钢箱梁拖拉施工方案.doc

44m+62m+44m钢箱梁拖拉法架设施工工法
中铁十局第三建设有限公司
程龙先

1.前言
大跨度钢箱梁采用拖拉法实现跨越高速公路，保证其上部结构安全及高速行车安全，为我局以后类似工程的施工提供经验。拖拉法就是在吊装区设计墩孔处搭设钢管支架，在其上部放置贝雷架来实现钢箱梁的拼装焊接，在拼装区钢管支架区间设置滑动走行装置，钢箱梁焊接及检验后，利用拼装区拖拉机构牵引钢箱梁前行，至设计位置后微调、落梁并最终就位。在施工中组织技术攻关，经过工程实践后总结形成此工法，取得了良好的经济效益和社会效益。
2.工法特点
2.1确保钢结构各零部件的制造精度和焊接质量，把复杂的加工工序安排在厂内完成，可以简化现场组拼合焊接工作，提高钢箱梁的精度和焊接质量。
2.2钢箱梁拼装区与落梁区可进行分开施工，有利统一安排工期要求。
2.3钢梁架设及拖拉过程中，保障施工及人身安全，根除钢梁的架设作业对涉及范围内的交通安全隐患。
2.4拖拉滑动装置的成功使用，施工周期短，节约了设备投入，降低了大量的钢管支架，有较强的经济性和技术推广性。
2.5施工成本低，需用机具设备和劳动力少，大大提高了工作效率。

3.适用范围
适用于大跨度钢梁跨越江河水面、高速公路、铁路等通行不能中断情况下的架设、施工难度高等特殊情况的高速公路和铁路。
4.钢箱梁吊装及拖拉工艺原理
主线桥钢箱梁架设施工采用单向拖拉与支梁架设两种方式进行。钢箱梁中间跨采用拖拉法两次拖拉以实现跨高速公路。先在高速公路两侧搭设拖拉用支墩、下滑道支墩、焊接平台支墩、落梁支墩等，在中央分隔带位置安装下滑道支墩，各支墩顶部分别安放有贝雷架、滑道托辊、落梁千斤顶、横向位置调节装置、拖拉机构等。钢箱梁两边跨采用60t龙门吊将钢箱梁吊装到临时支架上架设。
钢箱梁节段（纵向共分为35个加工小节段）采用现场铺设60t拆装式龙门吊从桥轴线下方施工场地分别起吊安装到两端组焊支墩架上，拼装成整体拖拉节段，并且在支架上完成拖拉节段梁的焊接工作。中间拖拉梁长72m(从第11节到第25节，共15小节段)，两次拖拉跨越高速后，支承于8、9号支墩两侧临时支撑上并落梁定位，作为基准节，再直接采用两侧龙门吊同时拼焊两边跨节段梁（左右各10小节段）。主线桥拖拉示意图如下图所示。

5．施工工艺工艺流程及操作要点
5.1、施工工艺流程
安装工艺流程见5.1图所示。
场地平整、压实
临时支架设计、审核
临时支墩设计、审核
龙 门 吊 安 装
龙门吊轨道铺设
临 时 支 墩 施 工
临 时 支 架 制 作
临 时 支 架 安 装
拼装焊接第11～25节
拖拉过京珠高速公路
拆除临时支架、落梁
涂 装
拼装焊接第26～35节
拼装焊接第1～10节

5.1安装工艺流程图
5.2、操作要点
5.2.1、钢箱梁制作
钢箱梁分成若干节段制造出厂，在现场吊装后将节段焊接成桥。钢箱梁部分位于竖曲线内，为保证成桥后钢梁线型，中跨钢梁设预拱度，同时注意钢梁立面线型包括设计曲线和预拱度曲线两部分 ,因此工厂制造时应按两部分的叠加曲线进行。
5.2.2、钢箱梁的运输
由于汉蔡高速跨京珠段的地理位置，钢箱梁的制作分为厂内下料、加工坡口及板单元件的组焊，节段组焊，按工程进度由厂内专人负责指挥运输时间，运量与要求编队、配载，确认及吊装捆绑加固的发送工作，作好发运批次、批量、数量和到达工地时间要求等交接手续。考虑到运输对部件的损伤，堆放时采用打包和木质楔块隔离，防止运输变形。
5.2.3、临时支架基础处理和临时支架制作安装
5.2.3.1、临时支架的布置
主线桥左右两幅各布设13组临时支架（其中第6、8组为活动小车），主线桥临时支架布置见图下图。
5.2.3.2、临时支架的设计
根据临时支架的布置和整桥的载荷可以计算出每组临时支架的受力。每一组临时支架的基础都开挖出硬质原土层，按地质勘探报告，硬质粘土层的土壤强度达到0.15Mpa，土质没有达到强度要求的须用毛石换填。使其每个基础可受力510t。每一组临时支架设计为八根大于Φ426×6的钢管组成。各立柱钢管之间Φ159×6的钢管连接和做剪刀撑，见临时支架示意图。

临时支架的柱顶与钢箱梁之间设置滑动装置、两端部设置导向装置；临时支架的顶部牛腿安装贝雷架；每一组临时支架之间设置一组焊接平台；所有的焊接平台和临时支架全部用型钢连为一个整体，从而组成一个完整的组拼装大平台。
5.2.4、龙门吊安装
5.2.4.1、龙门吊选择。根据制作厂运来的钢箱梁段最大件重约35t，从而选用60t，33m跨，起升高度为17m的龙门吊。
5.2.4.2、龙门吊的布置。主线桥的7～8号墩之间和9～11号墩之间分别架设两台60t的龙门吊，其布置见下图。
4.4.2.2龙门吊及轨道布置图
5.2.5、滑道和导向装置设计
根据支架搭设布置位置和拖拉节段梁长度及安装位置，在各要受力临时墩面及中央隔离节支墩顶面布置滑道，滑道布置于钢箱梁两外侧腹板对压梁底，单幅梁左、右布置三列，同时由于钢箱悬臂拖拉头部下挠，因此，实际安装时托辊总成高低位可调。滑道为两个工字钢拼焊而成，在滑道上表面还设置不锈钢板和聚四氟乙烯垫板，使梁体和聚四氟乙烯垫板与不锈钢板之间滑动，用于减小拖拉时的摩擦力。
为保证钢箱梁拖拉时横向产生位移和安装对位，在各临时支墩组焊固定的横向微调支座，主要便于微调时提供千斤顶支反力，同时对钢箱梁拖拉偏移时起一定限位作用。
导向装置采用滚动轴承的方式。导向和滑道装置示意图如下：

4.4.3导向和滑道装置示意图
5.2.6、牵引装置
由于中间节段梁重约为450t（含护栏），滑道与钢箱梁底部垫以聚四氟乙烯垫板，理论摩擦系数约为0.1，由此可知其牵引力为45t。考虑拖拉起动前还须克服静摩檫力，并取一定安全系数，采用100吨液压牵引机牵引。用5根Φ21.5的钢绞线作为拖拉钢线。
5.2.7、滑道、贝雷架布设
5.2.7.1、7~8#墩之间架设通长贝雷架，用于空中拼接钢箱梁。每个临时支架两边的立柱顶部设一组贝雷架组，此组贝雷架组由两排1500mm高的贝雷片用900mm宽的花窗相连；临时支架中间立柱顶部设一组由两排1500mm高的贝雷片用450mm宽的花窗相连的贝雷架。
5.2.7.2、9~10#墩之间架设贝雷架，用于空中拼接钢箱梁和加强各临时支架之间的稳定性。贝雷架之间用销子连接，不用焊接。贝雷架与钢柱之间用螺栓连接。相连两组贝雷架之间在临时支架处用脚手架搭设操作平台。
5.2.7.3、9~10#墩之间每个临时支架两边的立柱顶部牛腿上设一组贝雷架组，此组贝雷架组由两排1500mm高的贝雷片用900mm宽的花窗相连；临时支架中间立柱顶部设一组由两排1500mm高的贝雷片用450mm宽的花窗相连的贝雷架。贝雷架平面布置示意图如下：

5.2.7.4、其中的9#墩中间立柱为拖拉梁受力处，拖拉梁5米长，在拖拉梁下部增设一个立柱，地基处理与临时支墩相同，此立柱基础为面积3m×3m，布筋Φ12mm@10cm×10cm，浇注60cm厚的C30砼。按下图进行布置拖拉滑道

5.2.8、吊拼装、焊接
5.2.8.1、构件严格按现场的组装顺序进入施工现场，进入现场立即卸车，直接吊入拼装场地进行拼装。4m宽的钢箱梁先在地面上组装成8m宽的钢箱梁再整体吊入拖拉拼装平台进行拼装。
5.2.8.2、将钢箱梁吊入拼装平台，用20t液压千斤顶调整接口的缝隙大小，一般控制在5~10mm之间。用仪器检查拼接的两片钢箱梁的中心线、标高、弧度和起拱度符合图纸要求。
5.2.8.3、调整完毕后，用骑马板焊接牢固，再进行焊接。顶板和底板采用高温陶瓷垫贴于焊缝底面，用CO2气保焊打底，埋弧自动焊盖面；两腹板采用CO2气体保护焊或手工焊直接焊接成形；焊缝无损检测合格后，将顶板、底板上纵肋处的焊缝磨平，用纵肋将两片钢箱梁的纵肋连接起来；最后焊接腹板上的纵肋、悬臂上的纵肋和护板。顶板、底板、腹板以及纵肋的横向对接焊缝均要达到Ⅰ级焊缝标准。
5.2.8.4、将在地面上拼装完的第一节构件吊装拖拉平台上，一端架在9#墩滑道上，另一端架在贝雷架上，此时贝雷架与梁底约有640mm空间，用临时小支架垫实，并在与第二节构件接口处用临时小支架和千斤顶调平接口处标高。将第二节构件吊装到位并与第一节拼装……在柱顶平台拼装时，确保每一节构件都有四个固定受力点，同时铺以活动受力点调整。
5.2.8.5、将顶板上的防撞护栏吊装就位、调整并焊接牢固。
5.2.9、拖拉钢箱梁
5.2.9.1、拖拉前准备：拖拉节段钢箱梁（第11~19节，44m）拼装焊接完毕并检验合格后，组焊牵引用的吊耳、拖拉梁端处加固等，使梁处于拖拉前状况。
为了确保主线桥钢箱梁拖拉过高速公路安全，现场拖拉梁前端距高速公路9＃墩路肩处留有12m拖拉预演距离，作为试验拖拉区段，以便调整校验整体拖拉设备支架、人员协调等，以保证在过高速公路时的绝对安全、可靠、快捷。此时，拖拉梁前端应到达9＃墩侧路基护坡上临时支墩上，以待正式过高速公路。
5.2.9.2、拖拉过高速公路：按照预先拖拉报批方案及批示封道时间，正式封道，靠近9＃墩侧京珠右幅处于全封闭状态，封闭路段两端及变道处按要求设置警示标志和防撞设施，并指派专人负责保通安全；设置现场指挥长；统一协调各部人员，包括联络管理人员、拖拉操作人员、钢箱梁运行过程监测人员、支架监测人员、临时支墩及托辊监测人员、设备检查维修人员、各辅助工种人员等。此时将要拖拉的钢箱梁长度达到56m，拖拉时在各托辊总成处，设置２人专门负责观察拖拉过程中的监视和滑板的喂进。此时节段钢箱梁过公路移动16m，当钢箱梁前端抵达中央隔离带支墩上时。固定各支墩处支点，保证钢箱梁与支架均处于完全固定为一整体。消除在非操作情况下风力的影响。
按照相同步骤，拖拉同侧另半幅钢箱梁，前期准备工作双幅同时进行。此时第一阶段拖拉结束，拆除京珠左幅封闭各种临时设施，以便开通交通，进入下一阶段拖拉。
在钢箱梁尾部再次接长四节16M。达到72m长。
5.2.9.3、封闭高速左幅交通，进行下一阶段拖拉前的准备工作，整个拖拉过程及控制按照第一阶段拖拉程序执行。节段钢箱梁在第一阶段拖拉位置继续前行20m左右，至设计水平位置，单幅拖拉到位后固定，再拖拉另半幅节段钢箱梁，到位，并固定，整个主线桥主跨拖拉结束，拆除路面设置的除中央隔离带支墩外的各种临时设施。
5.2.9.4、在8、9#支墩临时支架上采用液压油缸及千斤顶微调对位拖拉节段梁的空间绝对座标值。其绝对座标值数据由计算机模拟设计图给出。空间座标值的监测采用全站仪检测校验，校验点位于两外侧腹板与隔板交叉处的对应顶板上，校验点位置纵向间距4m，并于组装时标出。全站仪测量固定在每天早晨7：00～9：00钟进行，直到该节段桥面线性尺寸稳定后再固定，并且作为两边跨剩余小节段梁组拼的空间位置基准尺寸和起始拼装点。
5.2.10、钢箱梁横向偏位调整
钢箱梁在拖拉过程中已按设计位置初步就位，施工中会产生横向偏位。在滑道及导向装置设计上已考虑在各临时支墩组焊固定的横向微调支座，主要便于微调时提供千斤顶支反力，同时对钢箱梁拖拉偏移时起一定限位作用，采用20t液压千斤顶来纠正横向偏位问题。
5.2.11、两边跨的钢箱梁吊拼装
5.2.11.1、高速公路两侧采用了支架架设法，两边跨剩余小节段梁各节段较小，最大节段重50t，且不影响高速公路通车，两侧龙门吊均可直接将钢箱梁吊装到位，因此同时在８＃墩侧和９＃墩侧采用龙门吊均将各小节段梁一次吊运组装到位，拼装定位焊接。
5.2.11.2、为保证全桥长度尺寸及弥补焊缝收缩量，在７＃墩及10＃墩上拼接最后两个节段时，加工中预留一定收缩量，待整体尺寸确定后再取长度，拼接到位。
5.2.12、整体落架
待全桥３跨组焊检测合格后，采用4台500t液压油缸整体顶升，调整支座与梁底间隙及支反力，拆除各临时支墩上垫块，落梁就位，实现全桥体系转换。转换完成后，拆除桥下支架及临时支墩，补漆。在中央隔离带支墩拆除及补漆时，为了确保安全，拆除过程短时间内设立警示标志，实行交通管制。

5.3劳动力组织见表5.3
5.3劳动力组织情况表
吊装、拖拉劳动力组织
序号
职务或工种
人数
工作职责或内容
A
管理人员
11

1
生产管理人员
6
工程统一指挥，技术质量安全管理工作
2
技术人员
5
工艺施工技术管理、测量、无损检测
B
施工人员
118

1
铆工
25

2
焊工
40

3
钳工
2

4
电工
2

5
除锈工、油漆工
6

6
起重
4

7
行车
4

8
架子工
10

9
辅工
20

总计
119

6.设备机具配备
6.机具设备配备表
序号
设备名称
规格
单位
数量
备注
1
龙门吊
60t
台
2

2
汽车起重机
80t
台
1

3
汽车起重机
25t
台
2

4
临时支架
Φ50
t
70

5
辊道和导向装置

组
50

6
液压牵引机
100 t
台
2

7
液压千斤顶
100t
台
20

8
液压千斤顶
20t
台
30

9
运输车辆
(30t)
台
2

10
埋弧焊机

台
4

11
CO2焊机

台
20

12
交流焊机

台
10

13
直流焊机

台
4

14
无气喷涂机

台
2

15
空压机

台
2

16
焊条烘箱

台
6

17
手动导链
10t
台
10

18
手拉葫芦
5t
台
10

19
全站仪

台
1

20
精密水准仪

台
1

21
X射线探伤机

台
1

22
超声波探伤机

台
1

23
角磨机Φ100、150、180

台
40

24
轴流风机

台
10

25
测厚仪

台
1

26
地滑车
400t
台
2

7.质量标准
本工法施工执行下列规范和标准：《公路桥函施工技术规范》（JTJ041-89）、《市政桥梁工程质量评定标准》（CJJ2-90）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）、《涂装前钢材表面的锈蚀等级与除锈等级》、《钢焊缝的外形尺寸》（GB10854-89）、《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-2002）、《手工电弧焊焊接接头的基本型式与尺寸》（GB985）、《埋弧自动焊焊接接头的基本型式与尺寸》(GB986)。
8.安全措施
8.1人员进场实行安全培训，施工前要实行安全交底，班前会进行提示。进入现场必须戴安全帽，穿工作服，上高空穿防滑鞋，系安全带。
8.2吊装前实行模拟吊装，不得强行起吊。吊装必须是有资质的起重工专人指挥，不得违章作业，不得违犯安全生产操作规程。
8.3临时支架顶部设立安全操作平台，设置安全栏杆，用带防护罩的直爬梯通向地面。
8.4在钢箱梁内进行焊接时，用引风机将梁内的烟气抽出，防止意外事故发生。
8.5钢箱梁两侧的翼板焊接采用活动倒挂吊篮，吊篮设置要结实，固定要牢固，同时还须从钢箱梁上引出安全带系绳。
8.6在钢箱梁拖拉、停顿期间，对钢支架稳定性进行观测，发现异常情况及时进行加固处理。同时禁止施工人员横穿高速公路。
8.7加强与高速公路管理部门的联系，主动邀请交管部门进行专业知识讲座，对现场安全技术管理人员进行培训，所有交通管制方案实施前，必须经过交警部门的批准，并严格按上报方案实施。施工前，在施工路段设置明显的施工、安全标志。施工、安全标志齐全、规范、清晰、视认性好、设置地点准确、设置牢固，能够有效的提示和引导驾驶人员通过施工路段。
9、环保措施
9.1、积极与高速管理局及路政处进行协商沟通，制定详细防护方案对京珠高速公路绿化、路面及设施进行维护。
9.2、对公路两侧边坡及中央分隔带绿化树木进行移植，及时疏通排水系统；拆除原京珠两侧隔离栅设施，移运至公路两侧波形护栏处确保高速公路封闭性，防止当地人员及家禽进入高速公路，完成后再恢复原貌。
9.3、钢箱梁拖拉过程中，为防止移动支墩运行对公路路面造成破坏，在易破坏区域垫设钢板防护。
10、效益分析
10.1、加快了施工进度，计划工期8个半月，施工工期240d，缩短工期15d。
10.2、本工法与搭设支架法吊装架设相比较，采用传统支架法施工成本2087.9万元,跨京珠高速段采用拖拉法后成本2052.3万元,节约支出35.6万元,降低了施工成本。
11.工程实例
三建公司承建的汉蔡高速公路红庙互通主线桥钢箱梁横向上跨京珠，与被交道京珠高速公路的交角108°，钢箱梁桥跨布置为44m+62m+44m，钢箱梁桥总长150m，桥宽为26m，为双向四车道，左右幅分离，总重约1723t。该桥上跨越京珠高速公路的跨距达62m，京珠高速路高出地面 5m，京珠高速路两边的护坡很长，导致地面的组装场地很小，能够利用的拼装地面为农田，有许多的水坑和淤泥且现场的吊装地理环境极为恶劣。高速管理局要求钢箱梁上跨期间，京珠高速封道时间只给16d的施工期，施工难度大，施工工期紧，科技含量高。
工程实施项目管理，开发了拖拉钢箱梁安全跨越京珠高速公路施工工法,填补了公司在上跨既有线钢箱梁施工的一项空白，具有推广价值。在施工期间多次受到武汉市交委、业主及高速管理局一致好评。

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