17、大纵坡下坡架设40T梁施工技术研究田世宽

1、大纵坡下坡架设40mT梁施工技术研究四公司田世宽摘 要： 提出在大纵坡和长下坡及高墩和曲线桥影响等不利工况下进行40 米 T 梁运梁、架梁等施工技术难题，同时提出解决办法及主要施工技术要点。关键词：大纵坡长下坡 运梁 架梁 施工技术研究1 前言随着国家总体战略目标的逐步实施，在偏远山区、深山区等复杂地形条件下修筑高速公路也将越来越广泛而必要。但由于在深山区进行路线设计和施工，必然会受山区地形条件所限制，如长距离大纵坡路线的设计，桥梁结构形式多采用30、 40 米 T 梁，最大纵坡可达4%等会导致桥梁梁片预制和安装都会在大纵坡长下坡工况下进行，而长下坡特别是在长距离大下坡如纵坡大于2.5%以上的

2、长下坡不利工况下运梁和架梁等均存在较大的安全作业风险。因此，对在长距离大下坡最不利工况下进行运梁和架梁安全作业是我们工程技术人员必须去面对和必须要解决的问题。2 工程概况渝湘高速公路重庆 G3合同段主要为桥梁工程，全线只有三段路基可考虑进行预制场设置，因受设计及地形条件限制以及施工工程变更原因影响等，导致井岗河特大桥310片、桐岭大桥80片和两河口大桥 215片40米T梁全部为长下坡运梁和架梁。3 大纵坡架梁需研究的主要技术成果采用有轨道或无轨道两种运输方式。通过技术研究发现对于运距大于500 米的桥梁，应优先选用采用效率更高的无轨道方式运梁拖车进行长距离运梁。3.1 根据本工程特点，与运梁拖

3、车生产制造厂家进行联系和沟通，将车架横向宽度加宽70cm后，使得在运梁过程中对T梁的八字斜撑角度由25.4。加大到32.3 0 ,可提高运梁过程中的横向稳定性和安全性；另在运梁过程中应考虑桥面设计最大4%横坡（以最不利工况进行验算）的影响，通过计算在横坡斜坡下侧的斜撑受力N=2.4 吨，考虑动载安全系数K=2.5。所以斜撑最大受力为轴向力F=6吨，同时还要求有足够的刚度。还有就是车架加宽到3.34m 后， 运梁拖车车轴车轮的中心距离等于2.55m， 满足两片40mT梁梁肋的中心距离为2.52 m。3.2 通过技术研究完成了长大纵坡架设40米T梁施工工艺，为今后规范化和标准化施工提供了有利的条件

4、。3.2对主车和副车的T梁承重支点部位进行了技术革新和改进，增设了活动圆盘式支座，可以随着方向的转动及桥面不平整而出现的左右震动而进行微调整，以免损伤大梁。4 架桥机选用及验算根据对各种架桥机的种类比较和性能分析，确定选用50 米跨径双导梁步履式架桥机进行本工程架梁施工。4.1 步履式双导梁架桥机组成双导梁步履式架桥机由专门厂家计算设计和制作加工，运到现场后按厂家提供的设计安装图进行现场拼装。4.2 架桥机验算研究主要技术部分4.2.1 架桥机过孔前冲时稳定性验算及注意事项由于在大纵坡长下坡最不利工况下进行架桥机前冲过孔作业，在过孔各个步骤和过程中必须保证架桥机机臂保持水平，然后再进行过孔作业

5、。由于架桥机只是纵向行走，要失稳也只有沿纵向前进方向先失稳，有以下几种可能：第一种可能架桥机前支腿失稳在验算架桥机前支腿稳定性时主要考虑以下几个方面：第一方面在自重荷载作用下，即在过孔结束前前支腿受力为最不利状态验算建立力学模型，计算得：6 = P/A0=15.5Mpa f =205Mpa ， K =13.2 1 ，安全。第二方面前支腿受压杆件长细比及刚度验算：计算得：入=35.4 < 100 (规范钢杆件容许最大长细比)，满足要求。第三方面前支腿轴心受压构件的整体稳定性验算：计算得：N/(f)A)=18.7 f =205Mpa 满足要求。第二种可能架桥机在前冲过孔过程失控失稳稳定性验算

6、：架桥机在过孔行走过程中前支腿为最薄弱环节，有以下几个方面：第一方面架桥机过孔在前支腿的滚子上滚动前行对前支腿的冲击力计算计算得：F=F滚=0.55KN,即对前支腿影响非常小，可以忽略不计。第二方面架桥机在前支腿滚子上滚动行走刹车制动时对前支腿产生的冲击力计算：计算得水平冲击力为：P=4.93KN,满足要求。第三方面前支腿和轨道接触、轨道与垫木接触、垫木与垫木接触及垫木与盖梁混凝土之间接触摩阻力及抗倾覆等安全性验算：第一点前支腿与轨道接触部位稳定性验算：该部位失稳有两个可能第一个是前支腿行走钢轮于轨道之间摩阻力不满足要求而失稳：计算得：F f s=40.9KN, K=8.3 > 1,满足

7、要求。第二个是前支腿的前后两个行走钢轮在向前冲击力作用下绕前钢轮旋转失稳：建立力矩方程式：PHK Fd,计算抗倾覆安全系数得：K=1.7>1,安全。但安全系数很低，在架桥机过孔时，前支腿抗倾覆失稳是架桥机过孔发生事故的主要原因，应对此引起高度重视，并且需对此薄弱部位进行进一步技术研究和进行技术革新。第二点轨道与垫木接触部位抗倾覆稳定性验算：该部位失稳有两个可能第一个是架桥机通过导梁及前支腿传来的水平向前的冲击力P 大于轨道垫木对轨道底座提供的反方向的最大静摩阻力出现脱轨而失稳建立方程式如果 PWFfs,计算得：F f s=81.9KN, K=16.6>1,安全。第二个是架桥机对前支

8、腿的冲击力通过前支腿作用绕轨道底座外侧底脚旋转而失稳：建立力矩方程式 PHK Fd,计算抗倾覆安全系数得：K=2.3>1,安全。第三点、垫木与盖梁顶面接触部位或垫木本身部位抗倾覆稳定性验算该部位失稳有两个可能第一个可能是垫木本身或垫木与盖梁顶混凝土面之间的摩阻力不满足要求而失稳：通过计算K=16.6>1,安全。第二个可能是垫木在横移轨道的水平和垂直力作用下绕垫木底部外前脚旋转而失稳：建立力矩方程式 PHK Fd,通过计算抗倾覆安全系数得：K=2.7>1,安全。第三种是双导梁在前冲过程中左右两侧导梁行驶速度差异太大导致架桥机导梁或前支腿受扭而失稳：如果出现这种现象，则完全是人为

9、因素或机械故障所致，要保证双导梁平行同步前进，必须要做到以下几点：第一点架桥机过孔前，必须全面检查，如发现问题要及时提前处理。第二点检查各支腿和支点的支撑牢靠情况，以及与导梁等各部位的连接和锁定情况。第三点在架桥机过孔各个步骤前必须用水平仪仔细检查架桥机机臂和导梁底部与各支腿和各支点接触部位的相对高程，确保架桥机机臂始终处在水平状态。第四点在架桥机过孔的各个步骤实施过程中，必须安排专人跟踪观测架桥机的工作状况，发现问题及时启动应急预案。第五点架桥机过孔前应编制各种可能故障的应急预案。第四种是桥面横坡坡度太大，架桥机过孔时左右导梁不水平，在向前行走时，沿横向滑移而失稳：P=如果桥面横坡坡度大于2

10、%，以最不利工况4%进行计算，则横向水平分力将达到54.12KN。有以下几点可能:第一点可能架桥机在过孔前行时，在重力横向水平分力作用下，受振动荷载影响会横向绕前支腿底部旋转而失稳：建立力矩方程式 PHK Fd,计算抗倾覆安全系数得：K=3.2>1,安全。第二点可能前支腿行走钢轮与轨道之间摩阻力不满足要求而失稳：架桥机过孔前行失稳时，计算得 ：P=20.25KN, F f s=40.9KN, K=2>1,安全。4.2.2.2 架桥机喂梁和架梁过程抗倾覆稳定性验算第一项架桥机前支腿高度确定：通过计算确定为保证架桥机导梁为水平则前支腿高度用604cm。第二项架桥机前支腿稳定性验算：在验

11、算架桥机前支腿稳定性时主要考虑以下几个方面：第一方面在自重和吊装荷载共同作用下，即在落梁就位前前支腿受力为最不利状态（一侧单支腿），按轴心受压杆件进行强度验算：通过计算得：6 = P/A 0=41.2Mpa f =205Mpa ；所有K=5 1， 安全。架设内外侧边梁时，计算得：6 = P/A0=64.4Mpa f =205Mpa ； K =3.2 1， 安全。第二方面前支腿受压杆件长细比及刚度验算：同前计算得：前支腿受压杆件的长细比入=35.4 < 100（规范钢杆件容许最大长细比），满足要求。第三方面前支腿轴心受压构件的整体稳定性验算：同前计算得：N/ <f）A=49.9 MP

12、a ,架设中梁时满足要求。N/（）Ao=77.9 MPa ,架设边梁时满足要求。第四方面吊梁天车在行走或刹车制动时对前支腿的振动或冲击荷载验算：同前计算得：F=2F滚=1.812KN,即对导梁和前后支腿影响非常小，可以忽略不计。在喂梁时当吊梁天车在导梁轨道上行走需要刹车制动时，如果制动时间为3 秒，则计算得前支腿承受的水平冲击力P=5.71KN,满足要求。第五方面行走系统和轨道接触及轨道与垫木及垫木与盖梁混凝土之间接触摩阻力等安全性验算：第一点前支腿行走器钢轮与轨道接触部位稳定性验算：该部位失稳有两种可能第一种是架桥机通过导梁及前支腿传来的水平向前的冲击力P 大于轨道对钢轮提供的反方向的最大静

13、摩阻力出现脱轨而失稳通过计算得：F f s=108.9KN, K=19.1>1,安全。第二种是冲击力通过前支腿作用绕前钢轮外侧底脚旋转而失稳建立力矩方程式 PHK Fd,通过计算得：K=3.8>1,安全。第二点轨道与垫木接触部位抗倾覆稳定性验算：该部位失稳有两种可能第一种是架桥机通过导梁及前支腿传来的水平向前的冲击力P 大于轨道垫木对轨道底座提供的反方向的最大静摩阻力出现脱轨而失稳建立方程式如果 PWFfs,通过计算得：K=38.1 >1,安全。第二种是架桥机沿导梁传来的冲击力通过前支腿作用绕轨道底座外侧底脚旋转而失稳。建立力矩方程式 PHK Fd,通过计算得：K=5.3 &

14、gt;1,安全。第三点垫木与盖梁顶面接触部位或垫木本身部位抗倾覆稳定性验算：该部位失稳有两种可能第一种是架桥机通过导梁及前支腿传来的水平向前的冲击力P 大于轨道垫木与垫木之间或盖梁顶面混凝土对垫木提供的反方向的最大静摩阻力出现滑脱而失稳建立方程式如果 PWFfs,通过计算得：F f s=217.8KN, K=38.1 >1,安全。第二种是架桥机沿导梁传来的冲击力通过前支腿作用绕轨道底座垫木外侧底脚旋转而失稳。建立力矩方程式 PHK Fd,通过计算得：K=6.3>1,安全。第六方面负载横向行走时横向稳定性验算：有以下几种可能：第一种可能轨道摩阻力不满足要求或小于侧向冲击力而引起架桥机

15、前后支腿行走钢轮滑出轨道而使架桥机横向失稳：在架设内外边梁时，如果制动时间为3秒，则按前面公式计算得：K=6.8 >1,安全。第二种可能架设最外侧边梁时，在架桥机和T 梁等共同影响最不利振动或冲击力作用下绕最外侧支腿行走器旋转而失稳：在架设外边梁时，四个支腿的轴向力是不一样的，根据力矩的分配，外侧支腿的受力约占T梁总重的90%内侧支腿的受力约占 T梁总重的10%架桥机要发生侧向倾覆也只能是绕最外侧支腿行走器旋转而失稳，建立力矩方程式：PH=Fd,通过计算得：PH=97.3KN.m , Fd=1584.6KN.m, K=16.3 >1,安全。第三种可能架设最外侧边梁时，架桥机整机横移

16、，前支腿外侧行走器共4 个轮子，有 2 个轮子需落在盖梁外侧，即轨道需悬空受剪，轨道抗剪强度或挡块抗压强度不满足要求而导致架桥机横向失稳：在架设内外边梁时，为保证边梁能够准确就位，前支腿外侧行走器需横移行走至盖梁外侧 75cm,计算得：T=F/A=45.2Mpa t =120Mpa,满足要求。挡块碎抗压强度验算：挡块为C30混凝土， f=P/A=11.3 MPa< f cd=13.8MPa,满足要求。5 长大下坡运梁施工关键技术措施5.1 安全技术措施在较大纵坡的情况下，应通过各支点调整高度，必须使架桥机机臂调整为水平后方可进行作业；如架桥机各支腿高度调节范围不能满足架桥机保持水平状况，

17、就必须与厂家联系和咨询或由厂家对此再进行单独设计或加固设计，直到满足现场施工条件即可，否则严禁进行任何作业。本架桥机支腿高度经过验算能够满足在3.8%最大纵坡情况下可保证架桥机为水平或前部略高于后部成一定的倒坡，上坡坡度控制在0.3 0.5%范围内。5.2 大纵坡长下坡工况下运梁轨道及运梁小车安全验算最大纵坡达到3.8%，采用轨道小车进行纵向运梁，通过计算下滑力：F =49.8KN ；5.2.1 运梁小车在轨道上滚动行走过程的安全验算：计算得：F滚=8 P/R=1.51KN,即对轨道影响非常小，可以忽略不计。5.2.2 当运梁小车在轨道上行走需要刹车制动时的安全验算：如果制动时间为 3秒，则前

18、面公式计算得：P=26.1KN, F fs=49.1KN, K=1.9>1,安全。5.2.3 大纵坡长下坡工况下轨道运梁轨道小车最大行驶速度计算通过公式计算得：v=Ft/m=7.4m/ 分钟，但为保证与架桥机喂梁天车速度同步，故一般设定在5 米 /分钟。5.3 大纵坡长下坡采用运梁拖车进行运梁施工安全验算及特别注意事项最大纵坡达到3.8%，通过计算下滑力：F = 50.2KN ；5.3.1 运梁拖车在已经架好的梁板上滚动行走过程的安全验算：计算得：F滚=SP=0.5KN,即对梁板影响非常小，可以忽略不计。5.3.2 当运梁拖车在已经架好的梁板上行走需要刹车制动时的安全验算：通过公式计算得

19、：K=1.8 >1,安全。5.3.3 、大纵坡长下坡工况下运梁拖车下坡最大行驶速度确定通过公式计算：v=Ft/m=29m/ 分钟，但为保证与架桥机喂梁天车速度同步，故在接近架桥机尾部和喂梁时拖车行驶速度必须控制在5 米 / 分钟左右。另对于架梁后，墩梁固结、横隔板及湿接缝等来不及施作或高墩影响等，建议控制在15 米 /分钟以内。5.4 高墩对长大纵坡下坡运梁的影响采用有轨道和无轨道两种方式进行运梁，采用运梁拖车（跑车）则是一种较为新型的施工工艺，并且随着设备及技术的逐渐成熟，作为新工艺将会取代传统的轨道方式运 梁，特别是对于长大桥梁长距离运输，有着较好的发展前景。5.4.1 高墩对大纵坡

20、长下坡工况下轨道方式运梁的影响5.4.1.1 下滑力计算：最大纵坡达到3.8%，通过计算下滑力：F =49.8KN 。1.1.1.2 运梁小车在轨道上滚动行走过程的安全验算：计算得：F滚=SP/R, P=393KN R=30cmg 8 =0.05 ,代入数据计算得 F=2F滚=1.31KN, 即对轨道影响非常小，可以忽略不计。1.1.1.3 当运梁小车在轨道上行走通过高墩需要刹车制动时的制动力计算：如果制动时间为 3秒，则通过公式 mv=Ft,计算得F=mv/t=36.4KN ,再加上一个下滑 力F=49.8KN, N=P+F=86.2KN要求轨道对运梁小车钢轮提供的摩擦力必须大于N才能够及时

21、刹车和制动，满足要求。5.4.2 高墩对长大纵坡工况下无轨方式运梁拖车运梁的影响（突破的关键技术部分）5.4.2.1 下滑力计算：最大纵坡达到3.8%,通过计算下滑力：F = G Xsin 0 =50.2KN ;5.4.2.2 在运梁拖车在已架好的梁板上滚动行走过程的安全验算：通过公式计算得：F滚=SP/R,计算得F=2F滚=0.5KN,可以忽略不计。5.4.2.3 当运梁拖车在已架好的梁板上行走通过高墩需要刹车制动时的制动力计算：如果制动时间为 3秒，通过公式 mv=Ft计算得F=mv/t=99KN,小于总力N=P+F=149.2KN 满足要求。5.4.3 高墩对大纵坡长下坡运梁的安全影响及

22、原因分析和采取措施通过上述计算发现，采用无轨方式的运梁拖车运梁在通过已架好的高墩桥跨需刹车制动时，需要已架好的梁板提供149.2KN 的制动力，经过认真研究，关于高墩桥梁对运梁的影响必须采取以下强制要求或措施：第一条运梁通道必须保证足够的平整度；第二条承担运梁通道的梁片必须及时焊接连接相邻所有梁片的纵向和横向连接钢筋；第三条架梁完成后必须抓紧湿接缝、横隔板和墩顶现浇连续段（包括墩梁固结）以及墩顶负弯矩预应力等工序施工。一是可以保证全跨所有梁片能够整体共同受力，避免 单片裸梁单独受载；二是减少高墩对运梁的影响。第四条运梁通道每两联伸缩缝之间对应梁片纵向设置适当的约束和纵向锁定连接钢筋，将伸缩缝两

23、侧预留槽钢筋进行纵向对应焊接连接，以减少高墩对运梁的不利影响，待一联全部吊装和连接完成后，再恢复伸缩缝的活动功能。6 大纵坡工况下架设40 米 T 梁当桥梁纵坡大于±2.5 时，视为纵坡较大架梁。6.1 大纵坡长下坡对喂梁的影响采用轨道小车喂梁，同为电机，与吊梁天车可以通过电路连接，可保持同步。但采用运梁拖车在喂梁过程中，吊梁天车为电动，拖车为柴动，在大梁前端被架桥机天车起吊后，而大梁后端仍在拖车上，由于机器本身和操作原因，很难保持架桥机吊梁天车和运梁拖车同步前进。通过研究，在喂梁过程中，为保证顺利喂梁，采取的措施如下：6.1.1 在喂梁过程中，通过调整1#天车吊梁的钢丝绳长度保证4

24、0米T梁始终处于水平状态，或是梁的前端略高于后端。6.1.2 在喂梁过程中一定要安排专人负责指挥，尽可能的保持天车和拖车前进速度保持同步。6.1.3 在喂梁过程中，为防止天车和拖车前进速度不同步，或出现机械故障而出现意外情况，须在架桥机两侧尾部各增设一个35吨（N=30KN>P=21.7KN满足要求）的葫芦与已架好的梁片拉紧。6.2 大纵坡工况下高墩对架桥机过孔的影响6.2.1 大纵坡工况下架桥机过孔步骤及措施第一步：调平架桥机机臂，将后支点、前支腿支起，使中支点离地并前移22.3 米，两横导梁移置至中支点处；第二步： 收起后支点，两机臂水平平行前移17.862 米， 使前辅助顶杆置于前

25、桥墩（台）盖梁前部，同时两小车移至架桥机尾部做配重；第三步：再次检查架桥机机臂是否水平，支起前辅助顶杆、前支点、中辅助顶杆、后支点，使中支点离地并前移17.7 米，并支好；第四步：收前支腿，并前移40 米，到桥墩架梁位置并支好；第五步：收起前辅助顶杆、后支点，两机臂水平平行前移22.14 米，成架梁状态。架桥机过孔的关键控制程序：就是始终检查和保持架桥机机臂为水平工作状态，严格按作业程序和操作步骤进行，由专人操作和统一指挥。6.2.2 大纵坡下坡架桥机过孔过程中，高墩处于偏心受压在大纵坡下坡工况下，架桥机过孔随着各个步骤和工序的推进，高墩的受力状态也在发生变化。主要有以下几种状态：第一种状态：

26、一孔梁全部架设完成，架桥机过孔第一步，此时2#高墩盖梁承受一孔梁的一半自重和架桥机前支腿传来的荷载，为偏心受压；3#高墩盖梁承受一孔梁的全部自重和架桥机后支腿传来的荷载，为偏心受压；第二种状态：即架桥机过孔第三步，此时前辅助顶杆置于1#高墩盖梁前部，1#高墩承受前辅助顶杆传来架桥机自重所分配的荷载，为偏心受压；2#高墩盖梁承受已架好一孔40米T梁自重的一半和通过架桥机前支腿传来的桥机自重荷载，为偏心受压；第三种状态：即架桥机过孔结束，此时前支腿置于1#高墩盖梁前部，1#高墩承受前支腿传来架桥机自重所分配的荷载，为偏心受压；6.4 大纵坡工况下高墩对架桥机架梁过程的安全影响6.4.1 大纵坡工况

27、下架桥机架梁步骤及措施第一步：调平架桥机机臂，将后支腿、前支腿支垫稳固；第二步：将吊梁1#和 2#小车全部移至架桥机尾部，准备喂梁和接梁；第三步：待架梁片运到架桥机尾部，1#小车接梁、起吊，运梁车开始喂梁，到2#小车接梁、起吊，退出运梁车，完成喂梁；第四步：1#和2#小车共同起吊，注意保证或保持 40米T梁为水平，同时尽可能的降低40米T梁的重心高度，同步纵向前进到达待架纵向位置，安放和检查支座的各项指标；第五步：根据待架梁片的编号，架桥机整机携梁沿横移轨道进行移动到达横向指定位置；第六步：调整吊梁小车的吊绳长度，进行纵向、横向和竖向即前后、左右、上下微调，先就位梁的一端，根据先低后高或先固定后活动支座的落梁顺序，再精确就位另一端；第七步：40 米 T 梁准确就位后，及时加设斜撑和对端横隔板进行适当的支垫，进行横向稳定性焊接连接和检查；6.4.2 大纵坡下坡架梁过程中，高墩处于偏心受压在大纵坡下坡工况下，高墩的受力状态也将发生变化。设定待架跨的前桥墩为1#高墩，后桥墩为2#桥墩，已架跨的后墩为3#桥墩，既跨2#、 3#桥墩高墩的40 米 T 梁已经架设完成，架桥机过孔准备架设下一跨（跨1#、 2#桥