上跨京沪高速铁路钢盖梁制造与吊装施工技术

2013-11-27马雪梅

铁道建筑 2013年8期

马雪梅

(中铁十二局集团有限公司，山西太原 030024)

1 工程概况

郑徐客运专线应急工程徐州特大桥与京沪高速铁路交叉处788#～791#墩采用门式结构，每个墩身为双柱结构，双柱顶部以钢盖梁跨过京沪高速铁路。钢盖梁可提前在工厂加工，从设计上减小了施工对京沪高速铁路联调联试的干扰。

门式结构跨径均为25.3 m，钢盖梁两侧设钢柱脚插入混凝土墩身，与墩身固结，墩身尺寸3.3 m×3.9 m。4个门式墩支座位置各不相同，其中789#为制动墩。钢盖梁尺寸为25.3 m(长)×3.3 m(宽)×3.15 m(高)，起吊质量最大达234.19 t，采用箱形截面，钢柱插入混凝土墩身部分高5 m，钢柱外包并内填C40混凝土，钢结构钢材采用Q345qE。

2 钢盖梁施工主要特点

钢盖梁为郑徐客运专线桥梁的一部分，其加工、焊接、防腐标准高，要求在具有相应资质的单位进行厂内加工。钢横梁自重大，跨径长，施工中必须严格控制横梁的吊转方向，对吊装作业设备性能、起吊作业人员技术水平要求高。钢梁与柱脚之间在吊装就位后采用焊接，吊装就位精度要求较高。

徐州特大桥跨越既有京沪高速铁路，线路上设有护栏、接触网立柱、接触网回流线，给钢盖梁安装施工造成较大障碍，见图1。受铁路天窗安排限制与天气(尤其是大风)因素的影响，施工组织难度非常大。

图1 钢盖梁施工现场

3 钢盖梁制造、运输及拼装

钢盖梁加工流程:原材料进场验收—厂内分节加工制作—运输—现场拼接为整体—焊缝无损检测。钢盖梁的设计参数见表1。

表1 钢盖梁设计参数

钢盖梁在厂内分节加工，分节应充分考虑公路运输的限高、限宽、限载以及挂车的长度要求，原则上尽量少分节，以减少现场焊接工程量。根据结构及施工特点，除789#墩分为5节外其余均分为4节，789#墩分节如图2所示。

3.1 钢箱梁厂内加工质量控制要点

图2 789#墩钢盖梁分节示意(单位:mm)

1)特殊钢材全熔透角焊缝的焊接质量控制。在整个组装焊接过程中，为控制段与段接口和条与条起拱的一致性，避免焊接变形产生偏差，规定了统一的焊接顺序、焊接方向和每次完成的焊接量。对Q345qE材质的钢箱梁采用CO2气体(纯度为99.99%)保护焊焊接，焊材使用H08Mn2SiA。在腹板上打K型双坡口，间隙为3～4 mm，角度为50°～55°;制作了框形抱紧式翻转工装，所有吊耳全部焊在工装上，翻转180°使顶板朝下(分两次操作)，以便于焊接施工;腹板外部焊缝用碳弧气刨掏根打磨、焊接，并采用火焰加外力方法校正焊接变形处。采取以上措施保证了焊接质量。

2)钢梁构件制作的检验控制要点。①钢材的检验:除检查材料质量证明文件是否符合设计和现行标准外，同时按同一炉(批)、材质、板厚每10个炉(批)号抽检一组试件。②钢梁零部件加工尺寸的检验:腹板宽度根据底板、顶板厚度及焊接收缩量确定，部件长度≤10 m的直线度允许偏差为2 mm，＞10 m的为3 mm，不得有锐弯。用刨边机或半自动切割机加工坡口。

3)钢箱梁组装尺寸的检验严格按照行业规范要求进行控制。

4)焊缝检验。①对所有焊缝进行外观检查，不得有裂纹、未熔合、加渣等缺陷。②外观检查合格后，在焊接24 h后进行焊缝无损检测。③对焊缝采用超声波探伤检测内部质量等级。④对于对接焊缝除用超声波探伤外，尚须用射线抽探(抽检比例为10%)，探伤范围为焊缝两端各250～300 mm，焊缝长度＞1 200 mm时，中部加探250～300 mm。

3.2 运输

依据安装顺序分单元成套加工，根据构件长度、重量选用运输车辆。超长件应设标志，构件应垫平，稳固绑扎，保证构件运输不产生变形，不损伤涂层。装卸构件的钢丝绳与构件之间设置垫块以保护构件。构件进场后，用100 t吊车将构件堆放至存放场地。

3.3 现场拼装

采用箱梁桩搭设拼装支架拼装钢盖梁。箱梁桩上设钢垫梁及100 t砂筒，下侧浇筑混凝土条形梁作为纵梁支点，拼装步骤如下:

1)在预埋件上定位钢支柱位置并放线。

2)拼装钢立柱。定位后用限位板顶紧，箱梁桩与预埋件焊接，吊装钢垫梁及砂筒，并测量标高。

3)吊装钢横梁节段，用砂筒调整钢横梁标高后焊接接缝，钢立柱与钢横梁在工作平台上先试拼然后再吊装、焊接。

4)钢横梁与钢支柱连接处设加劲板，并补漆。

5)全面检查(包括外观、尺寸、焊缝)合格后，拆除钢支柱处工作平台，移至混凝土墩墩顶处，准备安装。

4 钢盖梁吊装施工

4.1 吊装作业准备

1)场地准备。吊装施工在钢盖梁组装场地上进行，起重机通过的道路要求地基承载力≥150 kPa。吊装场地实测地基承载力仅为90 kPa，需进行处理。处理方案为:将吊车吊装站位区域整体下挖80 cm，填铺80 cm厚的级配碎石，并分层压实，经处理后实测地基承载力达到450 kPa以上。

2)钢丝绳受力分析和检算。根据吊点位置布置、吊耳设计及吊索具选型，钢丝绳与水平面的夹角为65°，以本次吊装重量最重的789#钢盖梁为例检算吊索受力。绳扣采用压制钢丝绳扣WAW90，长度为2×30 m，单只绳扣允许工作载荷842.4 kN。每只绳扣的两头分别通过85 t级弓形卸扣与钢箱梁相连，中间挂在吊钩上。共4股绳受力，则钢丝绳受力F=2 341.9/4/Sin65°=646.0 kN＜842.4 kN，故能满足要求。吊装其它钢盖梁也能满足要求。

3)各墩钢盖梁吊装起重设备在起吊、就位两种工况下的平面位置技术指标见表2。

表2 各墩处起重设备起吊、就位技术指标

主吊车采用LR1750(750 t)，履带中心距为11.9 m×10.3 m，吊车配重220 t，车体配重95 t，吊臂长度70 m，超起配重400 t，超起回旋半径20 m。由表3可知:设备负荷率均低于85%，选择的起重机和4处起吊位置满足吊装需要。

4)起吊注意事项。吊装过程中钢盖梁、吊杆及其他吊装辅助设施需远离京沪高速铁路高压线至少3 m以上;吊装前准备好起重机使用的钢垫板，以满足起重机的行走、转向和吊装要求。①起吊前需协调供电部门使接触网断电。②试吊，将钢盖梁吊离地面200 mm时，对吊车、站车位置处的地基沉降情况、吊耳、吊索和钢盖梁进行全面检查，符合要求后再正式起吊;③吊装时至少设置2根溜绳，钢盖梁起吊及回转时要缓慢平稳。

4.2 钢盖梁临时锚固装置施工质量控制要点

在混凝土桥墩内预埋钢板、锚栓与立柱栓接，对柱脚进行临时锚固。

1)预埋钢板孔位质量控制。预埋钢板安装位置的准确度决定了钢立柱的标高及轴线方向的准确度。将两块要连接的环向钢板点焊在一起钻孔，并做上标记，保证了两层钢板各螺栓孔的同心度，然后再对柱脚相应钢板扩孔。每个钢立柱底部有40个φ24 mm螺栓孔，在吊装过程中螺栓孔对位是在动态中进行的，考虑到施工各个过程中的误差，经设计审核同意，螺栓孔直径选用50 mm，并支垫相应尺寸的垫片。

2)预埋钢板标高和轴线质量控制。浇筑墩身混凝土至距离墩顶6 m处时预埋连接钢盖梁柱脚锚栓，待墩顶混凝土强度达到设计强度的90%后，将墩顶混凝土凿毛，在钢混结合面处安装预埋钢板，预埋钢板底用高强度等级支座灌浆料找平，安放时利用水准仪进行标高检测，每块钢板设置4个角点作为标高控制点，同时利用水平尺控制底座钢板面的水平面标高是否一致。利用全站仪进行钢板的轴向定位。待钢立柱吊装到位后将钢柱底钢板和预埋钢板对齐，并用预埋螺栓拧紧，经检查位置无误后，将两块钢板焊接，确保钢结构的稳固。

3)限位控制。在墩顶预埋环形钢板外缘设置8处限位卡板，卡板内缘形成杯口形，另将8根2.5 m长［20型钢埋于墩柱内，钢盖梁立柱就位时通过此装置并结合链条葫芦、撬棍等进行精调。钢构件就位后将两钢板对齐，采用预埋螺栓拧紧与焊接固定，钢柱腔内利用［10型钢、钢板与钢柱焊结以起到临时固结的作用，如图3。

4)钢立柱安装就位后，在柱内灌注C40无收缩混凝土，然后绑扎钢立柱外侧钢筋，立模浇筑钢立柱外侧30 cm厚混凝土。由于此处钢筋较密，受力复杂，墩身混凝土配合比经优化后确定采用高强度等级细石混凝土，混凝土养护期不少于14 d。

4.3 吊装作业安全控制技术要点

图3 墩顶预埋限位装置示意(单位:mm)

1)设备吊装前，大型起重机要按平面布置图和工艺参数表要求站好位，设备应按吊装方案要求摆放好。挂好钢丝绳后，组织有关人员进行检查并确认以下内容:①起重机使用、工艺参数和负荷应符合参数表要求。②吊装索具钢丝绳、卡环应拴挂牢固，钢丝绳、卡扣的规格及吊盖式吊耳的制作必须符合要求。③对检查出的问题安排专人处理，检查合格后方可进行试吊。④起重机在使用前应根据有关移动式起重机试验规范进行试验和试吊，用主、副起重机将设备吊离设备的支撑物200 mm左右，对吊装索具的受力情况进行检查，确认吊装负荷状态。⑤吊装的指挥和操作人员接到吊装令后开始吊装。

2)主起重机吊起设备向安装位置缓慢、稳定地旋转，当起重机吊装的钢盖梁旋转至基础中心位置后，起重机松绳使设备就位。

3)钢盖梁落到桥墩上，先进行钢盖梁校正，然后拧紧地脚螺栓，起重机松钩、摘钩，吊装结束。

4)在设备吊装、提升、旋转、就位及行走过程中设专人控制溜绳，保证设备平稳移动。