水陸協(xié)作鋼引橋吊裝施工技術(shù)

◎ 梁偉 中鐵長江交通設(shè)計集團有限公司

1.前言

鋼引橋由于自重輕、強度高、跨度大、施工速度快的優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于液體貨物碼頭[1]，單榀鋼引橋往往屬于重大件結(jié)構(gòu)，吊運安裝工藝則是鋼引橋施工的至關(guān)重要環(huán)節(jié)。楊云安[2]介紹了采用大型起重船整體吊裝，采用8點吊解決吊索受力平衡的問題；王志平[3]介紹了采用浮運支架法安裝大型鋼引橋，擬乘潮水利用方駁浮架鋼引橋至安裝地點；陳德旺[4]介紹了采用起重船安裝鋼引橋的方法、索具受力計算及選型、吊座工藝及解決偏心問題。以上成果要求的吊裝作業(yè)環(huán)境條件較好，且采用了大型吊裝設(shè)備。內(nèi)河浮碼頭鋼引橋是水陸銜接結(jié)構(gòu)，一般岸邊水深較淺，岸坡較陡，施工作業(yè)環(huán)境條件較差，陸上吊裝或者水上吊裝都受到一定的限制，可選擇的吊裝設(shè)備非常有限。

本文基于宜昌洗艙站項目的工程實例，提出利用陸上吊車和水上躉船協(xié)作的新型吊裝鋼引橋施工方案，其工藝流程及控制措施的分析和總結(jié)，可供類似工程參考。

2.項目概況

宜昌洗艙站項目建設(shè)2個5000噸級泊位，采用浮碼頭形式，布置在長江中游水道左岸微凹岸段內(nèi)。每個泊位前沿布置一艘鋼質(zhì)躉船，船型尺度為船長×型寬×型深×設(shè)計吃水=90m×15m×4.0m×2.2m。岸側(cè)設(shè)置閥組平臺，閥組平臺平面尺寸12m×10m，頂高程48.4m，閥組平臺基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁基直徑1.0m。躉船與閥組平臺之間采用活動鋼引橋連接，鋼引橋岸端支座直接擱置在閥組平臺凹槽內(nèi)，江端支座設(shè)置滾輪，擱置在躉船后緣牛腿上，牛腿邊緣設(shè)置擋坎，支座滾輪隨水位變化在牛腿范圍內(nèi)滾動。鋼引橋采用平行弦式桁架結(jié)構(gòu)，平面尺寸為44.5m×6.0m，高4.4m，單榀鋼引橋重110t。鋼引橋內(nèi)布置洗艙工藝、消防管線。

設(shè)計高水位46.46m，設(shè)計低水位33.47m。

臨江護岸地貌呈現(xiàn)階梯狀，一層平臺寬約8m，高程35.0m，二層平臺寬約12.5m，高程43.0m，三層平臺寬約6m，高程45.7m。水下坡比1:2，一層平臺和二層平面之間坡比1:1.25，二層平臺和三層平臺之間坡比1:2.9。鋼引橋主體分段在工廠內(nèi)制作完成，分段運輸至三層平臺上拼裝成整體結(jié)構(gòu)。

圖1 碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖

地層從上至下主要為雜填土、黏土、粉質(zhì)黏土和卵石層，其中黏土層和粉質(zhì)黏土層深厚。

為了滿足業(yè)主的工期要求，鋼引橋必須在12月份內(nèi)完成吊裝，正處于低水位期，水位約34.0m左右。

3.方案優(yōu)選

宜昌洗艙站項目位于長江中游左岸，鋼引橋安裝首選陸上吊裝，受環(huán)境條件限制，汽車吊最佳位置布置在一層平臺，仍然需求作業(yè)半徑達(dá)35m；鋼引橋單件重達(dá)110t，跨度達(dá)44m，一般汽車吊額定起重量偏低，吊距偏小，難以滿足使用需求。若采用起重船水上吊裝，受躉船錨鏈以及起重船吃水深度的影響，需要將起重船布置在躉船外側(cè)跨越躉船作業(yè)，作業(yè)半徑超過50m，安全風(fēng)險高；起重船作業(yè)對長江日常航運有所影響，需要海事部門協(xié)調(diào)，報建程序繁瑣，影響工期；當(dāng)?shù)責(zé)o大型起重船，外地調(diào)運成本較高。因此，單獨的陸上吊裝或者水上吊裝均不能滿足需求。

在此背景下，提出多臺吊車配合，并利用躉船浮力協(xié)調(diào)作業(yè)的吊裝方案，以降低安全風(fēng)險，控制成本。

4.吊裝方案

4.1 吊裝前準(zhǔn)備

（1）關(guān)注當(dāng)?shù)貧庀螅x擇晴朗天氣施工，能見度≥1000m，風(fēng)速≤6m/s。

（2）選用350t汽車吊1臺，平衡重100t；選用260t汽車吊2臺，平衡重80t。

（3）修整臨時施工便道，道路平整通暢，且具有一定承載力，確保順利抵達(dá)指定位置，確保吊臂活動不受影響。

（4）躉船錨碇按照設(shè)計要求拋錨定位，開展絞錨移船試驗，為移船提供可行的技術(shù)參數(shù)。

（5）吊裝作業(yè)人員包含：總指揮1名，安全員2名，起重工3名，工人6名，測量員1名，船長1名，水手4名，主要操作人員配置對講機。

（6）吊裝前對特種作業(yè)人員及設(shè)備的特種作業(yè)證件資料進(jìn)行報驗審批，對現(xiàn)場吊裝操作人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，尤其對船、岸作業(yè)人員配合分工進(jìn)行重點交底。

（7）吊車支腿下墊2m×3m×0.2m走道板，支腿時先進(jìn)行兩次空車試壓，觀察一切正常后開始吊裝作業(yè)。

（8）吊裝正式移動就位起吊前，必須進(jìn)行半小時左右的試吊過程，即在重物起吊離地約500mm左右時，吊車暫時停止運作，讓重物在空中靜置約半小時，待一切觀察正常后方可正式起吊就位。

（9）吊裝前必須提前對吊裝區(qū)域拉設(shè)安全警示物，并且跟水上航運管理部門溝通協(xié)調(diào)，提前對江上合適位置進(jìn)行安全告示及警示說明，必要時可采取一定的禁航限行措施。（10）吊裝過程中隨時測量躉船定位，確保躉船位置準(zhǔn)確。

4.2 吊裝工藝流程

第一步：吊車和躉船就位。吊車A為350t汽車吊，布置在二層平臺；吊車B為260t汽車吊，布置在三層平臺的下游側(cè)；吊車C為260t汽車吊，布置在一層平臺。調(diào)整躉船錨鏈，移動躉船至順岸邊線布置，按照既定坐標(biāo)定位，躉船后緣與岸邊線距離約4m。如圖2所示。

圖2 吊車與躉船位置

第二步：鋼引橋轉(zhuǎn)向。吊車A吊繩扣在第4排上層橫梁處，吊車B吊繩扣在第2排上層橫梁處。吊車A與吊車B協(xié)作抬吊鋼引橋，調(diào)整鋼引橋的擺放位置，扭轉(zhuǎn)角度56°，擱置在二層平臺和三層平臺上。如圖3所示。

圖3 吊車A與吊車B協(xié)作吊運

第三步：鋼引橋江端上躉船。取下吊車B吊繩，吊車C吊繩扣在第2排上層橫梁處。吊車A與吊車C協(xié)作抬吊鋼引橋，扭轉(zhuǎn)鋼引橋角度47°后，緩緩向江側(cè)送出，鋼引橋滾輪置于躉船牛腿上。此時，鋼引橋一端擱置在躉船上，一端擱置在二層平臺邊坡上。如圖4所示。收緊錨鏈，采用鏈條將鋼引橋與躉船鎖定，防止鋼引橋移動滑落。

圖4 吊車A與吊車C協(xié)作吊運

第四步：鋼引橋陸端上閥組平臺。取下吊車A和吊車C吊繩，移動吊車A，定位后將吊繩吊扣在端部第1排下層橫梁處。躉船與吊車A協(xié)作移動鋼引橋。上游側(cè)絞緊錨鏈，下游側(cè)釋放錨鏈以調(diào)整躉船船位，將躉船前沿與前沿線一致后再向上游移動躉船。吊車A配合躉船起吊鋼引橋岸端，將其岸端支座移動到閥組平臺設(shè)計凹槽內(nèi)。此時，鋼引橋已按設(shè)計要求安放就位。靜置鋼引橋15分鐘，全面檢查安放位置。一切正常后絞緊躉船錨鏈，確保躉船位置固定，采用鏈條將鋼引橋與閥組平臺鎖定，鋼引橋吊裝完成。如圖5所示。

圖5 吊車A與躉船協(xié)作吊運

4.3 吊裝控制措施

（1）鋼引橋為平行弦式普通桁架[5-6]，斜腹桿為主要受力結(jié)構(gòu)，其剛度遠(yuǎn)大于豎腹桿，因此選用吊扣位置為斜腹桿與弦桿相交處，確保結(jié)構(gòu)受力與原設(shè)計的一致。吊扣位置布置墊木，防止鋼索對鋼引橋防腐涂層破壞。

（2）吊車支腿距離邊坡不小于3m，吊車支腿集中應(yīng)力大，在支腿下設(shè)置墊木和鋼板，以保護邊坡結(jié)構(gòu)，同時保障吊車的穩(wěn)定。

（3）鋼引橋擱置地面應(yīng)剔除石子、磚塊等堅硬物，鋪設(shè)松軟黏土層，厚度不小于15cm，以保護鋼引橋防腐涂層。

（4）吊車起吊鋼引橋離地50cm，需靜置不少于10分鐘，觀察無任何異常后，再進(jìn)行水平移動，移動控制速度不超過0.1m/s。

（5）鋼引橋支座在落定位置上50cm時，仔細(xì)核對安放位置，確認(rèn)無誤后緩緩放下鋼引橋。

（6）躉船移動需船長統(tǒng)一指揮，緩緩松放和絞緊錨鏈，控制躉船移動速度不超過0.1m/s。躉船移動過程中隨時注意鋼引橋的鎖緊錨鏈的張松狀態(tài)，以調(diào)整吊車水平移動速度，保證鋼引橋的平穩(wěn)移動。

4.4 吊裝驗算

（1）吊車負(fù)載驗算。鋼引橋轉(zhuǎn)向時，吊車A承擔(dān)吊重73t，作業(yè)半徑9m，外伸臂25.3m，額定起重量98t，其負(fù)載率為73/98×100%=74.5%；吊車B 承擔(dān)吊重37 t。吊車A 吊車B作業(yè)半徑15m，外伸臂30.6m，額定起重量51 t，其負(fù)載率為37/51×100%=72.5%。

鋼引橋上躉船時，吊車A負(fù)載率與鋼引橋轉(zhuǎn)向時相同；吊車C負(fù)載率與吊車B在鋼引橋轉(zhuǎn)向時相同。

鋼引橋上閥組平臺時，吊車A承擔(dān)吊重55t，作業(yè)半徑12m，外伸臂25.3m，額定起重量76.5t，其負(fù)載率為55/76.5×100%=71.9%。

各吊車在各階段負(fù)載率均在75%以內(nèi)，滿足安全吊裝要求。

（2）邊坡穩(wěn)定性驗算。地質(zhì)指標(biāo)采用直接快剪指標(biāo)，黏土γ=19.1k N/m3，C=3 4.8k Pa，φ=14.7°；粉質(zhì)黏土γ=17.8kN/m3，C=22.8kPa，φ=7.9°。計算水位按照實時水位34.0m考慮。

吊車支腿下布置墊木和鋼板，其支腿荷載轉(zhuǎn)換為均布荷載進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計算。二層平臺布置350t吊車，支腿下鋼板面積12m×12m，保守采用均載30kPa；一層平臺布置260t吊車，支腿下鋼板面積10m×12m，保守采用均載25kPa。

邊坡整體穩(wěn)定計算方法采用圓弧滑動簡單條分法[7-8]，計算軟件采用易工水運工程結(jié)構(gòu)CAD集成軟件，計算得施工期短暫狀況抗力分項系數(shù)≥1.05，滿足邊坡穩(wěn)定要求。

5.實施效果與評價

鋼引橋從設(shè)備就位到安裝結(jié)束，共歷時約6個小時，鋼引橋安裝軸線誤差8mm，滿足≤10mm規(guī)范[9]要求，鋼引橋的吊裝取得了良好的實施效果。同時，該吊裝方案經(jīng)受了質(zhì)量保證和創(chuàng)新思路的雙重考驗，保障了工期，節(jié)約了成本，得到質(zhì)安監(jiān)部門、建設(shè)單位和監(jiān)理單位的認(rèn)可，獲得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

6.結(jié)語

分析環(huán)境條件，突破常規(guī)思路，提出陸上和水上協(xié)作吊運的施工方案，通過完善的計算設(shè)計、周密的配合施工，以達(dá)到安全、高效吊裝目的。項目的成功實施，獲得較好的社會效益，其思路和施工控制技術(shù)可供后續(xù)類似工程參考。