公路施工：折叠式摇臂吊机安装桥面板施工工法

1 折叠式折叠式摇臂吊机摇臂吊机安装安装桥面板施工工法桥面板施工工法 中交路桥建设有限公司 中交路桥华东工程有限公司 闫 朔 辜力武 裴剑铃 杨军宏 黄少兵 1 前言前言 上世纪 30 年代叠合梁结构开始出现，但直到 20 世纪 80 年代叠合梁斜拉桥才得到了发展。90 年 代开始，国内相继建成南浦大桥、杨浦大桥、东海颗珠山大桥、江苏灌河大桥等一系列大跨径叠合梁 斜拉桥，青州闽江大桥更是以主跨 605m 的跨径在同类型桥梁中位列世界第一。 根据叠合梁构造特点及桥位环境特征，斜拉桥叠合梁安装所采用吊装设备形式多样，但归纳起来 可分为 270/360旋转吊机（克灵吊） 、变幅式吊机、整体或分幅桁架式吊机三大类。随着斜拉桥 上部结构吊装技术的不断革新，装配化、标准化施工理念的提出，叠合梁采取“厂内预制组装，现场 整体吊装”的施工方法，以其吊装速度快、变形小等特点，越来越受到青睐，叠合梁施工被划分为钢 梁安装和桥面板安装两大部分，整体或分幅桁架式桥面吊机被大量采用。桥面吊机型式也从单一的钢 梁安装逐步演变为集“钢梁吊装匹配、桥面板安装、辅助挂索”功能为一体的多功能设备，即在常规 的桁架式桥面吊机基础上，在桥面吊机尾部设置天车，取代桥面龙门吊功能，负责桥面板安装；在桥 面吊机前支点立柱位置设置小摇臂吊，辅助斜拉索梁端牵引、入锚工作。 但是随着城市化进程不断推进，机动车道、非机动车道、人行道同一断面布置的桥梁逐渐增多， 城市桥梁宽度逐渐加大，新井冈山大桥桥面宽度达到了 38.0m，而且索外摒弃了钢挑臂设计，而是采 用支撑于钢梁挑臂上的混凝土桥面板设计，供非机动车和行人通行。常规桁架式桥面吊机仅能安装拉 索机动车道范围内桥面板，而无索外边板安装的先例和经验。在认真分析和对比了国内知名叠合梁斜 拉桥上部结构吊装设备的基础上， 以索外边板吊装为出发点， 借鉴人体工程学的理论， 创造性的用“折 叠式摇臂吊机取代常规桥面吊机尾部的天车结构”，形成“桥面吊机主体、尾部折臂吊机”的整体构 造，实现钢梁吊装和拉索内外桥面板顺利安装。 目前与该工法相关的“斜拉桥叠合梁折叠式摇臂桥面吊机设计及施工技术研究”已通过中国公路 学会科技成果鉴定，研究成果总体上达到国内领先水平；另外， “斜拉桥叠合梁折叠式摇臂桥面吊机 设计及施工技术”获得中国交建第一届青年论坛“五小”创新银奖；并申请“折叠式摇臂桥面吊机” 使用新型专利一项；工法实施过程中开展的“提高叠合梁现场散拼精度合格率” 、 “成倍提高叠合梁桥 面板安装进度”获得企业级优秀 QC 成果奖。 2 工法工法特点特点 折叠式摇臂吊机安装桥面板施工技术是对叠合梁桥面板安装设备的又一次革新和实践， 其与叠合 梁安装桥面吊机一体化设计、两级折臂灵活实现索外混凝土边板的安装更是国内首创。 折叠式摇臂吊机以桥面吊机后立柱为转轴，可以 360旋转，完成当前节段桥面板安装；折叠式 摇臂吊机的两级折臂设计，可以绕过当前节段斜拉索，完成索外混凝土边板安装。 第 1 页 共 17 页 2 3 适用适用范围范围 当斜拉桥上部结构设计采用“钢主梁结合桥面板”的П型叠合梁设计、 施工采取“桥面板后场预 制、桥位安装”施工方案时，均可应用本折臂吊机。尤其是在设计有索外边板时，本折臂吊机功能及 特性得到最大限度发挥。 对于重量在 180t 以内的钢箱梁，只需将吊机尾部折臂拆除，即可采用本课题研发的桥面吊机直 接进行吊装。 4 工艺工艺原理原理 折叠式摇臂吊机的基本原理是用两台折叠式摇臂吊机取代常规桥面吊机尾部的天车，折臂吊固 定在桥面吊机后立柱上，折臂吊以后立柱为旋转轴 360旋转，覆盖桥面板安装范围，起吊安装当前 节段桥面板，尤其是通过两级折臂灵活配合绕过斜拉索，完成索外混凝土边板安装。 折叠式摇臂吊机是悬臂式桅杆起重机的一种形式，同时更是机械臂的一种形式。 考虑到索外边板安装时，仅一级折臂无法满足绕索的要求，因此在折臂吊机的总体形式选择时， 考虑采用两级折臂形式。根据人体工程学的概念，一级折臂为大臂、二级折臂为小臂，折臂前端设计 抓手。 摇臂吊机主体为桁架结构，通过销轴分别布置在两侧桥面吊机后立柱上。折叠式摇臂桥面吊机整 机能绕后立柱 360旋转，两级折臂之间采用铰接，可以手动旋转折叠悬臂，使吊机处于合适位置顺 利安装桥面板。悬臂式桅杆起重机吊重覆盖范围为以立柱为中心、直径为两级折叠总长的圆形区域。 5 施工工艺施工工艺流程及操作要点流程及操作要点 5.1 叠合梁叠合梁及桥面板及桥面板工程工程概况概况 主梁采用双边箱形主纵梁结合桥面板的整体断面，两边主纵梁拉索锚点横向中心距 32.6m，全宽 38.0m，梁高 3.3m主梁中心线处，其中主纵梁中心线处梁高 2.761m。 钢主梁系为主纵梁、横梁、小纵梁及挑梁组成的梁格体系，各构件间采用高强螺栓连接。 图图 5.15.1- -1 1 钢主梁钢主梁单元划分示意图单元划分示意图 混凝土桥面板分为预制部分和现浇部分，预制桥面板采用 C55 混凝土。为了减小收缩、徐变对结 构的影响，预制板安装要保证六个月以上的存放时间。 第 2 页 共 17 页 3 以桥梁结构中心线对称布置六块预制板。标准段预制板厚度 26cm，靠近边墩横梁的预制板厚度 由 26cm 变化至 40cm。预制桥面板最大吊装重量 17.86t。预制板分 38 种类型，全桥共 432 块。 图图 5.15.1- -2 2 桥面板预制桥面板预制及堆放照片及堆放照片 5.2 折臂折臂吊机吊机创新点创新点 本项目桥面吊机除具备常规桥面吊机的自动整机液压行走、数控同步对称吊装、吊具调平精确对 位等功能外，具有以下创新点 （1）折叠式摇臂吊机以桥面吊机后立柱为转轴，可以 360旋转，完成当前节段桥面板安装； （2）桥面吊机前端卷扬机负责吊装梁段，后端按照人体手臂工程学设计的折叠式摇臂吊机负责 安装桥面板，通过两级折臂设计、成功避开斜拉索，实现了索外边板的安装。 5.3 折叠式摇臂吊机设计折叠式摇臂吊机设计 5.3.1 折叠式折叠式摇臂吊机摇臂吊机设计设计思思路路 可折叠式摇臂吊机是悬臂式桅杆起重机的一种形式，同时更是机械臂的一种形式。 考虑到索外边板安装时，仅一级折臂无法满足绕索的要求，因此在折臂吊机的总体形式选择时， 考虑采用两级折臂形式。根据人体工程学的概念，一级折臂为大臂、二级折臂为小臂，折臂前端设计 抓手。 主机为桁架结构，通过销轴分别布置在两侧桥面吊机后立杆上，单侧共计两台。折叠式摇臂桥面 吊机整机能绕后立杆旋转，分为两段式结构，两段结构之间采用铰接，可以手动旋转折叠悬臂，使吊 机处于合适位置顺利安装桥面板。 根据工程计算，折臂位置回转阻力矩为 2376Nm，操作时在两段桁架铰接处安装缆绳，即可依靠 人力转动或折叠桁架。该悬臂式桅杆起重机吊重覆盖范围为以立柱为中心、直径为 8m 的圆形区域。 第 3 页 共 17 页 4 图图 5 5.3.1.3.1- -1 1 机械臂机械臂人体工程学模拟图人体工程学模拟图 图图 5 5.3.1.3.1- -2 2 折叠式摇臂吊机三维图及现场照片折叠式摇臂吊机三维图及现场照片 5.3.2 机架设计机架设计 机架整体分两节设计， 第一