青岛海湾大沽河航道桥钢箱梁大节段安装 架设关键技术研究
蔡建军"，季辉'，沈锐利²
（1.山东高速青岛公路有限公司，山东青备266061;2.西南交通大学土本工程学院，四川成都611756）
【摘要】以青岛海湾大桥为工程背景，详细讨论了例箱梁制造加工、超重超长梁段的装船运输、大节段的吊装定位技术以及施工过程中加动梁的线形控制等间题.研究和实成表明，超重超长大型钢箱梁在海边潮汐变化条件下跨 越障碍滚装装船技术取得了成功：梁索结合式吊具方案，可适应多规格，偏心梁段的吊装需要，读是大节段明箱梁吊装的技术要求：梁段的吊装及定位调整均达到了设计预期的精度要求.
[关健调】桥梁工程：钢箱梁：梁段制造：装船运输：大节段吊装
[中图分类号】U443[文能标识码]A[文章编号】1002-8498（2011）21-0066-06
Installation Method in Qingdao Bay Daguhe Navigation Bridge Construction Study onKey Techniques of Steel-box Girder withLarge-segment
Cai Jianjun' Ji Hui' Shen Ruil*2. Sehoel of Cisil Engiserng Souhest Jiotong Uniersty Chengdas Sichn 611756 China) (1. Shandong Speed Group.Qingdao Highway Co. Lad. Qingdao Shandong 266061 Chine;
Abstract;Based on Qingdao Bay Bridge the authors discuss in detail some technical problems such as prefabrication of secl-box girder transportation by ship of super-height and super-length girder segment hoisting and location technique of large-segment and linear control of stiffen girder. The study andpractice construction results can make some conclusions as follow: ① Crossing obstacle roll-on shipmenttechnique of super-height and super-length steel-box girder under tidal variation condition gainsuccessful. ② Girder-cable bination hoisting equipment technique can satisfy hoist of multi-size eccentric girder segment and large segment steel-box girder. ③Hoisting and location adjustment of girdersegment meet the design requirements for precision.
Key words;bridges; steel-box girder; prefabricntion of girder segment; shipping: large segment hoisting
近些年来，我国桥梁建设事业发展迅猛，在一型浮吊，将梁段直接吊装到要求位置.由于海上浮些特大型桥梁的施工中采用了钢梁或钢构件的大吊的起吊能力可达数千吨以上，临时支墩的数量可节段吊装技术.对于海上桥梁的施工，应当尽量减以减少，省去了满堂支架施工时上部桁架（贝雷架）少海上施工工期，降低海上施工风险，提高施工方等临时结构，大大减少了海上施工作业的时间，降低了施工中的风险，提高了桥梁的施工质量，保证 了施工工期.临时结构的节省和工期的缩短保证了这种施工方案具有较高的经济性.但是，由于梁段的几何尺寸和质量均较常规钢箱梁段大得多，这种施工方法对钢箱梁制造技术及精度、装船运输技术、吊装施工机具的性能要求、节段定位调整技术、 体系转换后的加劲梁内力和线形的控制均提出了更高的要求.
案的经济性，确保桥梁施工的质量.通过对施工方案从技术、经济、安全、工期等多方面的论证，青岛 海湾大桥主桥最终采用临时缴大节段吊装法施工钢箱主梁.
大节段吊装法施工是将钢箱梁梁段划分为比较长的节段，在工厂完成钢箱梁的制造，利用大型运输船将大节段运输到梁段架设位置，利用海上大
1工程概况
连续钢箱梁自锚式悬索桥，全长610m，跨径组合为 青岛海湾大桥大沽河航道桥为不对称独塔4跨
劲梁采用整体式箱梁，因锚固面的构造要求，在横 为3m，梁宽47.41m，梁高3.6m，主缆在错固区域加向中间位置梁高加高到8.0m.加劲梁沿纵向每隔3m设一道板式横隔板，另外在梁内设置2道实腹板式纵隔板.全桥钢箱梁共划分为24个大节段，其中分幅梁段16块，梁段长度28.2~72m，整幅梁段（锚 固区梁段）共8块，梁段长度8.9~21m，最大节段尺寸为18m×72m，最大起吊重量为1020.34t.大沽河航道桥的总体布置如图1所示.
图1大沽河航道桥桥型布置（单位：cm）Flg.1The bridge style of Dagube mavigationbridge(unit;cm)
2大节段钢箱梁加工与装船运输技术
2.1钢箱梁的制造加工
大节段钢箱梁的加工步骤主要划分为板单元接箱单元）.分离式钢箱梁板件划分如图2所示.
Fig. 2 Partition of slab of separate-type steel- 图2分离式钢箱梁的板单元划分示意box girder
板单元的制造分为板件单元划分和板件单元加工两个方面.的板单元按类型在专用的反产品标准、质量稳定.板单元的加工一般需要经过
（8019026080）m.主塔为独柱式混凝土塔，以下步骤：钢板预处理、精确下料、板单元组装、焊高148.7m；2根主缆，单缆共61根索股：主桥箱接加工和防腐等主要工序.对于不同的板单元，具梁采用分离式双箱断面，2个封闭钢箱梁之间用横体在加工工艺上可能存在差异，但是必须对钢板的向连接箱连接，横向连接箱顺桥向间距为12m，宽度下料、机加工、划线、组装、焊接、修整等工序的操作手段.通过综合控制板单元的尺寸精度、公差和焊 要点和质量要求作出详细的规定，采用精确的测量接变形，保证板单元几何尺寸的精度和加工制造质量.
梁段整体组装按照底板一横、纵隔板一直腹板→顶板一附属结构的组装顺序，逐段组装并焊接. 总拼胎架作为梁段组装的外胎，对钢箱梁的几何形状、尺寸精度、桥梁线形的控制起着关键作用.组装时，以胎架为外胎，以纵、横隔板为内胎，重点控制桥梁的线形、钢箱梁几何形状和尺寸精度及相邻 接口的匹配精度等.整体拼装为露天作业，环境温度对拼装尺寸影响较大.为控制钢箱梁拼装精度，减小温差对板单元定位精度的影响，直腹板处底板、折角处底板基准单元件、基准顶板单元件及直板单元件等的定位组装均在日出前、阴天或晚上 进行.对于采用整体式横隔板的箱梁，通过制作焊前板单元定位样板，进行测量跟踪，获取准确的预留焊接收缩量，可较好地控制板单元焊后U形肋间距.在梁段组装过程中，严格控制焊缝质量.
钢箱梁预拼的目的在于控制钢箱梁的装配精度和整体线形.通过预拼可避免后期施工中在高空调整，减少高空作业难度和加快吊装进度，确保钢箱梁的顺利架设.钢箱梁梁段预拼时，相邻梁段制造、梁段制造和梁段间的预拼.钢箱梁由各类单预拼主要是检查匹配相邻梁段之间的端口及整体 相对位置与成桥时空间相对位置一致.因此，梁段元件组合而成，主要包括：桥面板单元、（斜）底板单线形，组成吊装大节段，同时邀免吊装大节段间工元、横隔板单元、纵隔板单元、斜腹板单元、风嘴单地连接焊时出现大间醇和大错边量，以保证工地连元、锚箱单元等（对于分离式钢箱梁，还包括中间连接焊工作顺利进行.制作梁段与预置梁段的预拼 不仅要检查间隙、调整错边量，还需匹配端口尺寸，进行必要的修正和调整.这个阶段的主要工作包括：检查调整钢箱梁长度，修正对接端口，修正钢箱梁的总长度，组拼吊装分段，梁段间匹配件的安装，操段标记、标识的制作.
钢箱梁在制作加工过程中，需根据质量体系的要求，严格按照“三检制（首件检验、过程检验、停止点检验）”的规定，认真进行自检、互检和专检，保证每一过程都处于受控状态，生产出合格的产品.
2.2钢箱梁的装船运输技术
通常，钢箱梁节段装船为常规条件下的滑移工艺、滚装工艺和浮吊吊装装船工艺，其技术均较为吊装方案，在装船技术上存在着一系列的困难和挑
战.在青岛海湾大桥大沾河航道桥中，对于在海西 湾基地生产的分离式钢箱梁，如何跨越挡土墙障碍进行装船是一大难题.对此，采用了在海边潮汐条件下跨越障碍滚装上船的技术方案.在这种装船技术方案中，需要分析潮汐水位变化并确定合适的 潮汐装船的水位，选择合适的运输驳船，分析并确定出分离式钢箱梁的支承方式和支承连接方案（见图3），以及对装船全过程中的驳船进行浮态受力分析.
Fig.3The support for girder’s segment and 图3柔段支承及装船液压小车转运示意transporting of hydraulic car
采用海边潮汐条件下跨越障碍的滚装技术方案，运用接力方式解决了钢箱梁如何跨越障碍滚装装船的技术困难；设计并采用了运输船舶与码头搭时，船端受力下沉的问题；采用激光测量校正和 接受力连接结构，解决了钢箱梁从码头向船舶移运船横向钢缆与船八字钢缆调整固定方案，解决了运输船舶轨道与码头岸上轨道对中稳定问题：采用配置双向进排潜水系组用于船舶各压载仓进行船舶适时压载和卸载调节方案，解决了潮汐水位变 化以及载荷变化对钢箱梁装船纵、横向稳定性的影响；通过对潮汐周期水位变化的研究，选择确定了合适的装船潮汐水位时间表，保证了超长超重钢箱梁装船的可靠性及安全性.由于超重超长大型钢术在国内是首次采用，为今后超重超长大型钢箱梁 箱梁在海边潮汐变化条件下跨越障碍滚装装船技节段装船提供了成功经验.梁段在运输过程中，必须采取特别的措施防碰、防撞、防变形、防候覆，确保运输过程中的安全性.
3大节段钢箱粱吊装与调整施工
3.1吊具方案设计
由于海上大节段钢箱梁吊装过程中风险相对较高，因此对于吊装过程的安全性需要重点研究.在青岛海湾大桥中，最大梁段起吊量达到1020t，采 用常规的悬索桥吊具形式显然是不合适的.针对这种情况，必须设计专门的吊具，以同时满足吊具设备和加劲梁吊装过程中结构受力的安全、可靠.通过对吊具方案的比选，最终确定采用索、梁结合的吊具形式.吊具主要由吊挂梁、主吊梁、扁担梁、进一步提高了荷载分配的均匀性，以及吊装过程中 分配梁、吊索及吊耳板组成.这种吊具的优点在于的稳定性和安全性，能适应多规格、偏心梁段的需要.吊具设计如图4所示.
图4吊具设计Fig.4The design of hoisting equipment
3.2大节段吊装技术方案
大节段钢箱梁吊装关键技术主要包含以下三装顺序，大节段钢箱梁的实施性架设技术. 个方面：大节段钢箱梁划分技术，大节段钢箱梁吊
大节段钢箱梁的划分会造成大节段数量、长度和质量上的差异.大节段的划分需要综合考虑大节段吊装和运输的能力、临时施工设施、对制造和安装精度的影响与经济性等方面.
对于青岛海湾大桥，大节段钢箱梁吊装技术方案采用的主要设备为2600t的奋进号起重船.以大块分幅梁段为例，钢箱梁的吊装过程分为6个主要步骤：浮吊抛错定位，挂设吊具一运梁船停靠定位泊→钢箱梁挂设一浮吊吊起钢箱梁，铰锚移船至吊
万方数据
装位置一浮吊起钩，吊装梁段至设计位置一完成间调位操作空间小，且实现三向精确调位技术本身落梁.
3.3大节段钢箱梁定位调整技术
大节段钢箱梁吊装施工，规模大，海洋环境复梁定位精度要求高，施工难度大；钢箱梁节段质量 杂，钢箱梁定位难点及关键技术主要体现在：钢箱大，初定位难度大，初定位过程中对浮吊性能要求高：采用的精确调位系统主要为液压千斤顶，调位过程需严格控制千斤顶行程的同步性，避免由于各千斤顶行程差太大产生一系列向题及安全隐患：大 节段钢箱染支架上调位操作空狭小，面调位又是个循序渐进的过程，需反复调整，调位千斤顶需反复挪动，为达到提高调位精度和进度的目的，应选用操作方便、性能可靠的施工设备，以提高工作 效率、减轻劳动强度：钢箱梁定位施工是一套完整的施工体系，各个环节环环相扣，施工组织要求较高.
大块梁段吊装后全部支撑在临时支座上，临时要进行高程、里程（纵向）及横向精确调位.根据施 支座全部布置在墩旁支架及临时墩顶的钢梁上，需工阶段的不同，箱梁的定位施工分为吊装初定位和梁段精确定位，其定位系统主要包括梁段初定位系统及精确调位系统.
3.3.1大节段的初定位
为减小梁段架设中的难度和提高大节段梁段初定位的精度，选择在风力较小的天气进行钢箱梁的吊装，避免在超出设计条件的气象情况下进行架设.钢箱梁吊装时的初定位精度对随后钢箱梁精 确定位的难易程度有较大影响.为提高初定位的精度，减小精确调位的工作量，吊装时通过微移浮吊和梁段底部设置的临时牵引系统两种措施引导梁段就位，并在钢箱梁底部与临时支座对应位置绘制对位十字线，通过目测十字线的对齐情况，确保 钢箱梁安装的初定位精度控制在10cm以内.临时牵引系统由手拉葫芦、卸扣和钢丝绳等组成.
钢箱梁起吊后，浮吊移动到位下放钢箱梁，当梁段落至离增顶支座0.3m左右时，检查钢箱梁底部的定位十字线与临时支座顶的对位十字线的偏 位情况，采用微移浮吊的措施进行偏位调整，若偏位情况不能满足要求则及时安装临时引导设施，进行偏位调整，然后将钢箱梁平稳地落于墩顶支座或临时支座上.
3.3.2大节段的精确定位
实现大节段钢箱梁吊装过程中的线形控制，必须在大块梁段吊装初步就位后，进行高程、里程（纵向）及横向的三向精确调位.由于大块梁段施工期
存在较大的困难，需要对大块梁段调位系统的操作性、调位系统的同步性、施工安全性等问题进行充分研究.最终采用分体式千斤顶调位系统，调整高程及平面位置.
实施精调定位的调位系统由临时支座、钢垫块、千斤顶组成.临时支座的类型分为两种：砂箱形临时支座和钢箱形临时支座.其中，砂箱形支座适用于近塔侧，纵坡调整高差较小井有落架要求的梁段；钢箱形临时支座则适用于远塔侧，纵坡调整 高差较大并无落架要求的梁段.千斤顶及临时支座的布置如图5所示.同时，为了保证钢箱梁结构在调位过程中的受力安全性，对钢箱梁进行局部加强是必要的.
图5千斤顶及临时支座布置Fig.5 Layout of jack and temporary support
对于梁段编坡调整参数及调整顺序，需要根据小、锅箱梁架设时的放置状态确定出来.经过调整 监控单位提供的钢箱梁架设线形、钢箱梁坡的大参数的计算可知，由于钢箱梁纵坡的影响，钢箱梁纵坡调整的高度可达1m，因此临时支座需垫高的高度大、调整难度较大.为了确保钢箱梁精确调位过程中的安全，大节段钢箱梁的精确调位按照先调整 高程再调整平面位置的顺序逐步进行.梁段精确调位的过程是一个渐进的过程，因此需反复调整方可达到设计要求.定位调整流程如图6所示.
钢箱梁纵坡调整的方法是：以一端临时支座为整的一端，同时移走临时支座上一层钢垫块，慢慢 转点，采用4台渡压千斤顶同步顶起大块梁段需调卸落千斤顶，完成一个行程的调整，循环进行，直至将梁段调整成设计织坡.为确保梁段调位过程中下落安全，抽出一层HW150×150钢垫块后，在钢垫 块上平面放置14块70cmx70cm、厚1cm的垫板置换，共计14cm高，将垫板顶面到钢箱梁底面的距离控制在2cm以内，以控制千斤顶每次下落行程，起到保险作用.为适应梁段从水平到倾斜的变化，保护钢箱梁避免因局部应力集中面发生变形，在临时 支座与梁段之间设置单向转动较.钢箱梁纵坡调
接缝，拼装、焊接相当困难.为消除角度的影响、加强梁段的匹配性、方便对接口处的焊缝连接，施工时采取了如下两种措施：①设置全预拱度；②调位千斤顶调整.
合龙口两侧已安装主梁端部设置临时栓接加强件， 梁段就位后，在合龙段钢着梁纵向两端，以及加强合龙段与两侧钢箱梁的匹配性：然后将两端加劲梁段连接并环缝施焊，完成箱梁的合龙施工.
由于梁段自重大，临时支座宽度达到65cm，在调整纵坡过程中，临时支座处将产生1.6cm高差， 搁置点由面接触转变为线接触，并产生水平力，如果不采取相应措施，钢箱梁和临时支座可能局部偏心受压变形或屈服，千斤顶则有可能偏心受压失效，因此，在施工中必须采取相应措施确保调位过 程的安全.主要措施包括：①调位防偏载措施在临时支座及千斤顶顶部设置转动较，保证各支点均匀受力，以适应梁段纵坡调需要.②调位同步性措施控制调梁时单次行程高度，将干斤顶及油压泵站进行改造，在相同荷载的油路上申联储能阀装 置，平衡各千斤顶荷载，通过单次行程及油表读数控制行程与受力同步.
图6大节段钢箱梁定位调整流程Fig.6The adjusting flow of steel-box positionof big segment
整系统布置如图7所示.
4加劲梁的施工线形控制
加劲梁的线形调整控制，主要涉及3种线形：拼装线形、安装线形和设计成桥线形.设计成桥线形 是钢箱梁线形调整控制的目标线形，通过一定的控制措施和调整方法，使桥梁建成以后，结构的线形（和内力）满足设计要求.拼装线形是在工厂拼装台上进行总拼的加劲梁线形，对应的是无应力状态 下的线形.确定加劲梁的拼装线形就是要确定梁段制造长度和相邻梁段间上、下缘的缝踪值.安装线形是指施工单位在现场将梁段安装在支架上的加劲梁线形.安装线形是在拼装线形的基础上，考虑自重作用和梁段上（或梁段间）边界条件后的线 形.即在确定了拼装线形和支架位置、标高后，加劲梁安装线形就唯一确定了.
Fig. 7 Layout of the adjusting system for longitudinal 图7钢箱梁纵坡调整系统布置slope of steel-box girder
平面位置通过水平千斤顶（每个梁段其8个水平千斤顶，即一个临时支座位置2台）顶推临时支座进行调整，临时支座带动钢箱梁进行水平移位， 考虑钢箱梁各临时支点与底座摩擦力有所不同，为避免在水平调位时顶偏钢箱梁，在临时支座调整方向两侧设置限位钢块，保证箱梁沿预定方向移位.保证梁段同步移动，如出现单端移位现象，可加大 同时，顶推过程中需严格控制梁段两端顶推行程，另一端顶推力，否则支架将产生较大的水平力，对结构安全不利.由于箱梁较高、安装纵坡较大且定位精度要求高，箱梁的平面位置调整与高程调整总是相互影响，须反复多次才能使其里程、轴向位置 及高程、高差满足要求.
根据确定出的合理恒截状态，在该组吊索力和预拱度下，结构成桥状态的内力和线形满足设计要 求.在成桥目标线形的基础上考虑预拱度可反算出加劲梁的拼装线形.除端部梁段以外，每个梁段的坐标确定包含两个坐标点：①控制点，为梁段中心（可定为横基线位置）：②导向点，为梁段端部某点，用于确定每个梁段的纵坡.梁段间的相对位置 由中心点的相对位置确定，为确定端部梁段的长度，端部梁段给定了端点的坐标，它们也是端部梁自身重力作用下，钢箱梁出现中间下提、两边上翘段的导向点.在对梁段进行划分时，应预留出梁段
大块件梁段吊装安装就位后星简支梁状态，在
