内河大跨径钢箱梁整体浮运杠杆提升安装技术

刘荣君

摘 要：为了解决钢结构桥面系在特殊工况下，无法采用支架法或滑移法等安装技术时，结合河道运输条件及现场环境，进行桥面整体吊装、运输方式、吊装设备等相关研究，采用了内河浮船整体运输至桥位，转体就位后杠杆穿心千斤顶同步提升的方法，保证道路及河道交通的同时，圆满完成桥面安装施工。

关键词：内河浮运 杠杆提升 钢结构桥面

一、工程概况

随着城市交通量的激增，交通基础设施的改扩建设也在快速跟进，以南京市铁心桥改扩建项目为例，该项目桥梁跨越V级航道，桥体采用三跨变截面连续钢箱梁，分四幅建造，跨径布置为（39+75+39）m，全长153m，最外侧两幅桥宽为8.0m，内侧两幅桥宽为13.0m。改扩建期间交管部门要求，交通不能中断封闭且必须保持双向4车道通行，实行“三建两拆”的建设方案，即先新建老橋外侧的两幅桥，再拆除原混凝土老桥中的一座并新建钢箱梁桥，最后拆除另一座并新建钢箱梁桥。

二、总体方案

根据地质勘察调查，新建桥梁河床为火山地质，情况复杂，同时受航道管制要求，水中不宜密集搭设临时钢管桩，中跨桥面无法采用支架法或滑移法施工，为此该桥梁上部桥面系总体安装方案为：

中跨段钢箱梁在工厂内完成整段焊接，用浮船由厂区运至桥位后，船体横向90度转位并锚定在梁下位置，作为提升平台。现场拼装吊架，吊架的纵杆采用箱型梁，前支点为两层钢梁叠合焊接，后锚点由转换臂与边箱梁上预埋加强耳板连接，提升吊点安装2套200吨穿芯液压千斤顶，多股钢绞线穿过油缸与被提升梁段锚头连接，利用控制系统进行同步提升就位，固定成桥。

三、工程实施情况

（一）施工顺序

1.施工准备：河道清淤，浮船到达预定提升位置;

2.杠杆吊架搭设：运输及安装上部支架及设备，穿钢绞线，锚接吊点;

3.钢箱梁脱架：船身90度转体锚定，同步提升钢箱梁，从运输船上脱架，静置1小时以上再准备正式提升;

4.正式提升：均匀提升钢箱梁，到达预定高度后，油缸调位与断口对齐;

5.钢箱梁就位：两侧均到位后，油缸机械锁定，焊接

断口;

6.施工完成：完成焊接后，油缸卸载，拆除设备、支架。

（二）操作要点

1.河道清淤

施工现场需满足船体转向至提升位置的河道宽度和吃水深度要求，为此，现场河道桥梁位置需进行清淤作业。清淤采用清淤吊船作业，淤泥需按照环保要求进行外运处理，清淤后的水深为3.5m，长度为80m，宽度为中跨桥墩与桥墩之间。

2.运输船型

根据现场安装工况条件及梁段重量，采用载重适宜的船运输，运输船到达桥位现场后先停泊靠岸，进行桥体质量验收，同时待航道管制后再进行90度转体。

3.杠杆吊架搭设

经设计，200T桥面吊机分为吊架纵梁、支点、锚点及吊点等组成。其中吊机纵梁为最重构件，长度为14.5m，每米重1.4吨，单根吊架纵梁重14.5*1.4=20.3吨。纵梁尺寸及布局，参见图1桥面吊架纵梁布置图。

4.提升系统组成及工艺原理

液压同步提升控制系统主要由穿芯式提升油缸（千斤顶）、液压泵站和计算机控制系统3部分组成。

提升油缸为专用穿芯式液体油缸，油缸活塞上装有上锚具，底座上装有下锚具，提升钢绞线索从锚具中间穿过。锚具状态传感器通过现场总线路将锚具状态信号传递给主控计算机;然后有压力传感器测量提升油缸的工作负载压力，反映油缸的提升或下降;油缸行程传感器用于实时测量提升结构的空间位置。

现场桥位吊架提升系统主控计算机通过传感器、智能模块采集现场信息，与设定的数据比较，利用电磁阀和比例阀，控制液压油缸形成闭合控制回路，并实时将数据传输给指挥台进行远程指挥操作。

桥面提升工艺主要是依靠计算机控制杠杆吊架端部的两组四台千斤顶的液压力和行程，进行同步分配和控制。在千斤顶液压力的作用下，锚具对钢绞线进行反复的收提和固定，实现梁段平稳的整体提升，过程稳定可控。

5.钢箱梁段脱架及提升吊装

桥面吊架安装调试完成后，进行钢箱梁提升安装。安装顺序为：浮船转体抛锚定位→吊点连接箱梁起吊→钢箱梁临时匹配→钢箱梁精确定位→梁段间焊接连接→提升完成拆除吊架。

A、吊装时间段安排

大节段钢箱梁提升需要临时封闭航道，具体时间待桥面吊架具备提升条件、钢箱梁到达桥位前，与航道管理部门协商确定封闭航道具体时间。封闭通航航道时间，从运输浮船进入安装区域开始、转体锚定，至桥面吊提升钢箱梁结束，全段封航施工。

B、浮船转体锚定

四幅桥面中跨段钢箱梁通过水上浮船运输至现场，待航道封闭后，将两道提升缆绳穿过千斤顶与船头船尾锚桩连接，先收缩船尾缆绳使船尾初步转向后，同步收缩船头两道缆绳，最终船体转向与新建桥梁成一线，然后再横向移动至桥面梁起吊位置正下方，抛锚初步固定。

C、钢箱梁提升安装

运梁浮船初步定位后，桥面吊架下放吊具至运梁船上方、距钢箱梁顶面约50cm 处，运梁船经过二次精确定位后，将吊具与梁段吊耳销接。起吊安装前，检查测量控制点的位置是否符合要求，必要时加密控制点，可在测量点上贴上反光测量片，便于仪器的观察测量。

该桥面吊架提升安装的钢箱梁最重重量为347t，采用4台LSD-200千斤顶，2台YTB泵站，2台LSDKC-8主控台为主要提升机械设备进行提升安装，吊架提升吊索为多根多股钢绞线组合而成（强度为1860MPa的￠15.2钢绞线）。根据已评审安装方案，钢箱梁节段在吊装过程中，需待初步调起10cm后静置60分钟，检查吊装工况，无危险后再慢速平稳提升至桥面高度。

钢箱梁提升至桥面处，测量安装位置坐标是否符合要求（也可以用经纬仪进行轴线控制），调节箱梁面标高及纵横向轴线，符合要求后，锁定吊机提升装置和纵横向移动装置。为避免梁段间相互碰撞，吊装梁段与已安梁段之间采用机械式千斤顶进行间距微调。微调完成后安装临时固定件，待温差较小的时段进行梁段精匹配，并用钢码板对钢箱梁进行焊接固定，然后再进行钢箱梁对接环缝的焊接施工。

焊接结束，经探伤检测焊缝合格后，松开桥面吊架的锁定装置，将吊架拆除。

6.钢箱梁桥面整体就位合龙

该工程四幅桥梁，分别为两侧8m宽和中间13m宽两种钢箱梁，因钢箱梁安装方式不同，8m宽、13m宽钢箱梁采用中跨大节段桥面吊提升合龙，桥面钢箱梁合龙受温差变化影响不大，合龙简易。

合龍段吊装前，根据确定的合拢时间，对需要合龙的空间距离用全站仪反复多次测量，并记录下每次测量的数据，进行比较，确定温差产生的变化系数，决定最终的修裁切割余量。

然后，将测量数据放至于钢箱梁合龙段上，进行修裁切割余量，同时进行连接定位板的焊接。钢箱梁的热线性膨胀系数为1.2*10∧-5/0C，合龙一般选择在温度偏低的早晨或下午（具体时间段需结合安装时间）。合龙段余量的切割，全部在提升起吊前完成，对接就位后，用钢码板连接固定，较正装配，并进行环缝的焊接施工。

另外，吊装前必须做好混凝土结构和钢结构的连结部位的轴线、高程、位置的交接工作，必要时可进行各施工前后工序的联合复测，明确各部位的误差和修正调整措施，减少吊装后的误差修正工作。钢箱梁调整到位后及时报验，会同总包、第三方监测共同复核，根据监控指令完成复核后再进行钢箱梁的临时固定。

四、施工中应采用的措施

（一）测量控制

根据给定的坐标点、高程控制点和钢箱梁分段尺寸，对每一分段定位轴线及标高，编制详细的《测量任务书》，主要测量内容如下：

1.桥位安装的测量：根据设计制作预留在钢结构节段上的测控点，测换成现场控制坐标体系，以确定钢箱梁节段安装的平面位置。根据设计预拱度及施工过程监测提供的预拱度，确定各个测控点位置的高程。

2.焊接时的测量：在焊接过程中，对于大节段位置（主要是焊接收缩）进行监控，以便于及时调整焊接工艺。

3.吊架拆除过程中的测量：桥面吊架每个支点拆除后，桥面高度变化及各个控制点的标高变化。

（二）安装线性质量控制

1.钢箱梁大节段吊装过程中的线型调整，可通过在架设机械千斤顶和7字型马板进行微调。

2.整个桥梁焊接施工完毕，按照监测单位提供数据调整结束后，重新进行拱轴线、标高和桥面系轴线和标高的测量。测量数据反馈给设计，以便设计进行桥面铺装线型的二次调整。

（三）焊接质量控制

1.施焊时，应按相关工艺文件规定焊接产品试板，产品试板的厚度、轧向、坡口尺寸应与所代表的接头一致，并采用与之相同的工艺方法及参数同时施焊。产品试板应做好标记，在经监理验收合格后，再取样送检。

2.梁段间环缝为横桥向对接焊缝，是主要传力焊缝，要求100%熔透和100%无损检测。由于桥上施工条件较差，焊缝拘束度又很大，因此应从考试合格的焊工中挑选经验丰富、焊接水平较高的焊工施焊。

3.焊前需全面检查接口的错边、间隙及坡口尺寸。用砂轮清除表面的铁锈，清除范围为焊缝两侧各50mm，除锈后24h内必须焊接，以防接头再次生锈或被污染，否则应在重新除锈后再施焊。

4.定位焊可采用手工焊或CO2气体保护焊，当定位焊出现裂纹或其他严重缺陷时，应先查明原因再清除缺陷并补充定位焊。

5.在钢箱内采用CO2气体保护焊时，焊工要佩戴防护面罩，必须配备通风防护安全设施，以免焊接时产生的CO影响焊工安全。

6.焊接环境：桥上焊接施工的环境温度宜在5℃以上，相对湿度不大于80%，风力不大于5级。当焊件温度为0～20℃时，应在始焊处100mm范围内预热到15℃以上。

7.焊接变形质量控制：

对于对称截面的构件，宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接。对双面非对称坡口焊接，宜采用先焊深坡口侧部分焊缝、后焊浅坡口侧、最后焊完深坡口侧焊缝的顺序。对于长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用。宜采用跳焊法，避免工件局部加热集中。对于拼接板焊缝宜采用预置反变形，对于一般构件可用定位焊固定，加强其钢性拘束。产品组装前要将分部件矫正变形后再进行总装焊接。

8.焊缝检测

焊接结束的焊缝，在焊接结束24小时后，由打磨工按照无损探伤检验要求进行打磨。先由钢梁施工队人员对焊缝做100%UT检验，探伤合格后由监理通知第三方验证机构进行探伤检验，合格后由出具第三方检验报告

五、结语

在调度适宜时，工厂内焊接成大节段，船运至桥位横向转位至提升位置，利用2套200吨桥面杠杆吊架直接提升安装。缩短现场桥位施工时间，大大节约了起重机械费用，同时减少场地占用，减轻对周边环境影响，社会效益显著。

采用杠杆原理，提升机构和钢箱梁受力结构明确，施工安全性能高，劳动强度低，成本投入低，同时提升机构具有快拆快装、调配维护快、可重复利用的施工特点。

参考文献

[1]赵加亮，宋华伟.预制钢箱梁节段接口匹配工艺及接口环缝焊接变形的规律[J].钢结构，2010，25（9）：62—64.