大跨度钢箱梁过桥孔双浮吊吊装技术研究

摘要：在通行路段或者通航航道上修建桥梁时，为了不中断交通，常常采用钢结构桥梁的型式，通过在工程预制钢箱梁，现场吊装的施工工艺快速完成上部结构。为了研究钢箱梁预拼后下穿原有桥梁的技术，依托杭州市石祥路提升完善项目跨京杭运河钢箱梁吊装工程，采用双浮吊吊装大吨位钢结构，用两艘机驳船运输下穿既有桥梁后，再重新组拼双浮吊，吊装架设钢箱梁。根据吊装工况，验算荷重富裕系数、钢箱梁的强度和刚度。实践证明，大跨度钢箱梁过桥孔双浮吊吊装技术得到了成功应用，可为类似的工程提供参考和借鉴。

关键词：大跨度钢箱梁；双浮吊；预制拼装

0 引言

随着我国经济的快速发展，城市化进程逐年加速，常规地面平交路口交通方式已经不能满足城市交通的需求。为解决交通拥挤，各大城市相继修建高架路和快速路。钢结构桥梁作为桥梁的一种重要形式能有效地发挥钢板的承载能力，减轻上部结构的自重，在材料数量相同时可提供更大的抗弯和抗扭刚度[1]。

其内部为闭合空间，更易抗锈蚀，且具有外形简洁、美观等特点。尤其是钢箱梁可以在工厂制成大型安装单元，从而减少工地连接螺栓数量，在施工中便于纵向拖拉、顶推架设或用起重机安装。基于以上特点，钢箱梁在城市高架建设中，横跨路口、河流的桥梁结构得到了越来越广泛的运用[2]。

为了研究钢箱梁预拼后下穿原有桥梁的技术，依托杭州市石祥路提升完善项目跨京杭运河钢箱梁吊装工程，采用双浮吊吊装大吨位钢结构，用两艘机驳船运输下穿既有桥梁后，再重新组拼双浮吊，吊装架设钢箱梁。根据吊装工况，验算荷重富裕系数、钢箱梁的强度和刚度。

1 工程背景

石祥路提升完善工程（储鑫路-丰庆路西侧）是杭州市北部一条重要的东西向道路。石祥路03标分为北线和南线高架桥梁，全长约1.5km。高架桥梁由西至东分别上跨通益路和丽水路以及京杭大运河。跨京杭运河主线高架桥设计为三孔连续钢箱梁桥。钢箱梁为单箱三室组合钢箱梁，梁高2.50m，钢箱梁总跨径134.00m，设计总质量932t。

本工程三孔连续钢箱梁的中间段共76.40m，在工厂制作成23.9m+28.6m+23.9m共3个梁段，用运输车运输到桥位北侧预拼场地，经过二次拼装组拼成76.40m的大节段。北线钢箱梁吊装可以直接用双浮吊起吊后安装；南线钢箱梁吊装则需要下穿原有老桥桥孔，然后再吊装架设。

2 过桥孔双浮吊吊装技术

2.1 过桥孔双浮吊吊装

2.1.1 浮吊固定

钢箱梁吊装前，采用2台160吨浮吊直接停靠在二次拼装场地西侧，并通过前后4根锚固于事先埋置京杭运河东西两岸地垄上的钢丝绳临时固定[3]。启动浮吊上卷扬机牵引钢丝绳，可以控制浮吊移动方位。

2.1.2 确定作业顺序

确定浮吊起吊钢箱梁作业顺序如下：浮吊就位、缆绳临时固定→挂设钢箱梁吊点钢丝绳→松浮吊吊钩→挂设起吊钢丝绳→启动浮吊起重系统卷烟机提升吊钩→起吊钢箱梁至指定高度（高度比墩顶支座高出1.0m左右）。双浮吊从预拼场地起吊钢箱梁如图1所示。

2.1.3 吊装前准备

两台浮吊就位以后，在挂设钢箱梁吊重钢丝绳之前，应采用钢尺再次量测浮吊的吊距，判断是否满足吊距要求。若其不满足要求，则要求浮吊操作手调整浮吊的站位。

浮吊就位以后，应安排浮吊上的操作人员用竹竿或标尺，再次确认浮吊站位移动区域的水深，以确保浮吊的吃水深度满足吊重荷载的要求。栓挂起吊钢丝绳和卡环时，应将钢丝绳理顺，防止钢丝绳出现打结现象。

2.1.4 吊装要点

两台浮吊应安排2名人员专人负责指挥浮吊的移动和吊钩钢丝绳起落。2名人员的起吊钢箱梁提升速度，应服从项目部监控测量人员的指挥，时刻保持2台浮吊提升同步和钢箱梁的水平。

现场吊装时，项目部分别根据水中墩支座顶标高，再考虑100cm就位高度，在两台浮吊的吊点下分别悬挂一根限高绳。浮吊起吊时，通过限高绳控制两台浮吊吊钩的起吊高度和高程差，并安排专人负责监控限高绳的起吊高度，以便将2台浮吊的起吊高差控制在设计高差20cm范围以内。

浮吊起重系统提升钢箱梁时，应控制同步、缓慢、平稳地提升。当发现2台浮吊不同步时，应立即将1台浮吊暂停提升，待另外1台浮吊提升到相同高度时在同步提升钢箱梁到至待架梁段支座顶以上100cm的高度。

2.2 吊装钢箱梁穿桥孔

2.2.1 将钢箱梁落到平板驳船上

使用2台浮吊将钢箱梁起吊到指定高度以后，启动牵引卷扬机，同步牵引2台浮吊倒退行走10m左右固定。两台平板驳船分别从南北方向对向行驶至预拼场地与浮吊之间，保持两台驳船船头、船尾在一条直线上，用浮吊缓慢将钢箱梁落到平板驳船上。期间，指挥人员用对讲机指挥浮吊同步提升或下降，防止不均匀受力。落梁后，电焊人员及时在船体上焊接限位挡块，临时固定钢箱梁。

2.2.2 平板驳拖动

用200t机驳船拖动2艘400t平板驳缓慢向现状北星桥桥孔方向行驶。行驶过程中严密注意钢箱梁梁顶标高，保证其标高低于现状老桥的梁底标高。

本工程经实测与计算满足通行要求，为防万一，另配有挖泥船待命，便于特殊情况时向平板驳压仓。钢箱梁穿过桥孔后，用200t机驳船拖动2艘400t平板驳船靠运河东南角就位。

2.2.3 固定浮吊

将两台浮吊收起吊杆。为节省时间，将扒杆平放至机驳船上，后浮吊与机驳船一起穿过现状北星桥，依靠预埋的地龙和河中抛设的霍尔锚固定浮吊，再将扒杆升起。

2.3 钢箱梁就位

2.3.1 临时固定浮吊位置

平板驳到东南角后固定后，将两台浮吊扒杆升起，靠到钢箱梁西侧，放下吊钩，施工人员挂钩。

依靠挂设在两岸的地锚钢丝绳扣挂系统和浮吊本身卷扬机系统牵引系统，牵引浮吊缓慢转身90º，使其正面朝向桥位待架梁体的一侧，然后再启动牵引卷扬机，同步牵引2台浮吊向桥位移动。直到行走至待架梁体的正上方后，临时固定两台浮吊的位置。

2.3.2 钢箱梁下放与调整

钢箱梁前进至制作上方后，2台浮吊同步下放钢箱梁，在梁底距离支座顶30cm时，停止下放。用2台浮吊的牵引系统，第一次调整东西和南北方向的位置，将偏差控制10cm以内。

继续下放钢箱梁，使梁底距离支座顶5cm左右，用浮吊的牵引系统，第二次调整钢箱梁平面位置，将精度控制在50m以内。利用预埋在墩身顶部的临时定位系统，配合浮吊的牵引系统，精确第三次调整钢箱梁的平面位置，将就位精度控制在10mm以内。

2.3.3 钢箱梁落位与固定

最后将钢箱梁落在永久支座和临时支墩顶部短钢管支撑顶部，并用电焊将钢箱梁底板临时点焊固定后，松钩解除浮吊吊点钢丝绳，从而完成中间段钢箱梁的吊装。

2.4 同步性操作要点

浮吊吊装钢箱梁前，首先在待架梁段的吊点位置悬挂带有标尺的绳子，通过控制两个吊点的标尺绳距离地面的高度，来控制两台浮吊起吊的同步性。两台浮吊提升操作由同一人指挥，当发现梁体出现提升高度不一致时，应通过对讲机指挥浮吊操作手予以调整[4]。

3 体系转换

3.1 实施流程

体系转换的操作流程如下：中间段钢箱梁吊装→中间段钢箱梁焊接→支座上垫板焊接→解除后支座临时约束→临时支墩的卸架和落梁。具体实施步骤如下：

中间段钢箱梁的分块吊装，对中间段三块钢箱梁进行调整和焊接。焊缝检测合格后，先焊接中间墩支座上垫板与钢箱梁底板焊缝，然后解除水中墩单向和双向支座的临时约束。

割除水中墩临时支墩的调节段短支撑，完成水中墩临时支墩落架和卸载，以将荷载转移到永久支座，从而形成单跨双悬臂简支梁结构。

对称割除边跨临时支墩，边跨钢箱梁荷载全部转移到永久支座，从而完成单跨双悬臂简支梁结构到三跨连续梁结构的体系转换。

3.2 体系转换注意事项

体系转换前，应联系第三方监测单位到场，对钢箱梁的应力和变形进行监测。支座的临时约束一般都采用钢板焊接的方式，解除支座的临时约束时，应采取必要措施防止气割的火焰伤害到支座。

临时支墩卸架采用气割直接割除短支撑的方式，控制一次卸架量不大于20mm。永久支座的临时约束解除后，应马上安排临时支墩的卸架和落梁，两道工序应紧密配合、依次实施。体系转换操作在横桥梁和纵桥向应对称实施。体系转换前和体系转换后，应测量体系转换前后的桥面标高。

4 钢箱梁吊装验算

4.1 吊装工况分析

根据浮吊站位和中间段钢箱梁距离岸侧的距离，确定浮吊起吊水平距离21.50m，中间节段最大起吊质量200t。浮吊1号最大荷重150t，拔杆长度45m，起吊角度60°，水平距距离22.50m工况下，安全荷重140t。浮吊2号最大荷重150t，拔杆长度58m，起吊角度65°，水平距离24.50m工况下，安全荷重140t。两台浮吊总吊重能力280t，起吊中间段钢箱梁200t，荷重富裕系数取1.40，满足起重吊装规范要求。

4.2 吊装验算

钢箱梁加工时，因受到运输条件的限制，纵断面分为3段（29m+76m+29m），横断面分为3块，其中第一块3.05m带2道腹板，中间3.00m和第三段3.25m各带1道腹板，没有腹板的一侧，在运输和吊装期间设计有临时支撑和连接。

在吊装状态下，梁段承受的荷载主要为梁体的自重荷载，按照均布荷载加载，受力模型是以吊点作为支点的双悬臂简支梁。根据钢箱梁的分段，结合钢箱梁总质量，第一块至第三块的质量分别为200t、166.2t、166.2t。按照长度76.80m换算成单元均布荷载。

根据《土木工程手册》单跨梁相关公式，经计算可得到弯矩、反力、最大位移、弯曲应力、剪应力等参数。计算结果如表1所示。从表1计算结果可以看出，本工况下钢箱梁最大位移fmax为10.84mm＜允许值112.5mm。本工况下钢箱梁允许弯曲应力[σw]为200MPa，允许剪应力[τ]为120MPa，钢箱梁的实际应力均小于允许应力，本工况下钢箱梁的自身强度满足要求。

5 结束语

钢结构桥梁作为桥梁的一种重要形式能有效地发挥钢板的承载能力，减轻上部结构的自重，在材料数量相同时可提供更大的抗弯和抗扭刚度。本文依托杭州市石祥路提升完善项目钢箱梁吊装工程，详细分析采用双浮吊吊装大跨度钢箱梁过桥孔的施工工艺，阐述双浮吊吊装、下穿桥孔、钢箱梁就位以及体系转换的施工要点。

受限于钢结构预拼场地在原有老桥的一侧，采用双浮吊吊装钢箱梁放置于机驳船上，下穿桥孔托运至原有桥梁的南侧，再用双浮吊吊装架设钢箱梁的施工工艺。根据吊装工况对钢箱梁的强度、刚度和吊装安全系数进行了验算，验算结果满足相关要求，所得相关成果可以为类似工况下的结构穿桥孔吊装提供借鉴和参考。

参考文献

[1] 庄新胜.大跨度桥梁钢箱梁吊装施工技术[J].市政技术，2023，41（3）：158-163+170.

[2] 贾云.城市高架桥钢箱梁吊装施工技术研究[J].交通世界，2023（17）：156-158.

[3] 崔健， 高月圆. 高铁下承式钢管混凝土简支拱桥施工过程控制技术[J]. 建筑技术开发，2021，48（5）： 47-50.

[4] 钟弘.双浮吊分块、大节段吊装多箱室钢箱梁施工技术[J].工程质量，2018，36（2）：40-45.