宜昌长江公路大桥钢箱梁吊装施工2

宜昌长江公路大桥钢箱梁吊装施工邓亨长冯强林徐基伟黄金平马红军（四川公路桥梁建设集团有限公司）摘要：介绍宜昌长江公路大桥缆载吊机的设计、安装、试载以及钢箱梁吊装施工中的线形监测等内容关键词：缆载吊机设计钢箱梁吊装施工线形监测1概述宜昌长江公路大桥是沪蓉国道主干线在鄂西跨越长江的一座特大型双塔单跨钢箱梁悬索桥，主跨960m。其主梁为扁平钢箱梁，全焊结构。钢箱梁全长958.2m，主梁两端竖向支座中心长度为955.8m，全桥钢箱梁共计80节段，其中长13.488m的跨中节段2块，单件重146.6t；长12.06m的标准节段76块，单件重132.4t；长7.322m的端头节段2块，单件重118.1t。主梁全宽30.0m，中心梁高3.0m,顶板宽22.0m，上斜腹板宽1.2m，行车道悬臂梁宽2.8m，底板宽18.0m，下斜腹板宽3.2m，横桥向设有双向对称2%横坡，人行道设有内向1.5%的横坡（见图1）。2800120011000110001200280030000180003000图1宜昌长江公路大桥钢箱梁横截面图（尺寸单位：毫米）1.5%2.0%2.0%标准节段和跨中节段钢箱梁每段设计2个吊点，每个吊点设4根Φ45吊索，骑跨在主缆索夹上，端头节段不设吊索。为满足钢箱梁节段的吊装要求，每个节段钢箱梁设置4个临时吊点。宜昌长江公路大桥钢箱梁采用缆载吊机吊装，吊装工作从2001年10月10日开始，2001年11月30日全桥正式合龙，历时50天，高峰期每天吊装6个节段。2缆载吊机设计（见图2）2.1缆载吊机构造缆载吊机由主梁、行走梁和吊钩（扁担梁）三大部分组成。缆载吊机的设计参数根据钢箱梁的结构尺寸、节段吊装重量、主缆间距等因素来确定。宜昌长江公路大桥标准节段钢箱梁和跨中节段钢箱梁顺桥向两临时吊点间距8.04m，横桥向间距17.7m，采用一台缆载吊机吊装一块钢箱梁。一台缆载吊机设置2个吊点，通过扁担梁分配在钢箱梁的四个临时吊点上。根据现场吊装能力和组装要求，对主梁和行走梁进行分节划分，主梁和行走梁各分三个节段。主梁由两个端梁和一个中梁组成，考虑到跨中节段钢箱梁的吊装净空和便于现场安装等因素，端梁和中梁采用销轴联接，起吊定滑轮组直接集成于端梁内。端梁采用型钢、钢板组合梁，中梁采用型钢焊接桁架梁，端梁重8.907t，中梁重9.913t。行走梁上、下游布置，单重11.0t，每个节段重量控制在4.0t以内。行走梁总长度为11.0m，每个行走梁下设置4个行走轮，2个支撑轮，2个抱紧索夹。行走轮由千斤顶控制提升和下落，在缆载吊机跨越索夹时，可伸缩翻越索夹。缆载吊机行走到位，缩回行走轮，将支撑轮直接支撑在主缆上，固定抱紧索夹，开始钢箱梁节段的吊装。扁担梁的设计满足跨中节段和标准节段钢箱梁吊装的要求（通过移动扁担梁上销孔的位置来实现），为安全、快速地与钢箱梁上吊耳联结，设置长孔和快速锁定片。扁担梁高度控制在1.0m，加上上下联接件高，总安装高度1.62m,吊点动滑轮直接安装于扁担梁上，使吊钩的总安装高度减少至2.45m。16400/231502900500029004000~1750335045758040~287624502845620图2缆载吊机总体构造图（尺寸单位：毫米）根据起吊卷扬机性能，起吊绳采用6×36SW+IWR-Φ40光面钢绳，滑轮组轮数定为3，钢丝绳走6。卷扬机安装在主塔岸侧的引桥上，钢丝绳通过塔下测力滑轮和塔顶导向滑轮引入缆载吊机滑轮组。卷扬机采用20t摩擦式卷扬机，卷扬机由主机和储绳卷筒组成，主机采用双摩擦滚筒，钢丝绳的拉力由摩擦力提供，它的特点是钢丝绳的线速度恒定，钢丝绳的寿命长。储绳卷筒只用来储存钢丝绳，卷筒的转速随着缠绕的层数增加而减慢。同时它使主机与储绳筒间的钢丝绳保持一定的张力，使钢丝绳对牵引滚筒产生初拉力，保证摩擦传动的正常工作。储绳筒采用力矩电机传动，可自动调节储绳筒的转速与主机同步。2.2缆载吊机主要设计参数设计吊装重量：180t工作起升高度：50m跨距：24.4m最大爬升角：220吊点间距：17.7m起升速度：1.33m/min行走速度:2.0m/min3缆载吊机安装和加载试验3.1缆载吊机安装缆载吊机行走梁和主梁的安装，由于行走梁节段重量在4.0t以内，行走梁直接用附着在塔柱上的塔吊（130t.m）提升安装。主梁节段重量较大，最重达10t，用设置在塔顶门架上的10t吊点，配合塔吊提升安装。为减少塔顶起吊设备的悬臂长度，便于施工安全，安装作业尽量靠近塔顶位置，并按如下的安装顺序进行：①在上、下游主缆上安装缆载吊机行走梁靠河心侧的两个节段；②吊装一侧主梁的端梁至塔顶，悬挂在塔顶门架上，并往外侧偏拉30cm；③安装另一侧主梁端梁并与行走梁用螺栓联结；④吊装主梁中梁与安装就位的主梁端梁用销轴联接，保持主梁中梁平衡；⑤主梁中梁与另一侧端梁联接，与行走梁进行联接；⑥启动行走梁千斤顶，牵引缆载吊机下滑3.0m，安装行走梁靠塔侧端节段。缆载吊机滑车组在行走梁和主梁安装完成后，在塔顶处组装完成。3.2缆载吊机加载试验为检验缆载吊机结构的可靠性和安全性，对缆载吊机进行了加载试验，试验地点选择在靠近主塔附近，缆载吊机在工作状况下最大工作倾角的最不利位置进行。试验荷载按跨中节段钢箱梁自重乘以1.2倍冲击系数确定，即180t配重。配重由万能杆件拼装框架加沙袋组成，配重工作在靠岸侧的驳船上进行，试载前驳船驶入吊点正下方进行锚固停靠。待各种工作准备就绪后，启动起吊卷扬机，徐徐提升配重至完全与驳船脱空，持荷30min，检查卷扬机的运转情况，各部件联结的变形及缆载吊机在主缆上是否滑移，同时，对缆载吊机主梁的挠度进行观测，无异常情况，模拟实际吊装动作进行提升和下降，均无异常后卸载。4钢箱梁吊装4.1吊装作业顺序根据设计要求和风洞试验结果，钢箱梁的架设从主跨跨中向两端桥塔处对称进行。首先对称吊装钢箱梁0号跨中节段，就位后，从1号标准节段开始对称向两桥塔方向吊装标准节段至32号节段，然后从端节段39号钢箱梁开始，向跨中方向对称吊装至34号节段，最后在33号标准节段钢箱梁位置合龙。4.2跨中节段和标准节段钢箱梁吊装(见图3)钢箱梁在武昌造船厂加工制造，由驳船从工厂运输到工地现场吊装。为保证吊装的进度要求，施工单位提前半月将吊装的进度计划提交生产厂家，以便及时组织钢箱梁运输。吊装作业程序为：(1)吊机作业组对设备进行安全检查，在现场技术人员的指挥下将吊机移到吊装位置固定。在吊装的当日清晨，上下游水上警戒船进入警戒区。各作业班组进入作业位置。跨缆吊机就位后，在提升梁段，梁段荷载逐渐转移至吊机的过程中，主缆会出现漂移，梁段会作纵向移动，因此缆载吊机定位时，应保证提升梁图3跨中钢箱梁节段吊装段和已安装梁段之间有约20cm的预留空间，以避免梁段在起升过程中产生叠压。(2)吊具下放至距水面约10m高度，给定位船定位、投锚提供参照，定位船精定位。(3)驳船进入桥位投锚定位后，吊机作业组指挥卷扬机操作手将吊具放到钢箱梁上，这时吊具联结作业手登船将吊具与钢箱梁吊耳联结，并指挥驳船松紧锚链，微微调节驳船位置，配合吊具联结作业。(4)待吊具与钢箱梁吊耳联结好后，吊机微微提升预紧各吊具（约30%负荷）使各吊点受力一致，与此同时驳船紧定四周锚链，保持驳船牢固定点，待各点均匀受力，两吊点同步提升，当箱梁将离开而未离开驳船时，停止起升，再检查钢箱梁是否水平，调节水平后，再同步提升，待钢箱梁提升高度超出驳船5m以上时，驳船即可起锚离开，水上警戒船撤出。(5)钢箱梁节段略高于已安装钢箱梁高度后停机，将节段向已安装的节段拉拢，临时固定，稍后将吊索锚头与钢箱梁的锚座联结（注意纠正吊索的扭转），待各吊索锚头均与锚座联结，经检查无误后，指挥吊具下降，让吊索受力，随后联结匹配件。在梁段吊装的最初阶段，其下缘处于开口状态，相邻梁段只在梁段上缘临时联结。随着更多梁段的吊装，其下缘开口逐渐闭合后，进行上、下缘匹配件的联结。4.3端节段钢箱梁的吊装（见图4）端梁39号节段特殊的构造及所处的位置给吊装带来一定困难，一是因岸侧地形和水深限制；二是因竖向支座和抗风支座结构位置限制，要求端梁必须精确对位；三是端梁节段没有吊索，安装就位后，在与相邻梁段安装完成联结好以前，需设临时吊点或支撑。本文仅对南岸侧39号梁段的吊装作简要介绍。偏拉偏拉图4端节段钢箱梁荡移法吊装施工示意图3837363534333231临时吊索工况一工况二38373132343533363633353432313738临时吊索临时吊索工况三将缆载吊机移到37号梁段主缆索夹处，运梁驳船尽量靠近主塔。此时，钢箱梁中心仍向河心偏离吊点6m，放下扁担梁与钢箱梁吊耳联接。在河心侧定位船上设置偏拉绳，操作缆载吊机徐徐提升钢箱梁，配合提升动作从定位船慢慢放出偏拉绳，直至钢箱梁进入垂直提升状态，拆除河心侧偏拉绳，继续起吊钢箱梁至桥面高程附近，再用布置在引桥上的卷扬机偏拉钢箱梁24m，精确对位。联结好第39号梁段临时吊点，调节钢箱梁高程后，拆除缆载吊机吊点。临时吊点利用临时索夹固定在主缆上。4.4合龙段的安装合龙段吊装前，先测量合龙段缺口的宽度，然后对合龙段节段长度进行修正，使合龙段顺利进入缺口。然后将已安装的岸边钢箱梁节段向岸侧整体纵移30cm-50cm。合龙段采用缆载吊机垂直提升。将钢箱梁提升到设计高程时，待各吊索锚头均与锚座联结，指挥吊具下降，让吊索受力。然后与相邻跨中梁段用匹配件进行联结，松开岸侧的临时手拉葫芦及30t滑车组，用10t手拉葫芦将岸侧梁段与合龙段拉拢，联结匹配件。5钢箱梁吊装期间的线形监测和主索鞍顶推在钢箱梁节段吊装过程中，要掌握了解线形变化，各主要构件关键部位的变化和应力情况，将实测与理论值对照，如偏差值异常，应立即找出原因，进行处理，如偏差值在允许范围内，可继续施工。钢箱梁吊装初期，主缆跨中高程下降很大，充分体现了主缆柔性体系的特点。经观测，钢箱梁吊装期间，主缆跨中最大下挠值达到8.8m，此时的主缆跨中高程较钢箱梁整体吊装完成时的高程低，跨中钢箱梁高程随主缆高程而变化，因而初期吊装的钢箱梁成一凹曲线线形，待吊装到足够节段后才能形成最终的凸曲线线形。钢箱梁吊装期间主缆跨中线形变化见图5。86889092949602468101214161820222426283032343638钢箱梁吊装节段数（n）跨中主缆高程（米）图5钢箱梁吊装期间主缆跨中高程变化曲线在钢箱梁吊装过程中，需分阶段的向河心侧顶推主索鞍。主索鞍的顶推是在塔顶偏位接近7cm时进行。随着吊装节段的增加，主塔允许偏位适当增大。顶推量由监控与设计单位通过量测信息计算确定，宜昌长江公路大桥分八次对主索鞍进行顶推，顶推采用在每塔边跨侧设置4台YC-600型千斤顶同时进行。在钢箱梁吊装完成后，预计桥面荷载对塔位的影响，一次性顶推到位。在钢箱梁吊装的初期阶段，钢箱梁荷载对塔位的影响很大，随着钢箱梁吊装节段的增加，塔位偏移逐渐呈平稳的增长（见图6），因而在钢箱梁吊装初期，应加强对塔位的观测，及时地进行主索鞍顶推。20图6钢箱梁吊装期间塔位变化曲线00246810钢箱梁吊装节段数（n）1214162018223024262832343638塔位累计偏位（厘米）4060806体会6.1梁段划分对吊装施工的影响钢箱梁节段划分和节段重量对吊装施工方案影响很大。宜昌长江公路大桥最大梁段长度为13.488m，重量为146.6t，成功采用两吊点吊装一片钢箱梁。由于钢材的匀质性，只要在缆载吊机设计阶段准确计算出钢箱梁的重心，根据杠杆原理，两个吊点受力均匀一致，因而不需要采取特别的措施,施工中很容易控制钢箱梁的平衡。国内已建成的几座大跨度悬索桥基本采用了四吊点吊装，为保证四吊点的平衡受力，须采取专门的控制措施。宜昌长江公路大桥钢箱梁的成功吊装，无疑为悬索桥钢箱梁的吊装提供了一种创新的思路。另外，钢箱梁节段的划分受到运输工具的制约，采取较长的节段划分，必然增大节段的吊装重量，增加吊装设备的投入，悬索桥缆载吊机属大型专用设备，使用频率较低，在条件允许时，采用较小的分段对提高设备的使用率，降低工程成