由东向西进入施工现场，用吊车将板梁吊起，提升后运梁车驶离现场，吊车回转、变幅，到达位置后将板梁安装就位。本文从吊装安全的角度对吊装过程的主要受力进行测算得出单机吊装作业方案可行，安全有保障。这种广泛使用的吊装方法在对其他物品、构件进行安全测算时，只要将所吊重物重量进行换算，即可对吊装作业的安全进行检验，测算方便，推广使用对工期、成本有利。参考文献：1 李晋秋.试析桥梁工程中梁板的预制安装质量及安全控制要点 J.建筑工程技术与设计,2016(21):1569.2 张臣良.桥梁工程中梁板的预制安装质量及安全控制要点 J.建筑工程技术与设计,2016(10):1151.3 郭银龙.高压线下预制板梁采用双机抬吊的技术分析 J.建筑施工,2022,44(08):1984-1986.4 廖健凯,张学伟,邓志朋.预制板梁吊装设计与验算 J.四川建筑,2019,39(01):185-186+189.（上接第 89 页）