特殊情况下采用大吨位汽车吊进行箱梁架设的可行性分析

摘要：在公路建设中，不可避免地会遇到高压输电线路等对净空有要求的障碍物限制，导致重要构件施工遇到阻碍，同时工期等因素的要求需要工程技术人员拓展思维、通过严谨计算，采用其他安全的方法进行连续施工。本文以高压输电线路影响下的箱梁汽车吊装为例进行了论证。

Abstract： In highway construction， it is inevitable to encounter obstacle restrictions on the clearance requirements， such as high-voltage transmission lines， which will lead to obstacles to the construction of important components. At the same time， the requirements of engineering need the technical personnel expand the thinking and use other safe methods for continuous construction through rigorous calculation. This paper demonstrates the large tonnage truck crane under the influence of high-voltage transmission lines.

关键词：高压输电线路；大吨位汽车吊；箱梁安装

Key words： high voltage transmission line；large tonnage truck crane；box girder installation

中图分类号：U469.6+4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）15-0131-03

0 引言

平原地区往往是经济较为发达的区域，铁塔林立，线路纵横，输电线路往往沿河流、原有道路进行布设。新建道路，尤其是跨越大径流江河的公路，从选线设计到现场施工不可避免地会遭遇高压输电线路的影响，高压输电线路的迁改要求跨行业联动，其审批、设计、实施流程更将和道路紧张的建设工期要求产生矛盾，本文就平原地区某在建大桥的箱梁安装为例，论证高压输电线路影响下采用大吨位汽车吊替代架桥机架设方案的可行性，以企为广大工程技术人员打开思路，解决问题。

1 工程简介

本大桥跨越平原地区某河流，长216.04m，全桥共2联：3×30+4×30。上部结构采用后张法预应力砼简支箱梁，单片箱梁重：中板110.8t、边板111.8t；下部结构桥台采用肋板台，桥墩采用柱式墩，基础为桩基础。本桥平面位于直线上，桥面横坡为双向2%，纵断面位于R=5000m的竖曲线上。

桥梁与河道交角为110°，平均墩高约12m。桥址处属河床阶地冲积地貌，相Ω卟9～15m。桥址处100年一遇设计流量3040m3/s，设计流速3.78m/s，5～9月为河流汛期。本桥所跨河流河道宽缓，呈宽敞“U”字型，自然坡度2°～5°，河道两侧为设有二级平台的防洪堤，为浆砌卵石护面，坡比为1：1和1：1.5。桥台位于两岸防洪堤外侧，0号台后18m上方有35kV高压输电线路一组及变电站调度通信线缆，分别距路基顶面6.48m、3.64m；7号台后12m上方有110kV高压输电线路一组，距路基顶面5.59m。

2 遇到的问题和解决思路

按原定施工方案，箱梁在预制张拉注浆封端等工序完成以后，在桥台后设置架桥机拼装区域和梁板运输通道，采用公路桥梁常用的40m/150t双导梁架桥机进行架设，但截止基础和下部构造完成，两岸河堤外侧的高压输电线路仍未能进行迁改，且梁板运输通道按极限纵坡填筑形成后，预判架桥机拼装区域其净空距离仍不能满足《电力设施保护条例》规定的安全距离，架桥机拼装作业严重受限，安全风险极大，即便成功拼装，天车也无法运行作业；桥址两侧无可作业空间，且河流汛期将至，该大桥箱梁能否及时启动安装，既而开始桥面系施工并形成运输通道，将成为影响项目工期的关键因素。为实现该目标，迅速开始箱梁架设，拟采用大吨位汽车吊对受影响桥跨进行箱梁安装。结合现场实际情况，先架设第一跨的左半幅作为过渡，让出架桥机拼装区域，再由架桥机进行半幅剩余桥跨的架设，形成运输通道。本文即以先行架设实施的第一跨左幅边梁为最不利位置进行论证，桥梁截面和安装顺序及工艺流程如图1-2示。

吊装过程为：由1台QAY220汽车吊配合1台QAY350汽车吊双机抬吊进行该批梁板的吊装工作，喂梁挂钩后开始双机抬吊，箱梁底面高于背墙顶面30cm时，进行空中水平移动，移动过程中，首先关闭0#台处吊车水平制动（从动），1#墩处吊车作为主机进行平移（1#机为主动）。在1#机完成平移后双机抬吊并就位。其中边梁为最不利位置。吊装作业简图如图3。

3 吊装方案论证

3.1 设备选型

根据现场地形条件和箱梁重量，初步选择采用220t和350t两种吨位联合吊装。由运梁车将箱梁经运梁通道送至0#台尾后，双机挂钩由0#向1#方向回转送梁，考虑到联合抬吊荷载均分为理想受力情况，同时回转方向、最大作业半径、可能产生的惯性冲击以及墩台间吊装平台高差等因素，报请当地河道与水务管理部门同意后，临时破除顶端河堤修筑站位平台，将350t作为主吊车设置在0#与1#间；220t吊车作为辅助吊车站位于0#台尾，根据架设顺序进行安装。如遇作业半径超限等报警情况则采取移机的方法以利安全。0#台与1#墩之间为原有河堤和陡峻护岸，1#墩位于河堤二级台阶下，350t吊车的站位平台提前进行开挖、回填、平整和碾压处理，该处为地基承载力的薄弱位置，对出现车辙、反弹、泌水位置进行翻挖，掺灰换填处理。并备用路基箱进行二次加强。

220t汽车吊外形尺寸：16722×3000×4000；行驶时自重72t，作业时自重147t；支腿跨度8800×8800；最小转弯半径13m，最小离地间隙325。350t汽车吊外形尺寸：19980×3000×4000；行驶时自重84t，作业时自重191t；支腿跨度9000×9000；最小转弯半径13m，最小离地间隙305。作业参数可查随车资料。

3.2 吊装安全性验算

根据设计图纸及现场预制浇筑方量复核确认，以最不利架设位置的边板为例，该板重111.8t，长度30m。根据施工图设计，箱梁吊装采用兜底吊，捆绑绳设置在距梁端1.35m处。根据汽车吊随车资料，模拟计算箱梁吊装过程中，各工况下作业半径及吊车重心距结构物距离、允许操作半径及实际最大作业半径进行吊重分析，理论实际最大作业半径分别约为8m和9m。

保证吊装安全的同时，需严格控制与高压输电线路间距保持安全作业距离。为保证梁板安全架设，应尽可能靠近落梁点位，但同时必须满足国家标准、部门规章有关高压输电线路附近作业安全的相关规定（《起重机械安全规程》GB6067-2010规定为35KV，安全距离4m；电力部门实施要求均提高）。起重机扬臂回转时大臂顶端飞轮与高压线路距离约为5.5m（通信线路放散后采取避让措施），所以实际作业中需要双机高度契合，严格监控0#台侧220t吊车回转过程中主臂起扬和伸缩距输电线路的距离；同时做好施工谋划，关注天气变化和空气湿度，使作业全过程完全满足电力部门的安全作业净空要求，作为卡控红线以防事故发生。

根据《建筑机械使用安全技术规程》，双机抬吊时，单机荷载不超过额定荷载的80%，总起重量不超过双机总额定负荷的75%。根据上述规范要求，汽车吊选型及起重量验算控制在额定起重量的75%。

根据双机抬吊安全要求，取汽车吊额定性能的75%计算：

0#台220t汽车吊起重量验算（220t最不利工况：臂长26.7m，作业半径8m时）

Q额=85t*0.75=63.75t Q实=Q/2+q=111.8/2+2=57.9t

Q起=63.75t>Q实=57.9t

1#墩350T汽车吊起重量验算（350t最不利工况：臂长30.9m，作业半径9m时）

Q额=110t*0.75=82.5t Q实=Q/2+q=111.8/2+2=57.9t

Q起=82.5t>Q实=57.9t

2台汽车吊满足双机抬吊该批桥板的吊装。

注：Q额―额定起重量；

Q实―实际吊装重量（QMAX=111.8t）；

Q―桥板重；

q―吊具重量，85t/110t为随车资料上该工况下允许吊重。

3.3 抗倾覆验算

汽车吊的工作稳定性相对较差，抗倾覆要求需使稳定力矩大于倾覆力矩。根据《起重机设计规范》：KgMG+KqMQ+KwMW≥0

式中：Kg―自重加权系数，取1；

Kq―起升荷载加权系数，取1.15；

Kw―L动荷载加权系数，取1，风动荷载，按提升物体荷载的20%考虑；

MG、MQ、MW为汽车吊自重、起升荷载、风动荷载对倾覆边的力矩，N・m。

220t吊车作业时自重147t；支腿跨度：8800×8800mm，则a=4.4m；R=8m，风动合力点高度h=5.3m。

KgMG+KqMQ+KwMW=1*1470000*4.4-1.15*579000*（8-4.4）-0.2*579000*5.3=3457200N・m≥0，稳定性满足要求。

350t吊车作业时自重191t；支腿跨度：9000×9000mm，则a=4.5m；R=9m，风动合力点高度h=7.3m。

KgMG+KqMQ+KwMW=1*1910000*4.5-1.15*579000*（9-4.5）-0.2*579000*7.3=4753335N・m≥0，稳定性满足要求。

3.4 地基承载力验算

两吊车支腿位置均为土层，对平整和局部回填的区域进行压实处理，不考虑土体侧压力，只验算地基承载力。计算依据《路桥施工计算手册》，考虑汽车吊最不利工况为3个点承受荷载，根据地基应力公式σmax=N/A≤[σ]，N―作用于地基处的竖向分力；A―作用于地基处的受力面积；[σ]―地基容许承载力。

220t和350t吊车作业时自重分别为147t和191t，支垫钢板尺寸2m*2m*0.05m。考虑双机抬吊，取梁板及吊具重量的1/2，则为56.9T。

220吨吊车：σmax=N/A=（1.2*147*10+1.4*56.9*10）/2*2*3=213kPa

350吨吊车：σmax=N/A=（1.2*191*10+1.4*56.9*10）/2*2*3=257kPa

采用重型重力触探方法实测吊装处地基经碾压处理后承载力≥300kPa，满足吊装需求。对于回填区域临边处支腿，为保障安全，铺垫路基箱进行二次加强。

3.5 钢丝绳验算

Q=111.8/2×1.4=78.26t，Q为单根钢丝绳吊重，其中动力系数取1.4。

Sb≥6×78.26÷2sin60°=271.1t

选用绳径为72mm的钢丝绳，规格6×61，公称抗拉强度1850MPa。根据《路桥施工计算手册》附录三相关参数，其钢丝绳总断面积为1942.22mm2，钢丝捻制不均折减系数取0.8。

Sb=1942.22×1850×0.80=2874.5kN=287.5t≥271.1t，钢丝绳的选择满足要求。

钢丝绳绳头采用插编方式，插编长度≥15d（d为钢丝绳直径），故未涉及卡环等吊具验算。主臂伸展长度26.7（30.9）>起吊高度Hmax=7.3m，钢丝绳与主臂最小夹角满足主臂离吊物安全距离，无碰撞风险。

4 结语

经过验算和专项方案讨论，参建各方同意后，细化方案经现场安全、技术、安装质量交底，部署应急预案后选择适宜时机实施，当天风力三级，空气湿度65%，满足安全要求，设置专人指挥，定点定人监控各作业环节，严格执行专项方案，该批梁板现已成功架设就位，开始进行湿接缝等工序作业，为下一步架桥机架设其余桥跨、电力设施的迁改争取了时间（现有高压输电线路悬高仍不能满足道路运营安全净空要求），同时也为对岸采用汽车吊吊装同类型梁板（受110kV高压线路影响，存在类似问题）积累了一些经验，限于装备原因，同时出于为压缩安装作业时间、尽量少移机站位的原因考虑，未采用2台220t吊车多次站位的方法进行吊装，本次吊装作业富余系数较大，故经济性未能充分体现，为确保安全，综合考虑仍按此实施。期望以此为良好开端，能够举一反三，采用一些简易可行的方法安全及时地克服各种矛盾，解决现场问题。

参考文献：

[1]GB6067-2010，起重机械安全规程[S].

[2]JGJ33-2012，建筑机械使用安全技术规程[S].

[3]GB/T 3811-2008，起重机设计规范[S].

[4]电力设施保护条例.

[5]JTG F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[6]路桥施工计算手册.

[7]QAY220、QAY350汽车起重机使用说明书.