復(fù)雜環(huán)境條件下的跨河大橋鋼桁梁吊裝施工技術(shù)

康水琴

中交三航局興安基建筑工程有限公司 上海 201315

1 工程概況

龍華港橋位于上海市徐匯區(qū)豐溪路（規(guī)劃濱江路—龍水南路）新建道路中，橋梁樁號(hào)K0＋573.62～K0＋918.62，橋全長(zhǎng)345 m。南、北引橋均采用一聯(lián)90m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。主橋采用兩跨（82.5＋82.5=165 m）連續(xù)鋼桁梁，為雙層橋面，上層結(jié)構(gòu)寬25m，下層結(jié)構(gòu)寬10.1～13.7 m，高為5.88～10.50 m，鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約3 220 t。

主橋結(jié)構(gòu)采用全鋼全焊接桁梁組合體系，正交異性橋面板與桁架組合為一整體，共同受力。桁式采用三角桁，節(jié)間長(zhǎng)11 m。中間平段梁高7 m，支點(diǎn)局部區(qū)域梁高增大，中支點(diǎn)處為10.4 m，邊支點(diǎn)處為7.8 m，之間以圓弧過(guò)渡。

龍華港匯入黃浦江河口處，河口寬50～110 m，為喇叭形。河口北側(cè)30 m處有一寬35.2 m船塢，從黃浦江水域看上游是上海海事局董家渡海事處龍華辦事處碼頭，下游是花木碼頭。河道兩側(cè)防汛墻頂高為＋4.7～＋6.5 m。

龍華港橋主橋墩、臺(tái)由3#、5#邊墩和4#中墩組成。3#、5#邊墩建在上游河道和下游船塢南、北駁岸上，墩臺(tái)離駁岸防汛墻9.0～13.7 m。主橋鋼桁梁擱置在墩臺(tái)主柱上將兩岸貫通（圖1、圖2）。

2 施工環(huán)境

2.1 水深

龍華港河口處因常年回淤，退潮時(shí)基本露出灘涂。經(jīng)測(cè)量，實(shí)際河床泥面標(biāo)高為－1.50～±0.00 m，現(xiàn)場(chǎng)情況無(wú)法滿足浮吊滿載吃水深度要求，須進(jìn)行清淤，以保證吊裝施工的進(jìn)行。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)主橋立面示意

圖2 鋼結(jié)構(gòu)主橋中墩斷面示意

2.2 下方軌交線

軌道交通7號(hào)線穿越3#墩和4#墩之間，與4#墩最近間距19 m，地鐵盾構(gòu)頂面泥層厚約21.5 m，河床清於需考慮地鐵盾構(gòu)頂面泥層的覆蓋厚度。

2.3 航道

該區(qū)域航道較為狹窄，過(guò)往的運(yùn)輸船較多。安裝時(shí)在構(gòu)件起駁和移船階段航道需實(shí)行全封閉，在構(gòu)件定位階段實(shí)行半個(gè)航道封航。為此，應(yīng)事先提出申請(qǐng)，需報(bào)請(qǐng)海事部門批準(zhǔn)同意。

2.4 潮位

根據(jù)施工進(jìn)度及設(shè)備配置情況，安裝主橋鋼桁梁計(jì)劃安排在11月上旬。根據(jù)當(dāng)年11月份黃浦江吳涇區(qū)段日潮位表顯示，工作時(shí)間段的最低潮位在＋0.65～＋0.95 m之間。由于吳涇水文站離龍華港有一定距離，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)最低潮位與潮汐表相差0.5 m，即施工區(qū)水域最低潮位在1.15～1.45 m。

3 吊裝施工總體構(gòu)想

由于龍華港橋3#～4#主墩之間有軌交7號(hào)線穿越且施工區(qū)水域面積狹小，浮吊移動(dòng)緊貼防汛墻，因此，疏浚深度受到嚴(yán)重限制。根據(jù)上海申通地鐵公司的要求，7號(hào)線上部卸載不能超過(guò)2.0 t/m2、挖泥深度不能超過(guò)2 m。為此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件和主橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在與設(shè)計(jì)、制造單位反復(fù)交流討論后，決定將主橋鋼桁梁分成5段，利用臨時(shí)支墩進(jìn)行臨時(shí)擱置后現(xiàn)場(chǎng)拼接合攏，由一艘1 100 t浮吊負(fù)責(zé)吊裝。分成5段后單段構(gòu)件最大質(zhì)量控制在1 000 t之內(nèi)。

4 主要施工工藝

4.1 鋼桁梁分節(jié)長(zhǎng)度及質(zhì)量

主橋鋼桁梁總長(zhǎng)165 m，總質(zhì)量約3 220 t。分5段制作、安裝，分段最大長(zhǎng)度44 m，最大質(zhì)量821 t。

4.2 起重船選擇

根據(jù)吊重能力和吃水要求，擬考慮選擇秦航工68#浮吊安裝施工，最大起重能力為1 100 t。

4.3 臨時(shí)支撐設(shè)置

吊裝前根據(jù)分段長(zhǎng)度和構(gòu)件質(zhì)量設(shè)置臨時(shí)支撐[1-3]。

臨時(shí)支撐共有2種形式：第一種是位于陸上、船塢內(nèi)和騎跨在防汛墻上的支撐，采用的是在鉆孔灌注樁上設(shè)置鋼筋混凝土承臺(tái)的支承方式；第二種是位于龍華港內(nèi)離防汛墻較遠(yuǎn)的支撐，采用的是在鋼管樁上設(shè)置鋼平臺(tái)的支承方式，考慮到水上鋼承臺(tái)懸臂較大，安裝過(guò)程中頂部有位移可能，因此在鋼柱之間設(shè)置了桁架橫向支撐。臨時(shí)支墩的設(shè)置主要考慮上海申通公司對(duì)軌交7號(hào)線安全保護(hù)的有關(guān)規(guī)定，同時(shí)避免了對(duì)防汛墻結(jié)構(gòu)的影響。混凝土承臺(tái)頂面預(yù)埋鋼板，標(biāo)出中心線，便于安放支座，橋梁支座可以電焊點(diǎn)上，安裝時(shí)當(dāng)定位擋塊。

4.4 測(cè)量和放線

安裝前在3#、5#邊墩和4#中墩3個(gè)設(shè)計(jì)橋墩和各臨時(shí)支撐位置放出鋼桁梁中心線、支墩縱向位置線，測(cè)量出各支墩支承點(diǎn)的實(shí)際標(biāo)高尺寸并記錄。安裝定位用的靠山U字形擱墩，事先經(jīng)測(cè)量定位。安裝過(guò)程中，測(cè)量人員全過(guò)程進(jìn)行跟蹤，確保鋼橋中心線位置和支座處標(biāo)高值相吻合。

4.5 旋轉(zhuǎn)式吊鉤的配置

由于現(xiàn)場(chǎng)水域條件狹窄，在鋼桁梁分段吊裝時(shí)有3段構(gòu)件要進(jìn)行斜吊作業(yè)，給構(gòu)件定位帶來(lái)了很大困難。為此采用2種吊鉤，一種是自行設(shè)計(jì)的750 t可旋轉(zhuǎn)吊鉤，懸掛在起重船的2只大鉤上，用于3段鋼桁梁的安裝（圖3）；另一種是浮吊配置的550 t雙吊鉤，用于另外2段正面吊裝作業(yè)（圖4）。

圖3 750 t旋轉(zhuǎn)吊鉤作業(yè)

圖4 550 t雙吊鉤作業(yè)

4.6 鋼橋分段合攏用定位附件的設(shè)置

為了便于現(xiàn)場(chǎng)分段的合攏、定位，在鋼橋分段接縫處上下弦桿的上表面上設(shè)置合攏定位板，插入定位銷和螺栓，用擋塊作為頂升千斤頂?shù)囊劳小?/p>

4.7 吊點(diǎn)設(shè)置

考慮到分段質(zhì)量和現(xiàn)有索具配置，鋼橋分段吊裝采用8點(diǎn)吊，通過(guò)計(jì)算，在鋼橋上弦桿的適當(dāng)位置設(shè)置吊點(diǎn)。

4.8 作業(yè)水域的疏浚和防汛墻保護(hù)

由于起重船最大吃水深達(dá)4.0 m，而現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)水域淤積嚴(yán)重，因此對(duì)作業(yè)水域河床進(jìn)行了疏浚，河床疏浚至－2.0 m標(biāo)高，滿足了正常起重作業(yè)需要。與此同時(shí)，為了防止疏浚作業(yè)對(duì)防汛墻造成危害，另行采取了措施對(duì)防汛墻實(shí)施保護(hù)。

4.9 安裝順序

本安裝工程中5個(gè)鋼桁梁節(jié)段的安裝順序?yàn)椋耗蟼?cè)第1節(jié)鋼桁梁25 m→南側(cè)第2節(jié)鋼桁梁44 m→中間節(jié)鋼桁梁27 m→北側(cè)第2節(jié)鋼桁梁44 m→北側(cè)第1節(jié)鋼桁梁25 m。

由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，吊裝南1段時(shí)起重船與主橋中心線夾角很小，如果采用由中心向兩邊拓展安裝的方式，則安裝南1段時(shí)起重船扒桿會(huì)與南2段鋼桁梁上翼緣相碰，所以我們將南1段首先吊裝，由南至北依次吊裝，避免了起重船扒桿與鋼桁梁相碰。

4.10 構(gòu)件起駁和安裝時(shí)的船舶與錨位布置

構(gòu)件起駁和安裝時(shí)的起重船位置和拋錨位置，按照實(shí)際水文情況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

4.11 構(gòu)件調(diào)平

本工程中僅有2個(gè)節(jié)段實(shí)施正面雙鉤吊，另外3個(gè)節(jié)段采用單鉤斜吊，這樣構(gòu)件的調(diào)平工作就顯得十分重要。因此我們正確計(jì)算了構(gòu)件的重心位置，在此基礎(chǔ)上設(shè)置了合適的吊點(diǎn)位置。現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，若發(fā)現(xiàn)構(gòu)件起駁時(shí)有較明顯的不平衡現(xiàn)象，則立即通過(guò)增加短鋼絲繩和卡環(huán)的方法進(jìn)行調(diào)平。

4.12 構(gòu)件吊裝

構(gòu)件吊裝由專職起重指揮負(fù)責(zé)，設(shè)起重指揮2人，其中一人負(fù)責(zé)船舶指揮，另一人負(fù)責(zé)構(gòu)件安裝指揮，起重船做的動(dòng)作由船舶指揮發(fā)號(hào)施令。

浮吊升扣時(shí)檢查起重鋼絲繩、工屬具的外觀質(zhì)量，確保完好，起駁時(shí)大鉤動(dòng)作緩慢，使鋼絲繩逐漸拉緊受力。起升離船甲板10 cm后，對(duì)吊點(diǎn)、構(gòu)件和鋼絲繩再次進(jìn)行仔細(xì)檢查，確認(rèn)安全后方正式起吊[4-6]。

起重船移船前，安排專人進(jìn)行水域瞭望，注意錨纜松緊和附近水域其他船舶的安全，并與海事部門保持密切聯(lián)系。

4.13 構(gòu)件定位

構(gòu)件的大致定位由起重船進(jìn)行操作，在構(gòu)件兩端的2組支墩上預(yù)先設(shè)置2對(duì)橫向限位板，然后將構(gòu)件大致移動(dòng)到位，限位板和構(gòu)件間隙控制在5～10 cm。構(gòu)件的精確定位采用三維調(diào)節(jié)方法，即在起重船不松鉤的情況下對(duì)構(gòu)件橫向、垂向和縱向均用千斤頂實(shí)施頂升微調(diào)。

1）橫向和豎向定位：定位前在鋼橋分段兩端的下弦桿腹板和底板交叉位置設(shè)置一組“U”字形擱墩。每一節(jié)段鋼桁梁共設(shè)8組擱墩，吊裝時(shí)當(dāng)其底板高度接近所需標(biāo)高時(shí)，在不松鉤的情況下分別用設(shè)置在“U”形鋼墩外側(cè)的一對(duì)15 t千斤頂進(jìn)行橫向頂升微調(diào)，使鋼橋中心線橫向位置達(dá)到規(guī)定要求。豎向位置調(diào)節(jié)的千斤頂位于擱墩凹陷處，千斤頂為320 t液壓式。頂升時(shí)由專人指揮，以保持動(dòng)作基本同步。頂升到位后在每個(gè)擱墩的2個(gè)凸出處用墊鐵塞緊，確保標(biāo)高符合要求。之后，320 t千斤頂卸載。

2）縱向定位：縱向定位前在接縫處上、下弦桿合攏處兩側(cè)約30 cm位置設(shè)置一對(duì)擋塊，另制作一組“口”字形千斤頂支架。定位時(shí)將千斤頂支架套入擋塊內(nèi)，然后將千斤頂放入千斤頂支架和擋塊之間頂移，進(jìn)行構(gòu)件縱向合攏。千斤頂型號(hào)為30 t螺旋式。調(diào)整時(shí)先打入2根定位銷，然后依次鎖緊接口之間的定位板上的螺栓和螺母，最后30 t千斤頂卸載。

5 工期安排

本安裝工程根據(jù)鋼梁制作、臨時(shí)設(shè)施設(shè)置、防汛墻加固和河道清淤等進(jìn)度安排，初步定于在11月上旬潮位合適的時(shí)段進(jìn)行鋼梁吊裝。

考慮到防汛墻和軌交7號(hào)線的安全，河床挖泥標(biāo)高為－2.0 m，沒(méi)有達(dá)到低潮位時(shí)4.2 m水深正常作業(yè)要求，所以根據(jù)潮汐表計(jì)算的潮位時(shí)段，進(jìn)行趕潮水作業(yè)。本鋼橋共5個(gè)分段的現(xiàn)場(chǎng)合攏工作預(yù)計(jì)7 d完成。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程事前對(duì)鋼桁梁安裝可能出現(xiàn)的不利因素進(jìn)行了周到詳盡的分析，并對(duì)采取的相應(yīng)措施進(jìn)行了多次優(yōu)化，每天在潮水漲起前做好一切吊裝準(zhǔn)備工作，漲潮時(shí)在符合起重船吃水的情況下吊裝，嚴(yán)格按照制訂的施工方案實(shí)施，在退潮前完成當(dāng)天的吊裝，1 d順利完成1段的吊裝工作，5個(gè)分段，連續(xù)5 d，按質(zhì)按量完成（圖5）。由于安裝過(guò)程中未出現(xiàn)意外因素，所以比預(yù)計(jì)的7 d工期提前了2 d，受到了各方的好評(píng)。

圖5 完工的龍華港橋

在本橋鋼桁梁吊裝施工中，將原先整座橋梁整體吊裝的方案優(yōu)化成5個(gè)分段安裝，采取了設(shè)置臨時(shí)支墩的措施，結(jié)合黃浦江潮汐規(guī)律，計(jì)算好潮水漲落的具體時(shí)段，較好地控制了吊裝時(shí)間。雖然黃浦江上來(lái)往船只繁忙，海事監(jiān)管嚴(yán)格，作業(yè)區(qū)水深有限，且河床下有軌交7號(hào)線，施工環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，但由于準(zhǔn)備充分，仍提前完成了橋梁的安裝，為整個(gè)工程爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。該施工方案的設(shè)計(jì)，在施工中發(fā)揮了極佳優(yōu)勢(shì)，為今后類似的吊裝工程提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。