水岸連接大跨度鋼引橋水上安裝技術(shù)研究

秦季冰

（中交三航局第三工程有限公司，江蘇 南京 210000）

1 工程概況

本工程碼頭2 個(gè)泊位船岸連接均采用60.0m×4.5m（長(zhǎng)×寬）鋼引橋與后方墩臺(tái)連接；后方墩臺(tái)之間的連接采用36.0×4.0m（長(zhǎng)×寬）、48.0×7.0m、45.0×7.0m、46.6×7.0m、46.9×7.0m、18.0×4.0m、12.0×4.0m、24.0×4.0m 八種鋼引橋。

60.0m×4.5m 鋼引橋主桁架選用空腹拱桁式焊接結(jié)構(gòu)，兩端橫梁采用32a 雙工字鋼結(jié)構(gòu)，中橫梁及縱梁采用32a 單工字鋼結(jié)構(gòu)；上下平聯(lián)斜桿均采用單工字鋼結(jié)構(gòu)，鋼引橋一端采用滾輪支座，另一端采用弧形支座，其立面圖如圖1，跨中結(jié)構(gòu)斷面圖如圖2。60.0m×4.5m 主桁架施工應(yīng)設(shè)置預(yù)拱度40mm,其拱應(yīng)作成平順曲線。鋼引橋在使用期內(nèi)應(yīng)注意定期檢查和維修保養(yǎng)。本次安裝工程吊裝地理位置形式復(fù)雜，2 座60m鋼引橋一端位于躉船上，一端位于岸上轉(zhuǎn)運(yùn)站，且60m 鋼引橋單件重達(dá)95t，涉及的人員、機(jī)械、設(shè)備較多，吊裝難度較大。

圖1 60m 鋼引橋立面圖

圖2 60m 鋼引橋跨中斷面圖

2 工程特點(diǎn)

2.1 自然條件

荊州港李埠港區(qū)一期綜合碼頭工程碼頭區(qū)域位于長(zhǎng)江子堤南側(cè)河岸區(qū)，陸域區(qū)位于長(zhǎng)江子堤北側(cè)耕地地范圍內(nèi)。場(chǎng)地地形起伏較大，由北至南呈“”型展布。勘察期間，碼頭 區(qū) 域 高 程39.65～40.12m，陸域區(qū)地面高程37.07～40.29m。

表層地質(zhì)如下：①1 層素填土人工堆積層（Qm1）。該層主要于陸域區(qū)西北部分布，厚2.20～7.80m。①2 層素填土人工堆積層（Qm1）。該層主要分布于碼頭區(qū)域及陸域區(qū)大部分場(chǎng)地，厚0.30～2.00m。②層粉質(zhì)粘土夾粉土第四系全新統(tǒng)沖積層（a1）。該層于碼頭區(qū)域及陸域區(qū)大部分場(chǎng)地分布，厚0.70～3.20m。③層粉砂夾粉土第四系全新統(tǒng)沖積層（）。該層于碼頭散貨泊位前方轉(zhuǎn)運(yùn)站及棧橋分布，厚1.30m～2.90m。

2.2 施工方案選擇

2.2.1 施工難點(diǎn)。本工程共計(jì)44 座鋼引橋，其中2 座60m鋼引橋一端位于躉船上，一端位于岸上轉(zhuǎn)運(yùn)站，吊裝地理位置形式復(fù)雜，且60m 鋼引橋單件重達(dá)95t，后方陸域部分單件重量超過(guò)30t 的鋼引橋多達(dá)9 座，還有一座45m鋼引橋橫跨長(zhǎng)江子堤，整體吊裝難。

2.2.2 方案比較。前期根據(jù)對(duì)60m鋼引橋吊裝位置的實(shí)地考察，提出了兩種吊裝方案。第一種為陸上一臺(tái)500t、一臺(tái)350t 汽車吊接力抬吊施工，第二種為水上浮吊船一次性整體吊裝。經(jīng)過(guò)多次的實(shí)地勘察及分析，綜合比較兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下：（1）鋼引橋岸側(cè)平臺(tái)寬度為28m，鋼引橋整體伸出平臺(tái)42m，如果選擇陸上安裝，在選用500t 汽車吊的情況下也需要在平臺(tái)外側(cè)10m 處搭設(shè)臨時(shí)擱置平臺(tái)，用于鋼引橋的臨時(shí)擱置換吊點(diǎn)，整體的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較大，且平臺(tái)外10m處為岸坡護(hù)角，底部均為淤泥，更增加了風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。（2）上游側(cè)鋼引橋一側(cè)為原碼頭部分，岸坡向岸側(cè)縮進(jìn)，場(chǎng)地較小，無(wú)法停350t 吊車，導(dǎo)致2 臺(tái)吊車均需?？吭谙掠蝹?cè)進(jìn)行吊裝，旋轉(zhuǎn)作業(yè)容易相互影響，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)大。（3）經(jīng)過(guò)我方多方咨詢，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鋼引橋安裝時(shí)間，我方聯(lián)系到1 艘800t 浮吊船在安裝時(shí)間節(jié)點(diǎn)會(huì)經(jīng)過(guò)我方安裝區(qū)域，可以利用船機(jī)調(diào)遣的孔隙進(jìn)行安裝施工。綜上所述，60m鋼引橋采用陸上接力抬吊的可行性不高且安全風(fēng)險(xiǎn)較大，因此最終選擇采用800t 浮吊船進(jìn)行水上整體吊裝。

3 施工技術(shù)方案

3.1 施工流程

60m鋼引橋安裝工藝流程如圖3 所示。

圖3 60m 鋼引橋安裝工藝流程圖

3.2 鋼引橋安裝

3.2.1 進(jìn)場(chǎng)檢查。鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)場(chǎng)前按構(gòu)件明細(xì)表核對(duì)構(gòu)件的材質(zhì)、規(guī)格及外觀質(zhì)量，查驗(yàn)零部件的技術(shù)文件（合格證、試驗(yàn)、測(cè)試報(bào)告以及設(shè)計(jì)文件、設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果的文件），所有構(gòu)件必須經(jīng)過(guò)編號(hào)、分類、數(shù)量統(tǒng)計(jì)等檢查，全部達(dá)到要求，方可允許進(jìn)場(chǎng)。進(jìn)場(chǎng)后，鋼構(gòu)件的堆放要下鋪設(shè)墊木，按種類、型號(hào)、吊裝順序編號(hào)分區(qū)放置，并由專人監(jiān)管。

3.2.2 準(zhǔn)備工作。鋼引橋安裝場(chǎng)地施工前對(duì)原地面進(jìn)行整平碾壓密實(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)制作平臺(tái)，對(duì)需要安裝的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)。

鋼引橋在現(xiàn)場(chǎng)必須碼放整齊，鋼引橋底下必須墊枕木，按照排架尺寸放置相對(duì)應(yīng)的鋼引橋。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行各結(jié)構(gòu)段的焊接拼裝，焊接拼裝方案同場(chǎng)內(nèi)制作方法。拼裝完成后進(jìn)行橋面系花紋鋼板的鋪設(shè)，完成后開(kāi)始統(tǒng)一進(jìn)行吊裝。對(duì)于部分影響鋼引橋螺栓安裝及吊裝的花紋鋼板在鋼引橋吊裝完成后再進(jìn)行安裝。

正式安裝前，項(xiàng)目部組織業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、船機(jī)設(shè)備操作人員、現(xiàn)場(chǎng)安裝工人進(jìn)行了多次研討，就安裝過(guò)程中出現(xiàn)的各類問(wèn)題進(jìn)行了探討，并提出了建設(shè)性的意見(jiàn)，經(jīng)過(guò)共同商議確定了最終的安裝方案。

正式起吊前，項(xiàng)目部組織設(shè)備對(duì)鋼引橋進(jìn)行了試吊，鋼引橋起吊至離地面1m 時(shí)，觀察鋼引橋的起吊偏位情況，設(shè)備和吊物有無(wú)異常情況，停滯30 分鐘沒(méi)有問(wèn)題后，再開(kāi)始正式起吊。鋼結(jié)構(gòu)安裝前應(yīng)對(duì)鋼引橋進(jìn)行檢查，檢查要求如表1 所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)安裝前檢查要求表

對(duì)不滿足設(shè)計(jì)要的要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到位后方可進(jìn)行安裝。

3.2.3 60m 鋼引橋吊裝。60m 鋼引橋在2#轉(zhuǎn)與1#、3#轉(zhuǎn)運(yùn)站之間的場(chǎng)地上進(jìn)行拼裝，拼裝完成后等待躉船到位后開(kāi)始安裝。

首先60m 躉船就位，75m 躉船向岸側(cè)移動(dòng)至水位邊，將60m鋼引橋橫向轉(zhuǎn)運(yùn)至岸坡前沿，800t 浮吊船向岸側(cè)靠攏，將上游側(cè)60m鋼引橋吊運(yùn)出來(lái)。如圖4 所示。

圖4 60m 鋼引橋吊運(yùn)示意圖

起吊時(shí)在鋼引橋的兩端分別掛四根纜風(fēng)繩，四個(gè)人分別拉住兩根纜風(fēng)繩，控制起吊后的穩(wěn)定，之后將鋼引橋緩緩旋轉(zhuǎn)至與浮吊船背架平行，此后將纜風(fēng)繩系在800t 浮吊吊臂上進(jìn)行加固。然后800t 浮吊船向江側(cè)退，使鋼引橋移出躉船范圍，之后浮吊船向上游移動(dòng)至安裝位置，再向岸側(cè)移動(dòng)至就位處進(jìn)行鋼引橋安裝。移運(yùn)示意圖如圖5 所示。

圖5 60m 浮吊船移運(yùn)剛引橋示意圖

鋼引橋開(kāi)始起吊速度一定要慢，由指揮人員統(tǒng)一指揮。為了保證安全，人員不能站在鋼引橋的正下方。

當(dāng)鋼引橋整體移至安裝就位處上方時(shí)，浮吊船定位開(kāi)始就位鋼引橋，鋼引橋的整體下落的速度控制在1m/min 之內(nèi)，在鋼引橋的兩側(cè)墩臺(tái)及躉船上上四名安裝工，準(zhǔn)備安裝鋼引橋。

安裝技術(shù)人員配備對(duì)講機(jī)，鋼引橋下落時(shí)隨時(shí)提供信息給指揮吊裝人員，在距離轉(zhuǎn)運(yùn)站前方兩米處停止下落，此時(shí)兩名安裝工人分別在兩側(cè)拉緊纜風(fēng)繩，穩(wěn)定后浮吊船帶著鋼引橋緩慢整體向轉(zhuǎn)運(yùn)站移動(dòng)，待鋼引橋進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)站后，立即將錨鏈通過(guò)手拉葫蘆與鋼引橋端部連接，利用手拉葫蘆將鋼引橋拖至弧形支座內(nèi)就位，拉緊手拉葫蘆后，將錨鏈與墩臺(tái)上錨環(huán)連接。在臨時(shí)加固完成后，浮吊船繼續(xù)下放鋼引橋，鋼引橋下落速度控制在1 米/分鐘，在躉船上上2 名安裝工，待鋼引橋完全下落至躉船上后及時(shí)將錨鏈與鋼引橋連接固定。（圖6）

圖6 60m 鋼引橋安裝示意圖

上游60m 鋼引橋安裝完成后，以同樣的方法將下游60m 鋼引橋移出躉船范圍，之后等待75m 躉船就位，就位完成后按照上述安裝方案完成下游60m鋼引橋安裝。

3.2.4 檢查驗(yàn)收。在鋼引橋吊裝完成后，應(yīng)對(duì)鋼引橋的水平度、跨中垂直度，側(cè)向彎曲、軌距等進(jìn)行仔細(xì)的檢查驗(yàn)收，并做好詳細(xì)的檢查驗(yàn)收記錄。

4 設(shè)備選擇及驗(yàn)算

4.1 設(shè)備選擇

60m 鋼引橋單件重量為94.19t，因跨度大，重量重，數(shù)量?jī)H2 座，且為水上安裝，考慮到作業(yè)面有限，因此選擇800t 浮吊船進(jìn)行水上安裝，根據(jù)800t 浮吊船性能參數(shù)，在背架55°的情況下，副鉤起重量為250t，工作幅度48m，起重凈高54m。鋼引橋在躉船外側(cè)安裝，吊點(diǎn)距躉船外邊距離為1/2*60+14=44m。兩側(cè)吊點(diǎn)距兩端18m，根據(jù)起吊時(shí)鋼絲繩與鋼引橋夾角53°計(jì)算起吊高度為24.841+（42.6-29）（實(shí)時(shí)水位高差）=38.441m。根據(jù)浮吊船性能起重量250t＞94.19t，工作幅度48m＞44m，起重凈高54m＞38.441m，可以滿足60m鋼引橋的安裝。

4.2 鋼絲繩驗(yàn)算

鋼絲繩選用[G]為1770Mpa 的6×37+FC 纖維芯鋼絲繩，安全系數(shù)K 取5.0，鋼引橋最大自重為94.19t，吊裝方式采用捆綁吊裝。選用800t 浮吊船安裝，考慮到60m鋼引橋兩端擱置面標(biāo)高不一致，因此考慮極限狀態(tài)下只有江側(cè)兩根鋼絲繩受力,鋼絲繩與構(gòu)件夾角為53°。

江側(cè)兩根鋼絲繩受力：

式中D為鋼絲繩直徑單位mm；

K'為某一類別鋼絲最小破斷拉力系數(shù)，這里去0.33；

R0為鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度，單位MPa，這里為1770MPa。

則破斷拉力F0=373.8t＞294.8t，滿足要求。

因此，60m鋼引橋采用繩徑80mm鋼絲繩。

吊裝60m 鋼引橋吊點(diǎn)距兩端18m，選擇長(zhǎng)度不低于20m鋼絲繩。

4.3 吊耳驗(yàn)算

4.3.1 計(jì)算參數(shù)

表2

4.3.2 計(jì)算示意圖（圖7）

圖7 吊耳示意圖

4.3.3吊耳驗(yàn)算

（1）吊耳豎向荷載：Fv=K×Fk=1.65 ×58.96=97.2 84kN；

（2）吊耳橫向荷載：FH=Fv×tanα=97.284×tan16°=27.896kN；

（3）吊索方向荷載：FL=Fv/cosα=97.284/cos16°=101.204kN；

（4） 徑向彎矩：M=FH×(L-R)=27.896×(0.3-0.12)=5.021kN·m；

（5）吊耳板吊索方向的最大拉應(yīng)力：σL=FL/ (S(2R-D))=101.204×103/ (30×(2×120-80))=21.084N/mm2≤[σ]=134.4N/mm2。

滿足要求！

（6）吊耳板吊索方向的最大剪應(yīng)力：τL= FL/(S(2R-D))=101.204×103/ (30×(2×120-80))=21.084N/mm2≤[τ]=80.6N/mm2

滿足要求！

（7）吊耳板角焊縫應(yīng)力校核：

角焊縫面積：A=LDP×S=450×30=13500mm2

角 焊 縫 的 拉 應(yīng) 力 ：σa= Fv/A=97.284 ×103/13500=7.206N/mm2

角 焊 縫 的 剪 應(yīng) 力 ：τa= FH/A=27.896 ×103/13500=2.066N/mm2

角焊縫的彎曲應(yīng)力：σab=6M/ (S×LDP2)=6×5.021×106/(30×4502)=4.959N/mm2

組合應(yīng)力：σ=((σa+σab)2+4τa2)0.5=((7.206+4.959)2+4×2.0662)0.5=12.848N/mm2≤[σ]=134.4N/mm2

滿足要求！

5 結(jié)論

依托李埠港項(xiàng)目60m鋼引橋浮吊安裝工程，筆者通過(guò)工程特點(diǎn)分析、安裝工藝研究和理論驗(yàn)算，得出：采用浮吊安裝可提高類似水岸連接大型鋼引橋安裝的可靠性，簡(jiǎn)化安裝工藝，為工程的順利進(jìn)行提供保障，給類似項(xiàng)目提供借鑒參照。