1、大型偏心钢桁架桥水上吊装技术摘要：针对曹妃甸矿石二期码头、栈桥、引堤工程中的钢结构桁架桥超重，超大，偏心，水上吊装等特点，从吊索的选择、起重船的选择、运输船的选择和钢桥准确就位技术进行探讨，总结出了本工程中所用到的成套的大型偏心钢桁架桥吊装技术成果，确保了安装在具备安全、质量保证条件下的顺利实施。 关键词：偏心；钢桁架桥；水上吊装 中图分类号： U448.21+1 文献标识码： A 文章编号： 1 工程概况 曹妃甸矿石二期码头、栈桥、引堤工程共有 6 跨桁架钢桥。钢引桥为下承式平行桁架桥，桥跨全长 88.86m，计算跨长 88.0m。主桁内桥面长度为 91.6m，主桁中心距 9.55m，桁高
2、11.80m，桥全宽 15.6m。主桁外6.05m 宽为行车通道，主桁内布置两条皮带机。单跨用钢量约为 680 吨（包括维修小车及导轨） ，聚丙烯纤维混凝土（C30）16.7m3。具体机构形式见图 1-1.钢桥效果图。 图 1-1.钢桥效果图 曹妃甸矿石二期工程位于原矿石一期码头工程的西侧。钢桥的行车道也在钢桥的西侧。钢引桥东侧的水域是被一期和二期包围的，船舶无法进入。受水域的影响进行钢桥安装时，起重船必须在行车道一侧驻位进行吊装。钢桥属于偏心结构，且重心偏向于起重船侧，这无形中就给吊装工作带来一定的难度。 钢引桥的零部件在公司预制车间进行分段预制，然后运输至组装现场。在临时支架上进行组装，组
3、装完成后，平移至码头前沿待吊位置。采用海上起重船依次整体吊至运输船上，运输至引桥安装位置由起重船进行安装。 吊点沿钢桥长度方向在主桁下弦杆上对称布置，两吊点的间距为33.88 米。吊索与下弦杆轴线夹角为 60。吊装过程中采取了一定的措施防止吊索不向梁中移动。因整桥完成全部拼装后重量可达 680 吨，加上吊索具约 40t，吊装重量可达 720 吨，对起重船等各方面要求极高，为降低吊装风险，本工程部分工序如车行道内桥面板及部分栏杆等构件在钢桥安装后再进行焊接，这样整桥吊装重量可减至 620t 左右（含吊索具）。 2 难点及对策 2.1 属于偏心结构，操作难度增加 根据钢桥的本身结构特点，吊点只能布
4、置在主桁的下弦杆处，即行车道处于吊点的外侧。车行道桥面系的重量达到 103 吨之重，占到钢桥整体吊装重量的近 1/5，在吊装过程中不可不考虑。整跨钢桥属于偏心较严重的偏心结构，如果吊装工艺选择不当，很容易造成在吊装时钢桥的倾覆，会产生难以估量的严重后果。以下对几种工艺进行逐一阐述、比较。 首先考虑采用传统的吊架工艺，由于设计出的吊架加上吊索具的重量达到 140 吨左右，则整体的吊装重量为 720 吨左右。增加了吊装的风险，违背了尽量减小吊装重量的原则。同时采用吊架工艺，将增大对起重船水上吊高及各设备性能的要求，造成索具安装等方面的困难极高。综上所述，不选用吊架工艺。同时不考虑配重的方案。 同时
5、，也有提出采用四根等长的吊索直接进行吊装能够保证钢桥平衡。思路来源是秤盘用四根绳子悬挂，能够保证秤盘的稳定。但是从钢桥和吊索具的整体受力来分析，起重船的吊钩必须和钢桥整体的重心在同一竖直线上。否则，起重船的起吊力和钢桥的重力会形成一个力偶，导致钢桥的不平衡。并且，通过模型的试验否定了这一方案。 根据受力分析，要保证起吊力和钢桥的重心在同一竖直线上，提出采用长短扣的方案。根据钢桥的重量分布情况，计算出重心的平面位置。据此确定吊索的长度及各根吊索的受力情况，最终确定吊索的规格。为了确保万无一失，在 Auto CAD 中进行立体放样，进行吊索配置情况的检验。并通过小模型进行了实际验证，并且在后续正式
6、施工中也得到了很好的验证 2.2 属超重超大结构，水上整体吊装风险大 钢桥整体钢材重量约为 680 吨。按照设计要求本桥的主桁、平联（包括车道桥面系横梁）以及横向联结系的构件须组装完毕后方可整体吊装，以保证桥主体结构的安全，其余构件（车道纵梁及以上部分，栏杆，维修小车） ，可根据现场实际情况采用场内焊接或现场焊接。 综合吊装和钢桥制作质量两方面考虑，把行车道面板和栏杆这两道工序安排到吊装完成后现场进行焊接，把钢桥的整体吊装重量减少到了620 吨（含吊索具） ，降低了设备要求、成本和吊装风险。 2.3 安装精度要求高，难以准确就位 钢引桥的安装允许偏差为：主梁中心线对设计中心线：10mm；搁置长
7、度：20mm。对于如此大型钢结构，这种安装精度只靠人力很难控制，如果用起重船的卷扬机进行调节，但是船体自身的晃动也很难保证这种精度。而且墩台上的钢桥安装槽的每边只富余 150mm，在安装过程中稍有不慎就会磕碰墩台。这就对钢桥的就位提出了一个课题。 根据现场的实际情况，针对高精度，小富裕量的现状，本次吊装采用钢限位导架进行就位导向和平面位置精度控制的工艺。钢限位的布置以两个为一组，钢限位的实际尺寸根据测量人员现场放样数据进行加工。为了保证钢桥的安装精度，分别在主桁 1 一侧和活动支座一端的墩台上各布置一组，保证钢桥能够平稳入槽的同时，能够很好的控制安装精度。通过实际应用证明钢限位起到了很好的控制
8、和导向作用。 3 钢桥吊装 3.1 钢桥吊装工艺流程 具体施工工艺流程为：钢桥吊装工艺流程：钢引桥制作维修小车安装（维修小车制作）吊座安装（吊装委托加工）起重船驻位安装吊索具起吊、移船运输驳驻位（运输驳改造加固）钢桥落驳加固起重船、运输驳依次拖航至安装现场驻位钢桥起吊、运输驳撤出、安装钢桥就位（现场准备工作）测量复核钢桥偏位（不合格则进行调整）起重船撤出安装现场进行下一跨钢桥吊装。 3.2 吊索具配置 3.2.1 重心平面位置的确定 本工程钢引桥由主桁和行车道两部分组成，为偏心结构，设计吊点位于主桁下弦杆上，整桥重心投影顺桥向轴线与主桁一箱梁中心线距离为 6.472 米。 3.2.2 主吊索及
9、吊座配置 由于钢引桥重心心高于吊点所在平面，钢引桥起吊后稳定难以保障，为确保不发生倾覆，本钢引桥吊装采用 4 主吊点加主桁上弦杆平衡吊点工艺，主吊点所用 4 根钢丝绳按长短扣配置（每根均过罗使用） ，以保证上部钩头位置对准整桥重心。主吊索配置见图 3-1.吊装效果图。主吊索受力计算时不考虑平衡吊索的影响。经过计算最终选择主吊索为：主桁1 一侧选用直径为 110mm 的钢芯钢丝绳（661 丝钢丝绳（ab）类） ，单根长度为 63.895 米，共两根；主桁 2 一侧选用直径为 126mm 的钢芯钢丝绳（661 丝钢丝绳（ab）类） ，单根长度为 62.826 米，共两根。 图 3-1.吊装效果图
10、为保证钢桥在吊装过程中不受损坏，本工程钢桥吊装主吊点处采用吊座工艺。即在主桁下弦杆下设专用锻造吊座，吊座两端下部设凹槽，钢丝绳两头套卧入凹槽，上部挂在起重船钩头上进行吊装，为防止吊座吊装时滑移，吊座两侧的主桁下端设加劲挡板作为限位。其中吊座 1 用在主桁一上，吊座 2 用在主桁 2 上。吊座的主体采用 45 号进行锻造，并在凹槽中设橡胶垫，以防止吊座磕碰钢桥的防腐。 3.2.3 平衡吊索及吊点配置 平衡吊点设在钢引桥上平联的节点上，位置为中间节点两侧的紧临节点。在上弦杆节点上焊接专用吊耳，共 4 个，通过 4 根平衡吊索分别挂在起重船对应侧的钩头上，以保证钢桥吊装过程中的平衡。 平衡吊索的作用
11、是保证钢引桥不至因重心高于主吊点平面导致侧翻，假设最不利状态：重心相对与原平衡位置重心偏移 0.1m（大于平衡吊索限制其晃动量） ，则此时平衡吊索与钢桥的重力平衡。经计算选用 52mm的麻芯钢丝绳能够满足受力要求。每根钢丝绳均双用，共使用 4 根，其中主桁 1 侧净长度 35.646 米，主桁 2 侧净长度为 33.772 米，钢丝绳单根净长度比实际所需长度每根考虑了 100mm 富裕，以保证在正常吊装状态下平衡吊索不受力。 3.2.4 其他吊装辅助 由于主桁 1 和主桁 2 侧吊索的受力情况不同，且钢桥上部杆件布置复杂，必须保证钢丝绳按照原定位置穿过且固定。起重船的主钩由两个钩头组成，这就要
12、求固定两个钩头的距离，即进行“封钩处理” 。本次吊装过程中把两钩头的距离控制在 5.5m，选用的钢丝绳为直径 65mm 插编纤维芯钢丝绳，绕钩头绳 4 圈，中间使用 1 个 55t 高强卡环连接，满足了使用要求。 由于主吊索必须在上平联的特定位置穿过，所以在进行钢桥锁扣时，必须在上平联上把主吊索分到各自的孔内。主吊索重量较大，上部又无足够的操作空间，人力难以操作。在操作过程中，设计了轻便的分索平台，即在地面上把主吊索分到平台的指定位置，在进行索具就位时不需操作人员再上去分索具。这个分索平台既节约了操作时间又减少了操作的危险。 3.3 起重船和运输驳的选择 起重船采用的我公司起重 20#起重船，
13、固定扒杆式，其起重能力为700t，起重船长 70m、宽 28m、型深 4.3m，2 个 350t 钩，主钩间距5.5m，水上吊高 55m，吊重、跨距和吊高均能满足起吊和安装的要求。运输船采用现场的 5000 吨甲板驳富江工 1 号，方驳长 96m，宽 26.2m，甲板承载力为 12t/m2。 运输驳进行运输时，在甲板上设置支座。为保证支座处方驳的甲板和钢引桥箱梁受力满足要求，在钢引桥系下弦杆箱梁接近端部处下方铺设木方使应力分散。为保证均匀受力，在木方下铺垫不同厚度的砂，使支垫处位于同一平面，保证钢引桥平稳不变形。钢引桥箱梁两侧间隔用36 槽钢焊三角支撑，支撑和箱梁间放方木楔加固。 4 结束语 实践表明，本吊装工艺是成功的。值得注意的是，在吊装过程中由于主桁 1 和主桁 2 上的吊索受力不均匀，导致起重船的钩头有些偏向于主桁 2 一侧，钢桥左右形成了 150mm 的高差。所以在今后类似吊装施工中主桁 1 一侧的吊索要留有一定的富裕长度，本工程建议取 200mm。本吊装工艺的成功实施，为今后同类大型偏心结构的水上吊装提供了经验。
