夏祥杰 王 偉 張永昌

中國化學工程第十一建設有限公司 河南開封 475002

神農湖大橋為獨塔雙索面斜拉橋，采用“人”字形鋼結構索塔，塔柱外形按照樣條曲線變化。其中下塔柱及橋面為鋼筋混凝土結構，橋面以上部分為鋼結構索塔柱，在組裝場地進行分段組裝。索塔總高109m，重1894t，道路中心線和分孔線對稱布置。除鋼混結合段4段，索塔共分為12 個節(jié)段，每節(jié)段長4.5～12 m，節(jié)段間采用端面金屬接觸，M24 高強螺栓連接。該工程屬于大型吊裝工程，節(jié)段重量較重且重心不一，加上復雜的吊裝作業(yè)環(huán)境，給吊裝工程帶來了很大風險。為保證鋼索塔安全高效吊裝，對吊具結構、吊裝方案的可行性和施工工藝進行了綜合分析。

1 模塊化分段吊裝

對于索塔這類體積龐大的高聳鋼結構，更適合采用分部整體吊裝的施工方法：將整座索塔分割成若干個節(jié)段（鋼結構模塊），再利用大型吊裝機械將其分別吊裝就位和連接，即模塊化分段吊裝。該方法在縮減工期和成本的同時，大大減少了高空作業(yè)，保證了吊裝工作的安全進行。

模塊化分段吊裝首先要制定實施方案，根據索塔特點進行模塊分段。在設計院所及制造企業(yè)對工程項目進行模塊化設計和建造，保證模塊加工質量，并要將每個模塊安全運輸至拼裝場地進行拼裝，拼裝完成后將節(jié)段運至吊裝現場進行吊裝。

經綜合考慮，索塔“模塊化”分段如圖1 所示。

圖1 索塔分段示意圖

2 吊裝方案的選擇

2.1 方案的確定

根據索塔特點，整體吊裝方案設想有軸式吊耳吊裝方案、板式吊耳吊裝方案和特制吊具吊裝方案。

（1）軸式吊耳吊裝方案：索塔各節(jié)段左右兩側各設置一個軸式吊耳，節(jié)段上方還需使用與節(jié)段規(guī)格相匹配長度的支撐式平衡梁。該方案吊耳與吊具處于同一平面，穩(wěn)定性不足，且軸式吊耳與平衡梁組合制造難度大、費用高，不宜采用。

（2）板式吊耳吊裝方案：節(jié)段對稱軸兩測各設置兩個吊耳，對稱軸兩測的吊耳分別用一根鋼絲繩連接，且分別掛在吊車鉤頭的兩個懸掛處。該方案節(jié)段重心難以確定，節(jié)段找正困難，不易調節(jié)，吊裝過程中需要過多輔助，費時費力，不宜采用。

（3）特制吊具吊裝方案：在板式吊耳吊裝方案基礎上增加了兩個特制吊具（雙向可調節(jié)找正平衡裝置），節(jié)段板式的設置與板式吊耳吊裝方案一致，對稱軸兩測的吊耳分別用一根鋼絲繩連接，且分別掛在兩個雙向可調節(jié)找正平衡裝置的鋼絲繩懸掛處，找正平衡裝置再分別用一個卡環(huán)和一根鋼絲繩與吊車鉤頭的兩側連接。該裝置制造簡單，適用性廣，便于調節(jié)，具有良好的經濟效益和社會效益，可確保索塔安裝高質量、高效率的完成。經過對比分析，宜采用該方案。

2.2 特制吊具結構及使用

特制吊具包括擋板、支撐板、內圈和外圈，其中內圈套在卡環(huán)銷軸上，外圈掛上主吊鋼絲繩，卸扣弓形一端用鋼絲繩與吊車鉤頭相連接。為了加固該特制吊具的強度，內圈與外圈之間使用兩塊支撐板。特制吊具結構材料采用Q235B 鋼板和Q235B 無縫鋼管。特制吊具的結構示意圖和工作示意圖分別見圖2 和圖3。

圖2 吊具結構示意圖

圖3 吊具工作示意圖

（1）根據吊點數量選擇吊具數量，兩個吊點需用一個吊具；

（2）在主吊車鉤頭上掛上連接繩；

（3）在連接繩下端彎折處掛上合適噸位的卸扣，并用卸扣銷軸穿過裝置內圈將其連接在一起；

（4）將主吊繩扣一端從卸扣弓形弧面與裝置之間的空隙穿過，將中心彎折處放置在外圈與擋板之間，使其自然下垂；

（5）提升鉤頭使主吊繩扣下端離地，并將其與主吊耳分別連接，同時輔助吊車吊住索塔節(jié)段的尾部，吊裝開始；

（6）當索塔節(jié)段完全直立時，將其吊裝就位，完成工作。

3 施工工藝流程

索塔節(jié)段由運輸板車運到橋址處后，需要700t 和250t 兩臺吊車相互配合翻轉直立。首先施工人員檢查索塔節(jié)段本體與吊耳焊接是否正常，技術人員檢查吊車各項技術參數，保證起重吊車安全穩(wěn)定工作；作業(yè)人員隨后將鉤頭和節(jié)段用吊具進行連接，并檢查吊具與索塔節(jié)段是否緊固連接；檢查無誤后，所有施工人員聽從指令，開始對索塔進行起吊。具體工藝流程如圖4所示。

圖4 施工工藝流程圖

3.1 節(jié)段運輸

索塔節(jié)段在總拼場地組裝完成后，臥置并用繩索將其固定在運輸板車上，運至吊裝場地，再用250t 履帶吊配合700t 履帶吊將節(jié)段卸至指定位置。節(jié)段到場前700t 和250t 履帶吊車在組裝預留場地進行組車，700t組車工況為超起主臂工況：主臂84m；250t 組車工況為主臂工況：主臂33m。卸車完成后，進行節(jié)段翻轉直立、“穿衣戴帽”等后續(xù)工作。

3.2 節(jié)段翻轉直立

進行700t 履帶吊車主吊索具及雙向可吊裝專用吊具的連接，起吊半徑18m；進行250t 履帶吊車溜尾吊索具連接，溜尾半徑9m；現場進行聯合檢查，完成翻轉直立前各項程序；700t 履帶吊車緩慢提升吊鉤，250t 履帶吊車隨之起升吊鉤，使節(jié)段離開地面100mm 左右，觀察吊車和索具的受力情況，檢查吊車地基情況，確認安全后開始翻轉直立；700t 履帶吊車提升吊鉤，250t 履帶吊車配合抬送節(jié)段尾部，適時旋轉臂桿并向主吊車方向行走直至節(jié)段脫鉤位置，待節(jié)段完全直立后拆去溜尾索具；將節(jié)段緩慢落至地面；節(jié)段翻轉直立完成。如圖5 所示，吊裝開始時，被吊節(jié)段呈臥置狀態(tài)，主吊車吊起節(jié)段上端不斷提升，并能承受節(jié)段全部吊裝載荷，輔助吊車提起節(jié)段尾端不斷向前抬送，直至節(jié)段直立。

圖5 節(jié)段翻轉示意圖

3.3 吊耳布置

本次吊裝每個索塔節(jié)段主吊耳使用4 個吊耳，溜尾吊耳使用2 個吊耳，規(guī)格根據索塔節(jié)段的重量選擇，要求安全系數不小于1.5。為防止在起吊過程中鋼絲繩與索塔節(jié)段頂部相碰，在節(jié)段自身強度能夠滿足的情況下，盡量把主吊耳位置設置在節(jié)段頂部。再根據節(jié)段重心，確定4 個吊耳的垂直高度，以達到節(jié)段直立時其底部盡可能水平的目的，方便后續(xù)的找正及安裝工作。

3.4 節(jié)段試吊

節(jié)段翻轉直立后，進行“穿衣戴帽”；然后進行700t履帶吊車主吊索具及雙向可吊裝專用吊具連接，起吊半徑18m；現場進行聯合檢查，完成吊裝前各項程序；經專業(yè)責任人員檢查確認所用設施安全的前提下，由吊裝指揮下令，對節(jié)段進行試吊；700t 履帶吊車緩慢提升吊鉤，使節(jié)段離開地面100mm 左右，靜置5min 后觀察吊車和索具的受力情況，以及吊車的地基情況，確認安全并簽吊裝命令書后開始正式吊裝。

3.5 正式吊裝就位

700t 履帶吊車提升節(jié)段至距離地面100mm 左右，掛上超起；700t 履帶吊車通過轉桿、起鉤及變幅動作最終就位半徑為26m，使節(jié)段位于就位位置上方并緩慢落鉤，使節(jié)段底部高出與上一節(jié)節(jié)段連接處0.2m；由安裝單位確認并調整好節(jié)段方位后，700t 履帶吊車繼續(xù)落鉤，將節(jié)段就位于接觸面之上；安裝單位確認節(jié)段與節(jié)段間固定完畢，并經監(jiān)理單位確認已經達到摘鉤條件后，700t 履帶吊車落鉤；作業(yè)人員將主吊裝繩索與主吊耳脫離，完成吊裝。

正式吊裝過程中，要安排足夠的人員控制溜繩，嚴禁節(jié)段非正常轉擺動。鋼絲繩掛摘鉤采用50t 汽車吊協助進行。

4 作業(yè)人員和機械設備配置

索塔節(jié)段吊裝工程量大，工序復雜，為確保吊裝工作安全高效地進行，在施工人員和機械設備的配置方面要做好充分的準備。

其中施工人員包括起重工、司機、普工及安全人員等，所有人員須持證上崗，經培訓并考試合格，聽從統(tǒng)一指揮，并要提前熟悉索塔吊裝方案和吊裝過程中需注意的事項，保證能正確操作。

機械設備中，主吊車為徐工制造的QUY700 型700t 履帶式吊車，溜尾吊車為日本神鋼制造的CKE2500- 2 型250t 履帶式吊車。還需配備安全設備如安全帶、警戒繩等，夜間施工時需要配置照明設備，保證施工區(qū)域燈光需求。主索具選用Φ90- 8×61+FC- 1670 40m 鋼絲繩，溜尾鋼絲繩使用Φ50- 6×37+FC- 1670 20m 鋼絲繩。Φ90 鋼絲繩每股破斷拉力4080kN，吊裝時用到2 根，每根一彎兩股，共4 股，索塔節(jié)段最大重量為184t；Φ50 鋼絲繩每股破斷拉力1230kN，吊裝時用到2 根，每根一彎兩股，共4 股，索塔節(jié)段最大遛尾重量為60t，彎折系數取0.75。

主吊鋼絲繩安全系數K=4080×4×0.75/（184×10）=6.7＞6，滿足索塔吊裝安全要求；

溜尾鋼絲繩安全系數K=1230×4×0.75/ （60×10）=6.2＞6，滿足索塔吊裝安全要求。

節(jié)段在基礎附近采用立式整體吊裝的方法進行吊裝。

（1）T2- 1—T7 節(jié)段：700t 履帶吊車選用重型主臂超起工況，臂長84m，最大吊重184t，最大超起配重250t，吊裝半徑26m，最大吊裝負荷為233t。

（2）T8—T12 節(jié)段：在基礎附近采用立式整體吊裝的方法進行吊裝，700t 履帶吊車選用輕型主臂超起工況，臂長114m，最大吊重106.4t，最大超起配重200t，吊裝半徑26m，最大吊裝負荷為125t。

（3）250t 履帶吊全程使用33m 主臂工況，最大溜尾半徑為9m，最大吊裝負荷為60t。

兩車抬吊時負荷率最大為75.9%，主吊車單獨起升時主吊車負荷率最大為85.8%，安全系數取1.1，皆滿足現行的安全要求。

5 結論

長治神農湖大橋索塔“人“字形鋼結構索塔高109m、重1830t，采用“模塊化”吊裝技術分段吊裝就位。索塔“模塊化”分段吊裝為大型吊裝項目，索塔節(jié)段易變形且重心位置不容易確定，吊裝施工風險系數高，難度較大。

根據鋼索塔的結構特點和現場具體的施工環(huán)境，對特制吊具的設計、吊裝機械設備的使用、吊裝方案設計及可行性分析，并根據分析結果完成CAD 吊裝圖繪制，制定索塔在特制吊具使用下的“模塊化”分段吊裝工藝流程，最終得出如下結論：

（1）從索塔結構特點以及現場情況出發(fā)設計了三種吊裝方案，分別是軸式吊耳吊裝方案、板式吊耳吊裝方案和特制吊具吊裝方案。從結構特點、可行性、施工工藝等方面進行對比，認為吊具結構簡單，適用性廣，穩(wěn)定性好，在給索塔“模塊化”分段吊裝帶來極大便利的同時保障了安全性，使工程更加安全、有效、快速。故采用特制吊具吊裝方案。

（2）神農湖大橋索塔“模塊化”分段吊裝特制吊具的設計和“模塊化”分段吊裝施工工藝的實施，保證了索塔吊裝工程能夠安全有序的進行。