呂紅軍

摘要：文章結合國道G323東蘭紅水河大橋危橋改造維修實例，介紹了采用貝雷梁龍門吊代替普通吊車拆除安裝橋梁構件的施工方案，分析了貝雷梁龍門吊的設計方案與施工步驟，并通過貝雷桁架內(nèi)力、應力、變形及穩(wěn)定性驗算，驗證了該施工方案是可行的。

關鍵詞：貝雷梁;龍門吊;橋梁維修;運用

0 引言

在既有公路一般橋梁危橋改造維修中，一般采用吊車配合破碎機進行拆除安裝，進度慢，且吊車于橋上施工安全風險大。對于多拱連拱拱橋維修改造來說，由于拱橋多拱結構受力特點，上述施工方法因受力不均勻，不對稱，安全風險大，若運用貝雷梁龍門吊配合施工，可以縮短施工工期，降低工程造價，降低安全風險。

貝雷梁是用貝雷片桁架縱向連接，貝雷架之間通過連桿連接，相互組成多樣排架，具有施工方便、承受荷載大的特點。

1 工程概況與橋梁結構

東蘭紅水河大橋位于國道G323線東蘭縣境內(nèi)，橋梁中心樁號K1325+012，跨越紅水河，橋梁全長458.1m，寬度9.5m，竣工于1991年3月。

橋梁位于東蘭紅水河庫區(qū)內(nèi)，原橋荷載等級：汽車-20級，掛-100，人群荷載3.0kN/m2;橋梁橫斷面布置為：1.25m（人行道）+7m（行車道）+1.25m（人行道）=9.5m。

跨徑組合為：5m×80m鋼筋混凝土箱型拱橋，兩頭橋臺為漿砌片石重力式橋臺，明挖擴大基礎，水中橋墩為混凝土實體墩，墩高40～60m，主拱圈為10m×80m箱型拱，拱軸系數(shù)m=1.756，矢跨比為1/6。拱上為3柱式立柱，立柱縱向間距為5.0m，柱頂（墻頂）帽梁承托行車道板。

橋梁已運行多年，但隨著當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展，交通量的增大，橋梁病害逐年增多。2019年橋梁檢測為四類危橋，需進行維修加固，維修加固主要方案如下：

（1）主拱圈拱腳、拱上立柱腳段及墩上立柱采用外包混凝土增大截面法加固。

（2）拆除主（引）橋墩上蓋梁、主橋拱上立柱（橫墻）蓋梁及主拱實腹段挑梁新建;挖除主拱實腹段填料，改拱頂實腹為空腹。

（3）更換人行道板和行車道板為預制π型板。

（4）重做橋面及人行道鋪裝，更換人行道欄桿等。

（5）增設通航孔橋墩防撞系統(tǒng)。

全橋主要工程量及難點在于多拱結構的拆除與安裝。原主要拆除方案如下（見圖1）：

由于G323紅水河大橋是東蘭特別是隘洞鎮(zhèn)人民群眾工作、生活出行的重要通道，當?shù)卣畬κ┕て陂g的通行條件特別重視，要求保留半幅人行道、橋面作為行人及施工通道?；诖?，橋梁加固原施工圖設計采用如下分幅拆裝方案：

（1）采用兩臺吊車自中跨跨中退行拆除半幅原人行道板、行車道板。

（2）采用兩臺吊車自中跨跨中退行拆除各蓋梁的一半;重新澆筑新作半段蓋梁;架設半幅預制π板，恢復先拆除的半幅的通行條件。

（3）如上，再行拆裝另外半幅。

由于運輸通道寬度受限，上述兩幅拆裝加卸載過程均無法實現(xiàn)對稱均衡作業(yè)，而且蓋梁分先后兩段完成，原施工圖設計（見圖1）采用如下方案：

（1）對先行新建半幅蓋梁設置臨時鋼支撐支承;

（2）對分兩部分先后澆筑完成的蓋梁，設預應力鋼絞線進行張拉，以增強整體性;

（3）各橋墩設置臨時錨固張拉系統(tǒng)，采用分級張拉的方式，在拆除和安裝梁板的過程中，分段、分級施加（釋放）預應力，確保加載、卸載過程中的對稱平衡。

2 貝雷梁龍門吊拆裝方案提出的緣由

項目開工進場后，項目部、總監(jiān)辦、建設辦及時就橋梁加固維修施工的交通組織事宜向當?shù)卣M行了匯報溝通。受脫貧攻堅任務的影響，東蘭縣人民政府要求延遲開工日期至春節(jié)后，并希望施工單位加大投入、精心組織、縮短工期，盡可能減少因橋梁施工給當?shù)厝嗣袢罕姽ぷ魃顜淼牟槐?，同時于春節(jié)后進行全封閉施工。

基于施工工期要求和施工期間通行條件的變化，需變更橋梁拆裝加卸載施工方案。經(jīng)多方案比選，擬采用貝雷梁作為承載結構，架設龍門吊，用龍門吊完成拆裝加卸載過程的起吊和運輸作業(yè)，可縮短工期，降低工程造價、降低施工安全風險。

3 貝雷梁龍門吊的設計、計算

3.1 設計方案

貝雷梁龍門吊作為紅水河大橋舊橋改造拆裝工具，主要采用貝雷梁桁架組裝，在橋梁橫向上下游各設一排排架，間距為8m。每排排架由3片桁架組成，間距為45cm。橋梁縱向按施工需要，排架長度約為480m，并在排架上安裝龍門架鋼軌。龍門吊可在鋼軌上全橋移動，可完成橋梁構件的拆除安裝、施工物件運輸、人員的通行，極大提高施工便易性。排架每10m設置一個支撐點，支撐點設于舊橋拱立柱蓋梁上，結構受力簡單、安全系數(shù)高。順橋向每隔150cm設置一道橫向加強弦桿，作為臨時人行道挑梁承重結構，施工人員進出維修點快捷安全（見下頁圖2、圖3）。

3.2 施工步驟

（1）封閉交通后，采用吊車拆除主橋兩側人行道欄桿及人行道板，并清理干凈以利貝雷梁架設。暫時保留行車道板，便于貝雷梁和龍門吊的安裝。

（2）按方案圖用吊車將拼裝好的貝雷梁節(jié)段架設組拼安裝于蓋梁挑梁的梁端上并做好支承、固定。

（3）在貝雷梁上安裝、固定龍門吊軌道，鋪設施工通道、設置欄桿及防護，三臺龍門吊安裝就位。

（4）利用龍門吊按照跨內(nèi)自拱腳至拱頂方向對稱、全橋均衡的原則，拆除、吊運全橋主橋行車道板，保留引橋用作運輸通道。

（5）按照跨內(nèi)對稱、全橋均衡的原則，采用繩鋸在龍門吊配合下切割需拆除重建的舊蓋梁、挑梁，分兩次拆除吊運舊梁，重建各蓋梁、挑梁。

（6）施工期間，按照跨內(nèi)對稱、全橋均衡的原則完成各主跨拱圈、立柱加固任務的施工，以保證加固是在最大卸載狀態(tài)下完成的。

（7）上述工作完成后，即可利用龍門吊按照跨內(nèi)對稱、全橋均衡的原則架設行車道預制π型板、澆筑縱橫濕接縫。

（8）行車道預制π型板及縱橫濕接縫施工完成，即可拆除龍門吊、貝雷梁，用吊車安裝人行道預制π型板。

（9）待主橋上述工作完成后，引橋的拆除、安裝采用吊車輔助支架完成。

3.3 計算荷載

貝雷桁架主要承受荷載根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）及《公路橋梁抗風設計規(guī)范》（JTG/T3360-01-2018）取值如下：

（1）桁架和分配梁及人行道結構等自重。

（2）活荷載（人群）=3.0kN/。

（3）活荷載（龍門吊自重+吊重）：

龍門架自重180kN，吊重81.4kN，單側貝雷桁架按最不利受力考慮為180/2+81.4=171.4kN。由于龍門吊單側順橋向有兩個輪支撐于軌道上，輪距600cm，故計算時活荷載取為軸重86kN，順橋向軸距600cm，活荷載布置如圖4所示。

通過特征值分析，貝雷桁架一階豎向基頻f=14HZ，根據(jù)（JTGD60-2015）第4.3.2條，活荷載（龍門吊自重+吊重）考慮沖擊系數(shù)μ=0.45。

（4）風荷載：

根據(jù)規(guī)范查閱當?shù)鼗撅L速U10=22.3m/s，按規(guī)范取為24.5m/s，根據(jù)規(guī)范（JTG/T3360-01-2018）第5.3.1條，求得橫橋向風作用下，每片貝雷桁架單位長度上的順風向等效靜陣風荷載Fg=1.27kN/m。

3.4 貝雷桁架內(nèi)力驗算

3.4.1 貝雷桁架內(nèi)力驗算模型

內(nèi)力驗算采用Midas2019軟件建立梁格模型，橫向建立三片主梁，主梁之間通過分配梁連接，內(nèi)力驗算模型見圖5。模型中分配梁按實際斷面，主梁采用等效斷面。

內(nèi)力驗算考慮恒重、活荷載（人群）及活荷載（龍門吊自重+吊重），荷載組合根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）第4.1.5條，采用基本組合進行驗算，荷載組合見表1。

單片貝雷桁架幾何特性：I=250497.2cm4，W=3578.5cm3;

單片貝雷桁架容許內(nèi)力：彎矩=788.2kN·m，剪力=245.2kN。

3.4.2 貝雷桁架內(nèi)力驗算結果（見表1）

從表1可知，貝雷桁架內(nèi)力驗算滿足要求。

3.5 貝雷桁架應力及變形驗算

3.5.1 驗算模型

應力驗算考慮恒重、活荷載（人群）及活荷載（龍門吊自重+吊重）及風荷載，荷載組合根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）第4.1.5條，采用基本組合進行驗算（見圖6～7）。

3.5.2 貝雷桁架應力及變形驗算結果（見表2）

從表2、圖8知，貝雷桁架最大撓度為7.8mm

3.6 貝雷桁架穩(wěn)定驗算

貝雷桁架穩(wěn)定驗算主要檢驗貝雷桁架在恒載和活荷載作用下的失穩(wěn)安全系數(shù)，模型計算時，將恒載設置為常量，活荷載設置為變量，進行屈曲分析，得到貝雷桁架穩(wěn)定安全系數(shù)。

穩(wěn)定分析考慮以下三種工況下的活荷載布置位置：

（1）工況1：貝雷桁架桿件發(fā)生最大應力;

（2）工況2：貝雷桁架桿件發(fā)生最大軸力;

（3）工況3：貝雷桁架發(fā)生最大豎向位移。

三種工況穩(wěn)定分析結果見表3。

3.7 結構驗算結論

通過以上計算，貝雷桁架內(nèi)力、應力、變形及穩(wěn)定驗算均滿足規(guī)范要求，采用貝雷梁龍門吊進行紅水河大橋維修改造拆除安裝的施工方案是可行的。

4 結語

鑒于既有公路橋梁維修加固質(zhì)量、安全和進度的需要，以及多拱拱橋結構的復雜性，根據(jù)設計圖紙及現(xiàn)場實際選擇合理的施工方案，進行詳細的設計、驗算是十分必要的。為確保方案的科學、經(jīng)濟、可行，方案實施前，必須組織各方進行專題論證，并且在施工過程中嚴格按照批準的方案組織實施。該橋的龍門架設計、實施，在確保項目施工進度、安全質(zhì)量方面，取得了較好的成果，希望能對類似工程起到一定的借鑒作用。

參考文獻：

[1]路橋施工計算手冊編寫組.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]JTGD60-2015，公路橋涵設計通用規(guī)范）[S].

[3]JTGF90-2015，公路工程施工安全技術規(guī)范[S].