大跨径跨海大桥钢箱梁吊装施工技术

大跨径跨海大桥钢箱梁吊装施工技术

吴金斌

上海城建市政工程（集团）有限公司   上海   200333

摘  要：钢箱梁吊装施工技术的研究是一个复杂的工程问题，涉及结构设计、材料特性、施工方法、安全评估等多个方面。通过地基承载力验算和模拟软件分析的结果以保证施工工艺的安全性和可行性。本文依托以大连某五号路跨海大桥项目为例，开展对其钢箱梁主桥体的吊装施工技术研究，该工程采用65m+5×100m+65m=630m七跨连续钢梁跨越入海口，本工程结合内河入海口的特殊场地条件采用了大节段整体吊装工艺，显著提高了全桥的拼装精度和线形美观度，可为类似工况提供指导和借鉴

关键词：跨海大桥；钢箱梁；吊装；施工

前  言：随着中国基础设施建设的不断发展和经济实力的快速增长，钢箱梁桥梁具有很好的强度和优良的抗震性能，同时重量相对较轻，这使得跨河、海大跨径桥梁可以承受更大的荷载，同时减少了对地基的要求，钢箱梁桥梁可以适应复杂的地理环境和极端的气候条件，具有较强的适应性和可靠性，同时能满足现代化桥梁的设计多样化，造型美观，可以成为城市景观的一部分。跨径大、结构形式复杂、受力状态特殊的钢箱梁在吊装过程中的受力不均匀和工艺选择不当都可能导致结构损伤，影响其稳定性和使用寿命。因此，结合具体工程实际情况，研究和应用合适的吊装技术是非常重要的。

大连某五号路跨海大桥，因其特殊的入海口的工况存在施工环境不稳定、风险不可控、工序繁多等因素，存在较多安全生产事故隐患，实际施工涉及的施工问题较多，笔者依托该工程对钢箱梁吊装工艺开展详细的阐述，为类似跨海桥建设工程提供经验和技术支持。

1工程概况

1.1工程简介

五号路跨海大桥全长810m。主桥为65m+5x100m+65m=630m七跨连续钢梁桥。引桥为3x30m=90m三跨预应力混凝土连续梁桥，两侧引桥总长180m。主梁采用等高钢箱梁形式，由2根边梁和2根中梁通过横向联系组成，梁宽35m，梁高4m，高跨比 1/25。中支点梁底采用变高装饰钢板形成变高造型，主梁边梁为单箱双室，宽7.75m，外侧为弧形腹板，中梁为单箱单室，宽 3.3m，边梁和中梁间距3.9m，中梁之间间距 5.1m。钢箱梁顶板采用 16～20mm厚Q345qd钢板，腹板采用 12～20mm厚Q345qd钢板，底板采用厚 14～30mm厚Q345qd钢板；顶板采用正交异性钢桥面板,U肋间距为600mm,底板及腹板加劲采用板肋。

图 1：钢箱梁标准截面

表1：钢梁基本参数

1.2地质条件及工况信息

工程所处青云河入海口，河流宽度630m，水深受到潮汐影响，潮水最高高潮位2.49m，最低低潮位-0.54m，桥址处水深为0～2.49m，海岸为经人工回填形成的海滩地貌。潮汐影响较小（陆域）处采取相对简单且成本较低的土石填筑方式来实现施工平台和通道，潮汐影响明显处（海域）采取具有较高稳定性和耐久性的钢平台和钢栈桥的方式来作为施工作业面。

图 2：地质条件及工况信息

2 钢箱梁吊装施工工艺

2.1钢箱梁吊装段划分

根据现场形成的施工作业通道和运输能力，最大化节省运输经费，结合实际工况、箱梁结构特点以及通道情况细化总体分段方案，纵桥向共划分13个吊装段，横桥向共划分9个吊装段，全桥共130个吊装段，共设置临时墩（LSD）12组。

图3：钢箱梁分段划分（横桥向）

图4：钢箱梁分段划分（纵桥向）

2.2钢箱梁吊装顺序制定

由于下部结构整体由小至大里程完工，且预组场地选取龙门吊起吊范围内桥址区域，减少额外吊车租赁和借地费用同时从而节约成本，特制定了钢箱梁吊装顺序同样由小至大里程施工。

图5：钢箱梁吊装顺序

2.3主桥临时墩安装

临时墩安装采用汽车吊辅助完成，汽车吊站位于土基平台或者临时墩一侧的钢栈桥上，并经过计算和检测，地基承载力满足要求。

临时墩在安装就位时应保证垂直度，并控制平面位置，临时墩定位完成后，如钢管立柱与预埋件之间出现间隙，应先采用钢板垫实，并焊接牢固，同时在相应位置增加加劲板固定。

为方便临时支墩上下通行，确保施工安全，临时墩外侧设置爬梯，爬梯由钢筋组焊而成，包含护圈、扶手，连接撑等构造。

2.4吊装设备选择

根据钢箱梁结构特性，将设计图中的自然段场内制作完成后，运至现场预组场地将3自然段预组成1总段，标准总组段长51m×3.6m宽×4.0m高，最重280t。根据总组段长度及重量，选用双台45m高200t级龙门吊双机抬吊进行吊装。

    图6：预组节段                     图7：双台龙门吊抬吊

200T龙门吊双机抬吊280吨构件（包含吊具、吊钩、吊索重量），双机抬吊规范要求系统吊装重量不超过总起重能力的75%，且参与双机抬吊的单台吊机吊装重量不得超过额定起重量的80%，故有：

系统起重量G系统=G构（包含吊具、吊钩、吊索重量）=280t，而系统额定起重量为两台吊机额定起重量之和的0.75倍，即G系额=(G吊1+G吊2)×0.75=(200+200)×0.75=300t＞G系统=280t，满足系统负荷率不超过75%的要求。

吊1：额定起重量Q额吊1=200t，双机抬吊允许的起重量按照额定起重的80%算：Q允许吊1=Q额吊1×80%=200×80%=160t。

故实际起重量Q实=G分=280/2=140t<160t，符合双机抬吊要求。

吊2：额定起重量Q额吊2=200t，双机抬吊允许的起重量按照额定起重的80%算：Q允许吊2=Q额吊2×80%=200×80%=160t。

故实际起重量Q实=G分=280/2=140t<160t，符合双机抬吊要求。

2.5钢箱梁精度控制

吊装前对钢梁的平面和纵断面设计参数、支座设计参数等基本数据进行全面校核，明确平面及立面曲线要素，并在总体立面线形的基础上叠加各跨的预拱度，将每段梁轴线尺寸和设计的线形投影到支撑体系上。在钢箱梁吊装到位，距离墩柱大约50毫米时，进行精确调整，确保钢箱梁的中心线和轴线与桥墩上的相应线条对齐。

复查各线的重合度，并在墩柱四面安装限位码后，缓慢松钩让钢箱梁就位，在松钩过程中需密切关注各线的偏移情况。

钢梁梁段的安装焊接以及桥面上临时荷载都会对高程产生影响，因此在安装过程中应考虑这些因素造成的标高变化。钢梁焊接完成后，再次进行观测并记录数据。

钢梁每拼装完一节段后，测量人员应对安装完毕的钢梁顶板进行十字测量放线，并进行高程测量，复核钢梁平面方向和垂直方向是否正确安装，若误差超过规范要求，则及时进行调整。

3钢箱梁吊装临时墩稳定性分析

临时墩最高约10m，临时墩立柱规格325mm×8mm、325mm×10mm和402mm×12mm，斜撑均为18a槽钢，顶部为双拼工字钢40C，以上钢件直接均采用焊接形成骨架。临时墩沿纵桥向柱距2.5m，临时墩立柱在箱体腹板处沿横桥向均布，最大柱距5.1m。箱梁底部设置调节管，沿双拼工字钢横桥向布置12根，间距0.6—1.3m。

在吊装过程中，根据最不利荷载对临时墩受力情况进行计算，工况包括最重的单跨吊装段、最大的跨度段以及最宽的桥面段。在这些计算的基础上，临时墩的竖向位移和整体位移均表现出均匀分布的特点。在计算得出的数据中，最大竖向位移为4.88mm，最大基底反力达到1160kN，且在墩柱处的反力最大。在钢箱梁的吊装施工过程中，临时墩整体稳定性良好，其变形程度满足吊装作业的安全要求。

           图8：临时墩示组合意图          图9：最大的组合应力（弯+剪）114MPa

图10：最大竖向变形（4.36mm）

4钢箱梁吊装地基稳定性分析

4.1潮汐影响较小处（陆域）分析

临时墩（LSD）1-7位于陆域，现场实测地基承载力为150kpa，在既有土基平台上设置锥形钢筋混凝土独立基础，独立基础分为A型（4柱基础）和B型（6柱基础）， 基础埋深1.50m。

 A型地基承载力：

经验算得到单柱最大荷载为设计值N=1160×4=4640kN，标准值Nk=1160/1.35×4=3437kN，Gk=（6.8×6.5×1.5）×20kN/m³=1326kN；

底板总反力标准值(kPa)= pk=(Nk+Gk)/A=（4640+3437）/6.8×6.5=107.76KPa；

底板净反力设计值(kPa)=p=N/A=4640/44.20=104.98KPa；

地基承载力验算：

   pk=107.76 ≤ fa=150.00 KPa, 满足。

pkmax=107.76≤ 1.2×fa=180.00KPa,满足。

B型地基承载力：

经验算得到单柱最大荷载为设计值N=1160×6=6960kN，标准值Nk=1160/1.35×6=5155.55kN，Gk=（10.1×6.5×1.5）×20kn/m³=1969.5kN;

底板总反力标准值(kPa)= pk=(Nk+Gk)/A=（5155.56+1969.5）/10.1×6.5=108.53KPa；

底板净反力设计值(kPa)=p=N/A=6960/65.65=106.02KPa；

地基承载力验算：

    pk=108.53 ≤fa=150.00 KPa, 满足。

pkmax=108.53 ≤1.2×fa=180.00KPa,满足。

图 11：主桥临时墩（陆域）基础布置示意图

     图 12：B型总反力标准值（108KPa）      图 13：B型净反力设计值（106.02KPa）

4.2潮汐影响明显处（海域）分析

临时墩最大轴向荷载为1160kN，临时墩设计采用D711×10mm钢管桩，桩与桩之间的平联采用D325mm×6mm钢管连接。

根据GB50017—2017《钢结构设计标准》可知，Q235钢管的容许弯曲应力为215 MPa。钢箱梁吊装过程中最大应力

σ为88.8 MPa。由于88.8 MPa＜215 MPa，所用的钢管桩在负有荷载过程中不会发生因弯曲应力的破坏，其稳定性满足吊装作业的安全要求。

图 14：主桥临时墩（海域）基础布置示意图

图15：钢管立柱最大组合应力88.8Mpa＜215Mpa，满足要求

5临时墩卸落

5.1临时墩拆除

支撑体系包括格构钢管柱和横梁两部分，每榀支撑体系根据实际场地情况有两组格构钢管柱，在对支撑体系进行拆卸时采用卷扬机和手拉葫芦进行拆卸的方案进行。

5.2横梁拆除

支撑体系上部横梁为双拼工字钢，选用卷扬机拆卸横梁，在拆卸时候应先在地面对称固定两台3t卷扬机，卷扬机通过导向滑轮组，使绳端与横梁固定，两台卷扬机自由绳端与横梁连接点应对称设置，两设置点距离应不小于横梁总长度的1/3，绳端与横梁固定完毕后，同时启动两卷扬机时钢丝绳拉紧，然后用气割切开与柱子焊接点。

5.3临时墩钢管柱拆除

在钢箱梁底部安装两个临时吊耳，使用葫芦将临时支墩与临时吊耳连接起来，先用葫芦将临时支墩倾斜，再将临时支墩徐徐放置为水平状态最终落至地面。临时支墩拆除后，使用移动脚手架将临时吊耳拆除，并将涂层有损伤的部位补涂完整。

6结束语

本文通过一个实际工程钢箱梁桥梁吊装施工为例，概要阐述了钢箱梁桥梁吊装段划分、吊装顺序制定、临时墩安装、吊装设备选择、钢箱梁精度控制、临时墩、地基承载力稳定性分析、临时墩卸落的关键施工要点，为今后类似跨海桥的施工提供参考和借鉴。

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