南京二桥南汊桥主桥钢箱梁的吊装及挂索施工

南京二桥南汊桥主桥钢箱梁的吊装及挂索施工贺新文钟永刚李文光（湖南省公路桥梁建设总公司）【摘要】本文通过对南京二桥南汊主桥B3标工程主要施工过程的回顾，总结了该桥钢箱梁支架、吊装、滑移及挂索和张拉等诸多施工方案的实施及某此难点问题的解决特别对其中一些较为成熟和值得推广的施工工艺进行了经验性的概括。【关键词】南京二桥钢箱梁斜拉索临时排架滑移无索区托架悬吊调梁抗风稳定一、B3标工程概况南京长江第二大桥是列入国家“九五”重点建设项目的工程之一，其南汊主桥横跨长江主航道，由中交公路规划设计院设计为58.5+246.5+628.0+246.5+58.5（m）五跨连续双塔双索面全断面焊接的钢箱梁斜拉桥。其628m的主跨跨径目标在同类型桥中居国内第一，世界第三。B3标为该桥上部构造预制钢箱梁的吊装架设及挂余张拉施工。施工范围北起25号过渡墩，南至30号过渡墩。跨越南汊河道，包括水上、桥面和塔上高空作业，施工面较广。其五跨连续钢箱梁总长为1233.9m。根据桥址处自然条件、钢箱梁构造和施工架设的需要，主梁划分为A～L共12种类计93块梁段（表1）。标准梁段长达15m，宽38.2m，梁高3.5m，吊装重量近300t（加上随梁附件）。斜拉索采用7mm镀锌高强度低松弛平行钢丝，外挤包高密度聚乙烯材料，标准索距为15m（辅助跨为12m），最大索长335.743m，最大索重达26.7t。如此大跨径桥梁施工、长拉索挂设、重钢梁悬吊。多工作面立体作业，其施工难度很大，施工方案和架设技术无疑都面临极大的考验。加之桥位处于长江下游地带，水深流急，浪高风大．过往船舶众多。这些对运梁船、放索船、浮吊的就位稳定、钢箱梁的悬吊及挂索施工的负面影响颇大。受江面水域的限制，悬吊和挂索施工又不可避免地占用相当范围的航道。因此南、北塔须合理错开占用航道的时间，实施部分封航，尽量减轻施工对船舶通航的影响。另外，对此种地处强风地带的飘浮体系特大跨径桥梁，在合龙前由于悬臂很长，设置可靠的临时固结和抗风稳定系统是十分必要的。图1南边跨钢箱梁施工排架二、临时排架及吊、移梁工艺1.辅助跨及边跨临时排架由干预制钢箱梁需由船舶水运全桥位处起吊架设，为保证运梁船不能到达的无水和浅水区域钢箱梁的运输和安装，需在辅助墩和主引桥过渡墩间搭设临时支架并在辅助墩外一定水域内增设适当的临时墩以搭设用于运移和临时搁置钢箱梁的施工排架和移梁轨道，以便利用浮吊将L，K，l，H，J及部分E型梁段吊至其上，然后沿轨道纵移就位焊接或临时搁置，待以后由零号块逐段延伸过来的桥面吊机起吊拼焊完成岸边钢箱梁的架设，为此设计了临时排架（见图1，北边跨类同，但过渡墩与辅助墩间支架为六四桁架）。2.吊、移梁工艺团大型浮吊起吊扒杆长度的限制和浮吊船本身需要一定的吃水深度，就排架周边的实际情况而言，它只适宜于靠在最外侧临时墩的背岸侧才便于自泊、停靠运梁船和将吊起的钢箱梁就近搁置在排架上。因此在前面起吊的钢箱梁均需由落钩位置沿桥轴线向过渡墩方向纵移就位，考虑钢箱梁为重达200多吨的庞然大物，从宁慢求稳的原则出发，我们制定了在排架上安装两排相距15.2m（与钢箱梁纵隔板门距一致）的2I45b作轨道，在其面板涂抹黄油并放置搁梁和移梁用的钢木滑块，用连续千斤顶配以钢绞线牵引滑移就位的方案，具体吊、移梁工艺如下；（1）将350t浮吊顶推抛锚停靠于江中7号临时墩钻孔施工平台的背岸侧。这样，钻孔平台钢管桩能起到防止浮吊直接撞击7号临时墩的作用。（2）运梁船靠拢并自泊于浮吊外侧（中间以浮箱将两船隔离3m左右）。（3）浮吊主钩携带专用吊具与钢箱梁临时吊耳连接，检查无误后预吊（带紧吊索），观察并拆除运梁船上的钢箱梁临时拉结保险葫芦。（4）指派专人指挥起吊，同时带紧两根临时风缆以保持梁体稳定。（5）当梁底高出排架轨道顶面后浮吊扒杆收幅，旋转180°。（6）浮吊吊臂变幅微旋，将梁上的限位块对准排架上的限位装置（必要时，利用手拉葫芦），使钢箱梁纵隔板正对轨道缓缓下降将梁平稳地降落于轨道上的滑块上，卸除吊具。（7）通过上、下游各4根钢绞线将梁体或滑块与固定的100t连续千斤顶相连，同时牵引两束钢绞线，将钢箱梁向过渡墩方向缓慢滑移。同时派专人在梁后面观察，通过对讲机与油泵操作手联络，以保证上、下游基本同步滑移，防止钢梁偏摆。（8）重复上述步骤（1）～（7），直至临时排架上的11片钢箱梁全部搁满粗就位。三、无索区零号块施工考虑施工浮吊的实际吊装能力，南、北索塔处每一零号块梁段分为A，B，C，D四种类型7个块件，为方便该梁段的架设焊拼，临时固结，挂第一对索和在其上组装桥面吊机以便实施后面的对称悬吊施工。在完成索塔封顶后即开始在围堰内和索塔下横梁处褡设无索区零号块支承托架并在其上铺设移梁轨道。托架采用12根φ12m钢管桩为主立柱，支承在以承台上φ3.4m钢护筒和钢围堰为基础的平台上，桩顶设万能杆件桁架的方案（参见图2，受力计算略）。吊梁工艺与前述排架部分大致相同，浮品先停靠在索塔岸侧依次吊完A，B，C，D梁段后再移靠到江侧吊完其余的B，C，D梁块。由于施工空间的限制，移梁方案改为用两台60t千斤顶推滑块前移，粗就位后再用100t扁顶、20t机械顶配以钢楔块、钢板等在托架上精调直至达到设计的平面位置和标高后再施焊将七块梁段连成一体，焊接完成后即可挂设并张拉第一对斜拉索。利用下横梁上的预留孔道，预埋钢板，临时支座和钢绞线等将零号块与索塔下横梁临时固结，然后通过浮吊吊装桥面吊机及其滑行轨道、操作平台。撬座、油泵机等。上述工作完成后，浮吊即可退场，后续钢箱梁均可利用桥面吊机进行悬吊拼装。四、钢箱梁的悬吊、拼装在完成桥面吊机的安装、试吊和第一对斜拉索的第二次张拉并拆除零号块与托架间的支承钢楔块后，即可开始对称吊装E型标准梁段（参见图3）。其标准施工工序如下：1.吊梁南汊主桥钢箱梁的悬吊采用四台同型专用桥面吊机配以起吊机具两侧对称平衡起吊的方案。标准吊梁工艺如下：（1）运梁船自泊就位。（2）降下桥面吊机起吊钢绞线和扁担梁并与待吊钢箱梁临时吊耳连接，通过扁担梁上的HZP38／800）千斤顶调整吊点重心位置，保证钢箱梁水平起吊。（3）缓缓收紧起吊钢绞线，通过主吊油泵油压表读数，控制每个吊点受力在25t以内，检查吊机、吊耳情况。（4）利用联动控制箱和对讲机，通过指挥口令将江侧、岸侧主吊千斤顶同时起吊至2*50t，千斤顶回油待命。（5）按（4）的办法两边同时起吊至2*100t，千斤顶回油待命。运梁船压水，以平衡船体，同时施工人员拆除钢箱梁保险拉结装置，监理再次作最后的全面检查。（6）确认无误后，再按（4）的办法两边同时连续起吊，一次性将钢箱梁吊离运梁船。（7）继续起吊，同时指派专人观察；如果同一片梁上、下游不水平，可通过单独控制上游或下游主吊千斤顶行程来调整水平。2.调梁由于桥面有2.8％的纵坡，当江侧、岸侧的在吊钢箱梁顶面分别高于或低于前一钢箱梁顶面约30cm高时，即可暂停起吊进入调梁阶段。先通过缓慢操作扁担梁上千斤顶微移吊点重心位置来调整钢箱梁顺桥向的倾斜度，使两相邻梁段同一位置上、下接口的缝隙宽度大致相等（将差值控制在5mm以内），这样，在吊梁段与成桥梁段纵坡大到致相同；然后用油泵驱劝吊机的主吊撬座使之向成桥梁段方向滑移，同时在两片梁之间挂上纵向和斜向手拉葫芦即可将梁拉拢，其间可根据需要微微起降扁担梁以实现两段钢箱梁的合龙和匹配，就位之后即可打入钢梁顶、底面中间位置的匹配件，连以螺栓并锁定主吊千斤顶。在夜晚日出之前再次进行微调，通过测量钢箱梁四角点设定位置的标高和轴线来精确定位。其中钢箱梁两侧主腹板处需焊上反力架并施以32t机械顶来调平，精调合格后打入全部匹配件并连好螺栓，即可交付B2标实施现场打磨焊接。3.挂索南汊主桥斜拉索为双索面空间索，编号为A1～A20，J1～J20每种数量4根，南、北塔对称，共计160根，长度为101.325～335.743m，重量为4.975～26.432t不等（未计锚具重量），全部采用套筒式锚固形式，其下面为固定端，锚固于钢箱梁腹板侧的锚箱上；上面为张拉端，锚固在索塔上塔柱内对应的齿板上。挂索工艺如下：（1）40t浮吊将成品索盘吊放于分节驳船上专用的卧式放索架上，安装索盘配重块以便放索时索盘转动平衡。（2）拖轮顶靠放索驳船就位，通过布置在桥面上的两台卷扬机从上、下游放下两根钢丝绳与驳船连接以稳定之，同时拖轮不熄火随时顶推驳船复位。（3）用固定于索塔处的桥面卷扬机下放牵引钢丝绳与斜拉索张拉端相连。（4）卷扬机收索，牵引斜拉索张拉端锚头依次通过梁前端转向架和桥面上的平辊架至索塔附近的B号梁面上暂停。（5）安装锚头异径接头、张拉丝杆并与从对应于该号索的套筒内引出的牵拉钢丝绳（1～11号斜拉索用）或钢绞线（12～20号斜拉索用）连接，同时装好提升斜拉索专用钢抱箍，该抱箍通过预安在塔顶的转向架和定滑轮由布置在桥面上的统或处卷场机起升斜拉索。注意抱箍所卡位置离锚头距离应大于对应套筒长度约2m左右，以不致被牵引进上塔柱的斜拉索套简内。（6）同时牵引锚头丝杆和抱箍，缓缓提升斜拉索。注意放索船上用刹车控制索盘平稳转动放索。当放至仅剩两圈左右时就通知暂停牵引，在固定端钻头处系上保险尾素以防锚头脱离盘时产生冲击和晃荡。（7）斜拉索末端上桥后停止牵引，撤除保险尾索，利用25t汽车吊将固定端锚头吊起灌入钢箱梁锚固箱内并施上锚杯固定之。（8）继续牵引直至能旋上张拉端锚头丝杆开合螺母、接长丝杆即能进行初张拉为止。4．初张拉在上塔柱内搭设满堂脚手架、上下楼梯和临时工作平台，搭设高度与张拉施工位置基本同步等高，以便于塔柱内施工机具的吊运。在对应的锚垫板上安装反力架、千斤顶、传感器，旋上丝杆螺母，接好油泵，即可开始进行斜拉索初张拉。通过油泵油表、600t传感器和桥面上索力测量装置对张拉力进行控制直至达到设计的初始张拉值为止。5．吊机前移初张拉、钢箱梁接口焊接完成后，桥面吊机即可卸载，收起扁担梁。先将吊机行走轨道前移就位固定好，利用两台100t液压顶将吊机前沿移支点落于轨道上，解除后锚点反力销。上、下游各用一台5t卷扬机通过六门滑轮组，前端挂在钢箱梁临时吊耳上，后端与桥面吊机反力架相连，卷扬机同时收索，牵引桥面吊机沿轨道缓缓向前沿移，到位后用20t机械千斤顶通过勾住轨道翼缘的专用反力架，压下后钱点，打入四个保险销，最后仍用两台100t液压顶顶起前滑块并在四个前主支点下塞入适当厚度的钢板保持上、下游等高。6．第二次张拉吊机前移就位后，到夜晚即可进行斜拉索的第二次张拉，张拉控制的原则是以梁面标高控制为主，斜拉索索力控制为辅。各施工控制节段的标高误差纵向不大于±20mm；横向相对误差不大于5mm。各施工控制节段的斜拉索索力误差纵向不宜大于张拉值的±2.5%；横向不大于2％。为确保测力的准确性，千斤顶、油表、测量传感器还要求每张拉四对斜拉索即应标定一次，合格方能投入使用。重复上述1～6的施工工序，直至第12号索对应的梁段吊装，将边跨已成桥钢箱梁与7号临时墩通过两个铰支承和8根精轧螺纹钢固结，起到抗风稳定作用。继续重复前述的标准施工工序直至边跨和跨中合龙。7．主梁合龙段施工（1）边跨合龙待15号斜拉索第一次张拉完后，将桥面吊机前移，再进行第二次张拉。由于边跨合龙段为非标准梁块，且成桥时梁底与排架轨道脱离不远，故此梁段可直接利用便携式100t扁千斤顶支承在排架轨道上将其顶起调整定位，然后将已焊接为一体的辅助跨五片梁在过渡墩和辅助墩上用四台400～600t的千斤顶将其顶起，拆去其下面辅助跨支架轨道上原用于支承和调梁的钢楔块等，在L号梁端与过渡墩间安装两台60t千斤顶，将辅助跨钢梁整体向江侧顶推约50cm，精确定位后与边跨合龙段焊接合龙。（2）主跨跨中合龙待J20斜拉索第一次张拉完后，仅前移南塔江侧的桥面吊机，就位后按计算数据第二次张拉20号斜拉索，对梁端进行24h或48h测量，根据测量结果确定驳船就位、合龙段吊装及连接时间，保证顺利合龙。五、结束语南京二桥南汊主桥跨径大、钢梁重、拉索长、施工面广，桥址处水急风大，往来船舶多。其预制钢箱梁的吊装和挂索施工难、风险大。承担主要施工任务的湖南路桥