浙江跨海大桥中心起吊专用运架吊船架设70米预应力混凝土箱梁工法.docx

中心起吊专用运架吊船架设70米预应力混凝土箱梁工法（XX大桥局股份有限公司）一、前言随着国民经济的发展，一些跨越大江、大海等特大型桥梁工程项目相继出现，为了减少深水基础的施工，降低工程造价，就对大跨度桥梁提出要求；水上大型专用架梁机械的研制成功，为大跨度、大重量桥梁的预制架设提供了可能。本工法是在原有箱梁预制基础上，结合东海大桥、杭州湾跨海大桥70箱梁起吊、运输及架设的工程实践，经不断研究、探索、总结而形成的。这两座跨海大桥上部结构一般为4、5、6跨一联的70m先简支后连续箱梁，最重达2200吨。该70m箱梁的预制及架设在我国的桥梁建设史上是史无前例的。二、工法特点1、重2200多吨的箱梁采用“小天鹅”号或“天一”号两艘中心起吊的专用运架一体船进行架设，其运输及架设是合理而且经济的，并且具有很高效率；2、 、运输、架设都由专用船完成，可以省去其他船只及机械的投入；3、在运输过程中对箱梁进行临时固定，避免了在运输过程中因船身的不稳造成对箱梁的损坏；4、 具备足够的起吊高度使得在30多米高的桥墩上架设箱梁也是很容易实现的；5、梁架设中采用GPS（全球卫星定位系统）进行测量控制，使得箱梁的架设精度能够达到要求；6、 梁下落到临时支座上后用水平千斤顶进行调整使其精确就位；三、使用范围本工法适用于在满足通航要求的大江、大海上对大型箱梁的起吊、运输及架设。四、施工工艺 工艺流程工艺流程图纵移台车与分栈桥对位、固定（如果有分栈桥）横移台车松顶、临时支座支承，压浆、封锚纵移至出海栈桥端部，再横移到栈桥前端横移台车再次就位、起顶、横移至纵移台车上纵移台车对位、固定横移台车就位、起顶，横移至存梁台座箱梁预制、完成纵横向张拉锁定纵、横移台车，纵移起重船进港、泊锚横移台车从纵移台车上移下，在分栈桥上横移、存梁起重船提升箱梁，绞锚对位墩顶测量放线起重船抛锚定位起锚，离开码头运输箱梁至待架墩跨附近台车返回起吊箱梁，并临时固定拆除临时支座，进行体系转换穿束、张拉负弯矩钢铰线、压浆、封锚湿接头钢筋绑扎、孔道及模板安装、砼浇注、养护安装正式支座（边跨端正式支座架梁前安装）通过微调千斤顶调整平面位置及高程初步对位、松落箱梁墩顶临时支座及微调千斤顶布置（二）起重船简介： 目前可用于大型箱梁水上架设的有扒杆吊和中心起吊船两种。由于中心起吊船具有独特的优势，故下面介绍几种特型吊船的主要性能和指数。1.“小天鹅”号运架梁起重船：它是由XX大桥局集团公司专门研制的，船型为双体自航船型，艉机型船，每个片体设双机双舵桨装置，船艏各设侧推力器一具。船舯向船艉由连接桥相连，起重架设于连接桥上部。如图A、本船主要技术参数：型长： 84m型宽： 46m片体型宽： 16m型深： 5.9m设计吃水： 3.5m满载排水量： 8700t起重能力： 2500t起吊高度： 41m图“小天鹅”起重船结构本船设计成双体船的目的是为了适应简支架设和双悬臂架设，并具备安装预制墩身的功能。架设简支梁时，船体位于桥跨两墩柱之间；架设双悬臂梁或预制墩身时，承台基础包容在起重船两片体开档之间。本船在设计时预留了可改变双体船两片体间间距的功能，间距可根据不同跨度梁的架设在518m间重新设定。本船还可以改装成起重能力为500t的臂杆式起重船。目前，本船两片体间的间距位置设置为14m。B、航行、作业区域本船适应在沿海海域、长江A、B级航区进行起重作业和自航调遣，船舶稳性和船体结构强度满足近海和无限海域拖带调遣要求。C、锚泊系统本船以锚泊定位方式作为船舶施工时移船及定位的主要手段。左右片体艏部设置50t液压锚机各两台，距艏部约21m处设置10t液压横移绞车各一台，艉部设置50t液压锚绞车各两台。锚机和绞车固定在甲板上，用于船舶定位、移位和锚泊。本船还在甲板上设置了4台10t稳索绞车，用于稳定混凝土梁起升过程中由于受外力作用而产生的位移。D、推进系统本船设置4套主推进装置，每个片体两套，采用柴油机-滑差离合器-全回转舵桨推进方案。两片体内侧的柴油机，其自由端通过离合器带动锚泊系统及起重卷扬机的液压泵组。为改善操纵性，在两片体艏部各设置1台电动侧推力器，使起重船在进出墩区时易于操控、定位。E、电站系统本船电站由3台柴油发电机组组成，二大一小，供轮机设备及全船照明用电。大机组为300千瓦，小机组为90千瓦。正常施工作业及航行状态下启动大发电机组，停泊状态启动小发电机组。（2）起重机概况：本起重机安装在双体船的连接桥上部，起重机的起重架顶部距水面高约54m，可将60m或70m混凝土梁体提升至梁顶面距水面41m的高度。起重机作业过程中，起重机的起升和降落，船舶载荷都会相应发生变化，船体浮态随之而变。由于架梁施工需要起重机能准确对位，起落平稳，这就要求船体始终能保持基本正浮状态，因此，起重架布置应按起吊梁中心与起重船浮心一致的原则进行设计，即“船舶中心起吊”方案。船舶中心起吊方案，还有利于有效利用船体排水量，最大限度发挥船体结构能力，使船体规模相对减小，节省投资。本起重机由以下几个主要部分组成：A、起重架B、吊梁扁担C、卷扬系统D、液压系统（三）箱梁的起吊、运输70m箱梁自预制台座经横移、纵移到达分栈桥起吊位置后，采用大桥局集团公司自制的“小天鹅”起重船起吊、运输、架设于桥孔上。逐孔架设。箱梁出海码头位于沈家湾岛的南侧，涨潮时，水流自东向西，退潮时，水流自西向东，且流速较大，尤其栈桥东侧。“小天鹅”吊船位于栈桥西侧取梁。1、“小天鹅”吊船进港取梁“小天鹅”吊船由桥孔位或船厂进入沈家湾箱梁出海栈桥西南侧后，根据码头附近水的流速、风向确定吊船进港方案。图“小天鹅”起重船码头取梁示意图（1）涨潮驶入沈家湾箱梁出海栈桥附近水域，涨潮时，水流自东向西，吊船驶入码头属逆水行船，可利用动力直接缓慢驶入。吊船驶入的过程中，同时将吊船的四个锚分别系于两分栈桥和系缆墩的系缆柱上，通过铰锚绳，使船准确对位，将分栈桥上箱梁吊起。（2）退潮驶入若海水退潮，或受流向、风力影响时，“小天鹅”驶入栈桥停靠于分栈桥靠岸侧分支，将缆绳系于栈桥和系缆墩的系缆柱上，铰锚绳，采用缆绳调整船位，对位，起吊箱梁。吊船在箱梁出海码头准确对位后，吊机松钩，使扁担梁吊杆对准箱梁上预留吊点孔，使吊杆穿过箱梁吊点预留孔，每侧吊点设四根吊杆（吊杆为成品吊索）。落下吊梁扁担距梁顶约10cm，同时将放置在吊船两侧伸缩滑道上的吊梁下扁担推出，使吊梁下扁担推至箱梁吊点正下方。然后由上扁担梁上的卷扬系统将下扁担提升至箱梁底面，将8根吊杆安装于下扁担所设吊杆槽内（吊杆下设镦口），由上扁担梁上的卷扬机收紧下扁担，将吊杆上口螺帽拧紧后松开卷扬机，并将吊船两侧滑道收回，检查吊点后慢慢提升吊梁扁担起梁。吊船起梁后，提升一定高度（吊梁下扁担最低点距分栈桥顶约50cm），即可退船。该吊船装有动力较大的推动器，能克服一定的流速而平稳行驶。退船时根据水流方向的不同，采取不同的方式。（）涨潮驶出：保留两分栈桥缆绳不解，其余缆绳解开，吊船利用本船力退出栈桥码头，待吊船退出分栈桥时，将分栈桥上缆绳解开，吊船继续退出逆水退船最好是在退潮或平潮时退船，避免流速过大，造成船舶侧面受水流压力过大，船舶较难平稳行驶。该吊船装有动力较大的推动器，能克服一定的流速而平稳行驶。所以，涨潮在流速不大时，吊船可直接利用动力退出栈桥码头。（）退潮驶出：保留两分栈桥缆绳不解，其余缆绳解开，吊船利用本船力、左侧艉部锚的助力及尾部锚绳退出栈桥码头，待吊船退出分栈桥时，将分栈桥上缆绳解开，吊船继续退出并起锚。起锚方案：吊船退至离码头约100m时，由起锚船起锚，并送锚至吊船上。此方案需在锚上设副锚绳，起锚船通过副锚绳顺锚方向起锚，此方案主要有两个好处：a、顺锚方向起锚，克服了锚的抓力，易于起锚；b、通过副锚绳起锚，避免主锚绳在起锚过程中损坏。 “小天鹅”吊船取梁退出栈桥后，船头朝东，将箱梁下落，当箱梁底面距支点约10cm 时停止下落，向设置在船体甲板上的顶升油缸供油，使顶升油缸向上顶起活动承托，顶紧箱梁底面，活动承托顶面设缓冲装置。船上两端支点处反力，每端支点均不超过60t（当每端支点反力超过60t时，油缸自动卸油；反力过小时，油缸自动充油），然后向绑扎托架夹紧油缸内供油，单个油缸夹紧力不大于15t，将箱梁水平固定。2、海上航行“小天鹅”吊船沿南航线航行至待架桥孔位，即从沈家湾码头经大洋山到达桥轴线的西侧，架设西侧A梁，若要架设东侧的B梁，则需通过临时通航孔到达桥轴线的东侧。南航线航行距离较短，但航线船舶较多，航行受到一定程度的影响，航行中需控制航速，航速不超过7节，且注意了望，以确保航行安全。3、吊船海上抛锚定位吊船沿南航线航行至桥中线西侧，距待架桥孔约300350m左右时，先抛下两个艉锚，再利用抛锚船抛下两个艏锚、四个侧锚，锚绳长300450m，以便船体准确定位。吊船前后左右八个锚完全抛好后，将箱梁提升至架设需要的高度，利用铰锚机将吊船铰进桥孔位置，调整锚绳长度，微调定位、对位，将箱梁安放于墩顶临时支座上。利用吊船上的锚机配合，收放锚绳，将吊船退出桥孔位置，然后按照与抛锚顺序相反的顺序，利用抛锚船起锚。逆水停船时船艏抛自救锚。吊船架设桥中线东侧B梁时，吊船在距待架桥孔中心线约300350m左右时，先抛下两个艉锚，余下操作同西侧架梁方法。箱梁架设完成后吊船沿南航线返回箱梁出海码头。图“小天鹅”起重船架梁步骤图（四）箱梁对位 1、控制测量方案（1）平面控制：A、平面首级控制：由东海大桥测量控制交底文件标目前可以利用的共有3个首级控制点和5个首级加密控制点，其中0001、0002、0003为首级控制点，位于小洋山上；A平台、B平台、C平台、ly33、ly35共5个点为首级加密控制点，分别位于桥轴线附近试桩平台上以及小乌龟岛、大乌龟岛上，这些点可直接用来作为标大桥施工放样的首级平面控制以及承台上控制点加密的基准点。B、平面临时加密控制：由于现有的首级控制点和首级加密控制点并不能完全满足施工放样的需要，因此必须要在承台上布设加密控制点，从而更好地满足施工放样的需要。由于海中间又无天然过渡点，能见度又不够，又由于A平台、B平台、C平台三点之间间距超过7公里，小洋山、大乌龟岛、小乌龟岛点之间互不通视，等等这些不利因素决定了常规仪器全站仪根本不能满足需要，因此加密控制点必须要采用全球定位系统（GPS）。平面加密控制点布设的位置和个数视具体情况而定。在箱梁架设施工中所需要的控制点，可以利用全站仪通过承台的控制点向上传递，由于各种影响因素造成不能传递的时候进行GPS静态加密控制。（2）高程控制A、高程首级控制：由东海大桥测量控制交底文件可知全桥高程首级控制点为lyj1、lyj2两点，位于上海芦潮港基岩上。这两点作为全桥水准的首级基点。B、高程首级加密控制：为了满足承台以上部分施工的需要，业主委托上海测绘院施测一条全桥三等水准路线，作为高程首级加密控制，为施工高程放样传递和加密水准点提供依据。C、高程临时加密控制：上海测绘院提供的三等水准点并不能完全满足施工的需要，这就要求我们必须进行高程临时控制点的加密。因此按照三等水准测量要求进行施测进行加密。高程加密控制点布设的位置和个数视具体情况而定。2、墩顶作业（1） 墩顶临时支座（调位装置）设置删除图4 墩顶临时支座结构每片箱梁设墩顶调位装置四套，每套调位装置主要由一台700t砂顶、两台水平移动千斤顶、滑动副、机座、减震板及配套油泵组成。每片梁共有八台水平千斤顶，每方向两台水平顶为一组，共四组水平顶分别负责箱梁和方向的移动。滑动副主要由四氟板及竖向砂顶底下的不锈钢衬板组成，四氟板能有效地减小水平摩擦力。为了减少箱梁架设时的冲击震动，在砂顶的活塞顶部设有减震板，减震板由凹型n钢板及橡胶缓冲垫组成，其总高度为50mm。在安装前利用800t千斤顶及配套反力架进行试验，以确定其压缩量，压缩量应不超过10mm，在安装前预留此压缩量高度。由于水平油缸行程所限以及临时支座在墩顶的有效活动面积有限，其位置调整的位移量是有限的。因此，箱梁初始定位的平面坐标偏差必须满足：中墩150mm；边墩75mm。图5 墩顶临时支座布置（2）墩顶测量放线架梁前在墩顶测设永久支座中线和临时支座中线，安装临时支座。为了保证箱梁架设的精度，采取了以下措施：A、箱梁架设前，箱梁在预制场要进行竣工测量，并在梁上标出箱梁中线和支座中线，以便架梁时与墩顶支座中线吻合。B、箱梁预制时，要检查四个临时支座处底模高程，并作好记录，以便架梁时对四个临时支座高程进行调整。C、临时支座砂顶事先采用800t千斤顶及配套反力架预加压力，消除砂顶压缩变形。临时支座安装时要精确测量砂顶顶面高程，使砂顶支承顶面高程满足设计要求，确保四个临时支座受力均匀。3、永久支座安装本工程使用的支座系列为球型桥梁支座，支座与梁体及墩台采用锚栓与锚固压板组合方式连接锚固。支座安装要保证支座支承面的水平及平整。支座支承面四角高差不得大于1mm。支座安装前须开箱检查产品使用安装说明、合格证、装箱单。开箱后，不得任意松动连接螺栓，并不得任意拆卸支座。边墩的永久支座与梁体内预埋板连接后再吊装，中墩的永久支座在架梁前安放于墩顶，调整好位置和高程后采用位能压浆。在体系转换前拆除上、下支座板连接螺栓。（五） 精确就位由于水平油缸行程所限以及临时支座在墩顶的有效活动范围有限，其位置调整的位移量是有限的。因此，箱梁初始定位的平面坐标偏差必须满足：中墩纵、横向均150mm；边墩纵向150mm，横向75mm。在每孔箱梁初步对位并下落于临时支座后，须精确调整梁的平面位置。调位原理：箱梁初步定位后，检查箱梁的平面位置，根据箱梁的偏位方向，开动相应的水平千斤顶，滑动副在水平顶力作用下与箱梁一起移动，直至箱梁位置满足设计要求。注意：调位时，纵向和横向不能同时进行，应按先后顺序作业。向一个方向调位时，顶推力为相反方向的水平顶顶塞应松开一定的距离，但距离不能太大，以发挥保险作用，若调位幅度较大，可以分几次调节水平顶松开的距离。箱梁精确调位后的允许偏差：梁面高差：5mm；相邻箱梁轴线偏差：10mm；竖直度：5mm；梁顶面纵向高程：+8，5mm。、械设备及劳动力组织（一）机械设备组织箱梁架设工作主要包括：箱梁的纵横移、箱梁的起吊、运输及安装，钢筋的加工和安装，湿接头混凝土的浇注和养护，预应力筋的安装和张拉，预应力孔道压浆、封锚及体系转换等工作。完成上述工作的主要机具设备如下：序号名称及规格单位数量备 注一动力供应设备1通用的动力设备项12照明系统项1场地内照明二移梁及架设设备1横移台车套32纵移台车套1325t卷扬机台2410t卷扬机台15顶梁竖向千斤顶（800t）台126水平顶推千斤顶（100t）台27穿心油缸（50t）台88墩顶微调千斤顶台329拉带调节千斤顶(50t)台210“小天鹅”号起重船及配套船舶项1三测量仪器1通用的测量仪器套1四试验检验仪器1通用的试验检验仪器套1（二）劳动力组织箱梁架设工作开始之前，应组织相关人员进行培训，并进行全面、详细的技术交底。预应力系统的安装和张拉应有技术人员值班，由具有专业资质的人员进行。序号工种数量备注1现场总指挥12现场技术人员43试验人员44测量人员35信号员26电工27电焊工68钳工29起重工2010船员80包括船吊司机7、 质量标准及质量控制措施 (一)质量标准1跨海大桥工程专项质量检验评定标准(试行)2公路工程质量检验评定标准(JTJ07198)3公路桥涵施工技术规范(JTJ0412000)4港口工程质量检验评定标准(JTJ22198) (二)质量控制措施 （1）为了控制预制箱梁质量，箱梁预制开始前，应编写详细的施工操作作业指导书，对参加施工的全体人员进行技术交底，认真执行经业主及监理工程师批准的施工工艺和设计图纸，对工艺、图纸的修改应取得监理工程师的认可。 （2）所有设备应定期进行检查、维修、保养和试运转，以保证施工顺利进行。 （3）所有用于箱梁预制的材料应符合要求，材料应进行有效标识，并可以追溯，材料的装卸、运输、储存、制作、安装不应影响材料的性能。 （4）所有的质量记录应完整，有效标识并保存。8、 安全及环保措施（1）施工前，对参加作业的所有人员进行安全交底及安全培训，让他们了解海上作业、高空作业及大型构件吊装作业的安全注意事项，提高施工人员的安全意识和自我保护意识。（2）所有作业人员应穿救生衣、戴安全帽，高空作业人员还应系好安全带。（3）施工船舶在航行、锚泊或作业时按规定显示不同的信号。（4）禁止施工船舶在海底管线附近水域抛锚避风或停泊，若施工点离管线很近，船舶在管线附近抛锚时，锚缆跨过光缆的长度应大于100m，未跨过光缆的应离开光缆不小于80m。（5）在海缆附件作业时，作业船、吊船等的锚上均应设置浮标，便于定位、起锚、跟踪， 加强现场值班监督，配备拖轮一艘，加强巡视，密切注意施工现场及周围的动态，一旦发现船舶走锚迹象，立即前往稳住。（6）箱梁吊运应在不超过六级风时进行，运输过程中要确保绑扎托架牢靠。（7）不使用高噪音的机械，同时注意对机械的经常性保养，降低机械噪声。（8）大型船舶、机械设备按要求需配备油水离器装置，并有专门的废油存放桶，在专门的处理场进行回收处理。9、 效益分析开发了70m跨度后张预应力混凝土整孔箱梁起吊、运输及架设技术，填补了我国建桥史上的一项空白，为跨越大江、大海等特大型桥梁的设计、施工提供了新的选择，必将推动桥梁事业的发展。10、 工程实例XX大桥局集团承担了东海大桥和杭州湾跨海大桥所有70箱梁预制、架设等任务，共850榀预制箱梁。箱梁预制长度最长69米，预制重量达2200吨，预制长度和重量在国内尚属首次。架设中克服了海洋台风及季风的影响，架设精度满足施工要求,合格率达到100%.修改意见1.“小天鹅”吊船进码头取梁。“小天鹅”进码头取梁应选择平潮或逆水缓进，确保船舶及箱梁码头的安全，同时利用船上的铰缆装置将“小天鹅”起重船系于安全取梁位置，通过铰缆对位将箱梁吊起。2.顺水驶入。“小天鹅”起重船在选择取梁时就应该考虑取梁后能马上顺水驶入桥区。一是提高船速，二是降低成本。如在东海大桥就是选择低平潮或涨潮时节取梁，杭州湾大桥选择高平潮或退潮时节。3.海上航行。“小天鹅”取梁后顺水退出码头，将箱梁下落，用夹梁装置固定加固。在安全的前提下，沿海航线尽早到达桥区后抛临时锚，将箱梁吊起升到架梁的安全高度后，在平潮时逆水条件下起临时锚驶进桥区，船艏离桥墩约5080米处抛自救锚，暂稳船舶，用抛锚船将定位锚抛出。4.吊船桥区抛锚定位。吊船在墩区抛下自救锚后，抛锚船配合“小天鹅”起重船抛定位锚。抛锚的顺序是按照先抛艏锚，后抛逆风锚，再抛艉部锚。在抛锚期间，“小天鹅”根据当时海况的风向、流速，用本船的侧推和舵浆动力使得船位不走形。（如下图1）当7个锚抛毕，首先起上自救锚，利用所抛的7个定位锚绞进墩位，精确对位落梁。图1未进墩子时的锚位图图2落梁时的锚位5.吊船退出桥区。当起重船架好梁后，船舶退到图1的位置，抛下自救锚，按照后抛的锚先起，先抛的锚后起的顺利，起完定位锚。在起锚前一定要充分估计有起七个锚的潮汐时间，否则，船艉增抛一个艉锚，下一个潮水起锚回码头。6.关于码头：（1）.码头与桥区的路程：一个潮汐到达桥区。逆水取梁，顺水退出。退出后能一个潮汐赶到桥区。码头在最低潮或最高潮都能满足吊船取梁条件。码头系缆装置满足吊船的对位绞缆条件。（如下图）取梁码头不考虑抛艉锚，即可稳定船位，取梁作业。图3吊船进码头的对位（2）.辅助船舶：架梁海域流速3节时，抛锚船的马力应选择700P，便于在不受潮流影响架梁船舶的正常作业。（3）.将东海大桥等专指处建议均去掉，改为有代表性的说法。17