变臂变幅附塔回转吊机在结合梁斜拉桥中的应用

对于结合梁斜拉桥柱梁施工，一般采用散拼或者整体吊装方式进行，但在受地形限制无法边跨取梁时，需要在塔区进行0#块和桥面吊机拼装以及标准节段各构件的垂直吊运。钢梁、桥面板、桥面吊机回转机构等最大吊装重量可达25t，且标准节段施工中，斜拉索的挂设进一步减小了塔区吊装空间，在主塔施工时所用塔吊无法满足结合梁主梁施工要求。为了解决以上工艺的不足，提出一种新型附塔吊机，通过采用节段式组合吊臂及增设回转、变幅机构，可实现主梁不同施工工序起重吊装要求，达到结合梁主梁快速拼装目的。

1　基本原理及结构设计

为了保证在菱形、A型塔斜塔柱上稳定附着且达到各构件吊装区域全覆盖，附塔吊机需满足斜塔安装固定、三维变幅功能，主要通过以下5点设计实现：

（1）设置钢结构立柱与倾斜塔身形成三角稳固受力体系。

（2）设计节段式组合吊臂，通过拆装以获得臂长维度变化。

（3）设计附着塔壁的钢结构底座并安装回转机构，实现水平回转。

（4）增加变幅卷扬机，实现垂直竖向变幅。

（5）附塔吊机各构件重量满足塔吊起重性能要求（根据项目实际情况控制，一般≤12t）。如图1所示为吊机整体结构图。

图1　吊机整体结构图

2　设计参数确定

根据施工实际需要确定以下参数并进行吊机设计：（1）额定起重重量；（2）起升高度；（3）变幅范围（吊臂长度、变幅角度）；（4）回转角度；（5）其他（电机功率、回转速度、载荷速度等）。

以中交二航局兰州南绕城高速公路西固黄河大桥为例，根据其施工条件，主要设计参数如表1所示。

表1　主要设计参数

3　附塔吊机安装及应用

3.1　附塔吊机安装

利用主塔施工既有塔吊进行吊机安装，主要涉及上下支座、立柱、吊臂的安装及钢丝绳的穿绕等，安装的总体思路是：支座安装→安装回转机构→安装立柱→安装吊臂→调试卷扬机→穿变幅钢丝绳、起升钢丝绳→荷载试验。

（1）清理主塔塔柱上预埋钢板，除掉混凝土等污物。利用全站仪通过调整基座拉板，保证平面水平。在下基座的上盖板上找出至少3个以上基准点，检查无误后烧焊，拉板与预埋件之间的焊缝要求一级全熔透，并要求100%超声波探伤。

（2）回转机构拼装成整体安装，与钢底座采用10.9级M30高强度螺栓连接，要求拧紧力矩为1800N·m。

（3）由于塔吊的起重量的限制，立柱分段进行安装，并在立柱各段侧面设置两个吊耳，用塔吊先将立柱翻身至竖直状态。首先，安装立柱下部，将立柱下部吊装至下基座上，安装与回转支承的螺栓连接；其次，安装立柱中部，立柱中部与防倾装置整体安装，使用同样的方法进行安装；最后，安装立柱上部、立柱顶部支座、上基座整体，防止顶部支座在安装过程中发生晃动，需用钢丝绳或倒链临时对顶部支座进行临时固定；立柱整体安装完成后微调上基座，检查立柱垂直度，确认无误后烧焊上基座。立柱下部与回转支承采用10.9级M30高强度螺栓连接，要求螺栓的扭矩为1800N·m，检查垂直度后（＜1%），另一端与上支座进行全熔透焊接，并100%探伤。

（4）安装起升卷扬机、变幅卷扬机、电气系统，接线并通电调试，保证回转机构能够正常回转，卷扬机能够启动工作。启动回转机构，将立柱吊臂铰座旋转至朝主塔下横梁侧，保证吊臂安装位置在塔吊的15m回转半径内，以便利用塔吊吊装吊臂。

（5）吊臂分段进行安装，吊臂节段1与吊臂尾部整体安装，吊臂节段2与臂头分段进行安装。吊臂节段1安装完成后，将事先挂在立柱上的临时钢丝绳1连接在吊臂节段1的耳板上，起临时固定作用，吊臂节段2安装完成后用同样的方法固定，最后安装臂头。安装过程中利用塔吊进行吊装，用导链葫芦、千斤顶等配合穿销轴。如图2所示为吊臂分节安装示意图。

图2　吊臂分节安装示意图（单位：mm）

（6）进行变幅钢丝绳与牵引钢丝绳的安装。用麻绳或细引绳作为牵引钢丝绳，牵引钢丝绳过立柱顶部转向滑轮、中部转向滑轮，按变幅钢丝绳缠绕图从固定端方向入绳，直至卷扬机，与卷扬机上的钢丝绳连接，利用牵引钢丝绳引导变幅钢丝绳的安装。在立柱中部转向滑轮处用绳夹、导链葫芦固定变幅钢丝绳，拆开牵引绳和变幅钢丝绳，将变幅钢丝绳固定到安装死头处。至此，变幅钢丝绳穿绕完毕。启动变幅卷扬机，缓缓拉起吊臂，操作顺利后拆掉临时拉索。将吊钩临时固定在栈桥上，同样用引绳牵引的方法安装起升钢丝绳。起升钢丝绳另一端留出足够长度并利用塔吊、吊篮将另一端固定在吊臂头部死头位置。启动卷扬机，将吊钩升至空中。至此，起升钢丝绳穿绕完毕。如图3所示为钢丝绳缠绕图。

图3　钢丝绳缠绕图

（7）整机安装完成后，进行整机电气系统调试。各项系统合格后，按照试验大纲进行吊重试验。

3.2　附塔吊机应用

高墩结合梁斜拉桥主梁施工，首先利用附塔吊机进行0#块钢梁拼装；0#节段拼装并临时固定完成后，附塔吊机在0#块上进行桥面吊机拼装；桥面吊机拼装完成后安装1#块并进入标准节段施工，此时引张1#挂斜拉索，为保证附塔吊机在索区吊装空间，将附壁吊机的吊臂拆除一节，用于后期吊装主梁各构件。拆卸时利用桥面吊机充当吊装工具：（1）先将吊臂放平，吊钩放置在桥面上。在吊臂中段和首段上设置吊耳，用桥面吊机拎住吊臂；（2）用钢丝固定吊臂头部滑轮、钢丝绳，以防止钢丝绳乱绳和跳槽；（3）在立柱与吊臂尾段之间设置一个临时拉索；（4）拆去吊臂尾段与中段之间的连接螺栓，用桥面吊机缓缓将吊臂中段、首段搁置在桥面上；（5）拆去吊臂中段与首段之间连接螺栓，用桥面吊机将吊臂首段与尾段连接；（6）拆掉固定用钢丝，缓慢启动变幅卷扬机，将变幅钢丝绳拉直，注意防止钢丝绳相互缠绕和跳槽。采用同样的方法拉直起升钢丝绳；（7）钢丝绳调整完毕后，拆去吊臂尾段与立柱间的临时拉索。变臂变幅吊机应用图如图4所示。

图4　变臂变幅吊机应用图

4　结语

综上所述，变臂变幅附塔吊机的优化设计和应用，成功解决了在施工条件受限情况下结合梁斜拉桥主梁拼装大型构件吊装难题，可充分利用塔区场地且基本不受起重高度限制，不仅保证了施工的顺利进行，而且实现了较大的社会效益及经济效益，可以为类似工程问题解决方案制定提供参考。

参考文献

[1]李斌．无应力状态法在结合梁斜拉桥施工控制中的应用[D]．成都：西南交通大学，2010.

[2]肖慧．大型回转吊机支撑结构强度直接计算方法研究[J].中国水运（下半月），2016，（6）.

收稿日期：2018-03-10

作者简介：赵国锋（1984-），男，湖北武汉人，中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司工程师，研究方向：高速公路施工。