龙门吊施工方案

一、工程概况

1、概述：

杭州市钱江四桥位于钱江大桥下游4.3公里，南星桥1^#码头上游约200米处；北端跨越滨江公路通过复兴立交桥与杭州市已建的中河高架路相连，构成了一条连接杭州市中心与滨江新区的便捷通道。桥位处江面规划宽度为1160米，桥梁设计全长1376米，主桥设计采用钢管砼双主拱方案，其计算跨径组合为2×85+190+4×85+190+2×85，其中85米跨为下承式系杆拱桥和上承式拱桥的组合，190米跨为下承式系杆拱桥和中承式拱桥的组合。两侧引桥均为双层3×45米跨高强预应力砼箱梁结构；全桥的跨径组合为3×45+90+89+196+4×89+196+89+90+3×45。主桥上、下层均不设纵坡，上层桥面的中心标高32.315米，为6车道的快车道，下层桥面的中心标高18.60米，为过江轻轨和人行通道，通航标准按国家四级航道设计，最高通航水位为6.123米，通航净高10米，航道宽度80米。190米跨部分桥梁的横断面宽度为30.6米，引桥及85米跨部分桥梁的横断面宽度为25.0米，引桥上层设4.0%的纵坡，下层设2.0%的纵坡。桥梁上、下层等宽，外形结构美观，整体性好。

2、水文气象：

钱江流域位于南风活动地区，雨量充沛，四季分明，每年3～6月份为梅雨季节，7～10月份为台风期，常伴有暴风雨，若与大潮汛相遇，将会出现特高潮位，钱江涌潮举世闻名，近几年来由于河道进一步整治，下游河道主槽趋向顺直，主流偏北，涌潮较以前更大，本河段七月份前后低潮位最低，八、九、十月份高潮位最高。闸口站历年最高潮位+7.56米，历年最低潮位+1.19米，最大涨潮差2.98米，最小涨潮差0.01米，平均涨潮历时1小时33分，平均落潮历时10小时52分。潮流为往复流。潮流流速按百年一遇设计为4.1m/s。桥位处百年一遇高水位为8.52米，低水位为1.23米，三百年一遇洪水位为9.08米，施工期间洪水与涌潮按10年一遇的频率设计。

3、工程地质：

桥址区上覆第四系覆盖层厚度变化较大，近山前的杭州岸较薄，在2^#墩处最薄为28.1米，向萧山方向渐厚，在15^#墩处最厚达59.40米，按其时代、成因和物理力学性质可分为三大层。第一层为素填土及最新河流冲积相沉积的流塑～软塑的亚砂土、亚粘土及松散～中密状的粉、细、中砂，层厚11.4～35.1米，第三层为晚更新世冲相沉积的圆砾土及砾砂层，层厚1.25～19.85米。下伏基岩为侏罗系上统（J₃^a）的火山岩层及白垩系下统朝川组（K₁C¹）的陆相碎屑沉积岩，两者呈断层不整合接触，以钱塘江断裂为界，东南侧岩质软弱，工程性能差。西北侧6^#、7^#墩基岩受构造影响较重，发育有断层破碎带，差异风化显著。

4、施工特点：

本工程水文及地质情况复杂，桥位处受涌潮影响严重，若采用水上船舶施工，对施工船舶的适应性能要求很高，泊锚困难，作业时间有限，其基施工段由于墩位多，工作量大，且受上部结构安装时机的限制，组织流水作业困难，要求投入大量的船机及起重设备，且该河段交通运输船舶繁忙，因此，施工期间，航道管理困难。工程质量、进度及船舶机设备的安全均难以保证。从该河段已建及在建的桥梁的施工情况看，采用栈桥彻底摆脱涌潮影响的施工方案已十分成熟，有大量的成功经验可供借鉴。其上部结构均为安装构件，工作量十分巨大，安装精度极高，而桥位处地势平坦，受台风影响严重，故要求上部结构安装工艺简便快捷，安装精确。针对上述具体情况，经多方面比较，我局提出了如下施工方案：一、基础阶段采用单栈桥陆上施工，不仅可省掉大量的船机设备，且对工程的质量进度和安全有充分的保障。二、上部结构施工阶段采用双栈桥、龙门吊及少支架施工方案，其施工工艺简单，方便快捷，且安装精度高。

三、栈桥设计：

1、纵向轨道梁：

龙门吊大车行车系统设计间距为24.0m，考虑到栈桥在使用过程中对称均匀受力，初步将栈桥的设计跨度定为12.0m，轨道拟采用单层三排贝雷桁梁，设计最大单轮压力为26t，每组滑车的前后轮距为1.8m，结合轨枕的布置，取如下计算图求。

△ ① △ ② △ ③ △

12.0m 12.0m 12.0m

当荷载作用在①③跨时为弯距最不利位置：

查弯距影响线图表得：

Mmax=2×l×f

=0.289×12×52t

=194.208t.m<[M0] =224.64t.m

最大挠度查表得：

Fmax=K×（pl³/100EI）

式中：

K——挠度系数取为2.716

P——为集中荷载为52t

L——为计算跨度12m

E——弹性模量为2.1×10⁷t/m²

I——惯矩为7.515×10⁵cm⁴

Fmax=2.716×(52/12³)/(100×2.1×10⁷×0.007515)

=1.55×10^-2m

=15.5mm<l/600=20mm

剪力计算：

Vmax=K×P

=1.34×52

=69.68t<V₀ =69.89t

故均符合要求

2、钢管桩设计

1）桩长计算：

桥位处河床较为平缓，河床顶标高从+00.34m至-2.09m，河床平均标高按-1.0m计算，栈桥的顶标高为+10.0m，桩顶标高为+7.85m，采用Φ800×8钢管桩，单桩承载能力按50t计算，使用过程考虑河床有2.0m的冲刷，河床上部覆盖层一般为淤泥质亚粘土、亚砂土，土层的极限摩阻力τ₁=20Kpa，每墩采用4根管桩支承轨道梁，设计时不考虑闭塞效应和群桩效应。由于在桩入土范围内有多层砂层分布，综合考虑2米粉砂层作为持力层，取L=25Kpa，则：

P=K. λ_s.U∑τ_il_i

式中：K——安全系数取为0.65

λ_s——挤土效应为0.87

U——桩周长2.513m

P=K.λs.u.(τ₁×l₁+τ₂×l₂)

则：l₁=（P-Kλs.u. τ₂.l₂）/(kλJ.u. τ₁)

=(5×10⁵-0.65×0.87×2.513×25×10³×2)/

(0.65×0.87×2.513×20×10³)

=15.1m

桩长∑l=l₀+l₁=7.85+1+15.1+2+2

=27.95m

2）沉降计算：

栈桥墩支承桩的沉降按单桩简化计算如下：

S=△c+△k=Nl₀/EA+2Nh/3EA+N/C_OA₀

式中：N——桩顶竖向压力为N=50t

E——材料弹模 E=2.1×10⁵N/mm²

L₀——冲刷线以上桩长L₀=10.85m

H——冲刷线以下桩长h=17.1m

A——桩的横断面积 A=20106mm²

C_O——桩底平面的地基竖向地基系数C_O=m_oh

M_O为桩比例系数，亚砂土层取M_O=3000KN/m⁴

则C_O=3000×10³/10.2×1.71×10⁴

=5.13×10^-2N/mm³

A₀——桩底平面的作用面积

A₀=Л（d/2+h.tgψ/4）²

或A₀=1/4Лl₁²

取两者中的小值。

ψ为土的内磨擦角取ψ=15^。

L₁为两排桩间距取2.0m。

A01=Л（d/2+htg4/4）²

=Л×(800/2+1.71×10⁴×tg15/4)²

=7.3×10⁶mm²

A02=1/4Лl₁²

=1/4×Л×2000²

=3.14×10⁶mm²取A_O=3.14×10⁶mm²则：

S=Nl₀/EA+2Nh/3EA+N/C_OA_O

=1.285+1.35+3.1

=5.735mm

但在实际使用过程中，作用在单桩顶上的压力均小于50t，且为群桩，故单桩的沉降均在5mm以内，能够满足使用要求。

3、栈桥的结构形式：

1）上游侧：

根据上述计算，结合钱江六桥的实际经验，栈桥采取如图3-1、3-2所示结构图，上游侧桥桥宽6.0m，设龙门吊轨道和运输车辆通道，桥面板采用δ10mm钢板，龙门吊轨道采用P43钢轨，纵向分配梁采用I12.6工字钢，沿宽度方向通长按50cm布置，在桥墩处考虑到如50T履带吊车等起重设备作业需要，局部将纵梁按25cm布置，横向分配梁采用I25a 工字钢，全断面范围内按1.50m的间距布置，在龙门吊作用范围内按75cm布置，龙门吊纵向轨道梁采取单层三排贝雷桁架，在四分之一节点处，需作加强处理，行车道部分纵梁采用单层双排贝雷桁架，桩顶帽梁采用I25a工字钢，每墩5根Φ800×8钢管桩，离桥墩附近采用6根，如图3-3、3-4、3-5所示。

为方便计算，取如下计算图式验算P43钢轨强度

Mmax=KFL

=0.289×26×0.75

=5.6355+m

拉应力：f=M/W W——为截在抵抗矩W=217.3cm³

=(5.6355×10⁴N×10³mm)/217.3×10³mm³

=259.3N/mm²<[f]

满足强度要求

2）下游侧

下游侧栈桥，只考虑龙门吊的行走轨道和人行走道，宽度按照3.0m考虑，在两轨道之间铺装走道网板，沿宽度方向按50cm间距通长布置[10槽钢作为纵向分配梁，横梁采用I25工字钢，沿纵向按75cm布置，龙门吊轨道采用单层三排贝雷桁架，每跨跨度12.0m，每个栈桥墩采用4根Ф800钢管桩，壁厚δ=8mm，桩长工27.95m，考虑到下游侧栈桥宽度较小，为保证让其有足够的侧向钢度，设计时应将4根桩连成整体，其结构形成与上游侧的栈桥的龙门吊部分相同。

3）由于受龙门吊设计跨度及主墩承台施工时围堰尺寸的限制，栈桥的行车部分，在主墩处要从内侧过渡到外侧，然后又从外侧过渡到内侧，其结构形式如图3-6所示，单幅栈桥渐按564米设计，其所需材料如下表示。

考虑其整体稳定性及会车需要，栈桥在桥墩处加宽并与钻孔平台连成整体。

四、支架系统：

结合龙门吊吊装拱肋，安装过程中各分节节段采用少支架系统支承，小拱分三节吊装，大拱分七节吊装，吊装时单节最大重量控制在80t以内，则小拱拱肋吊装时，一跨共需4个支架，大拱吊装时需要12个支架，支架系统拟采用打入桩作基础，上部拼装万能杆件桁架、桩基仍采用Φ800mm壁厚δ8mm的钢管桩。单桩承载能力仍然为50t，桩顶标高+6.0m，每墩采用4根钢管桩，桩中心间距为4.0m，桩顶用δ20mm钢板作桩帽，如图4-1示。主拱支架系统如图4-2、4-3、4-4示。用万能杆件拼装成格构形状，共同承受水平荷截，每个支承立柱为4.0×4.0m，则一个主拱支撑所需的材料如下表示以部分异型杆件：

一个小拱支架系统所需材料如下表：

支架系统在拱肋安装荷载作用下的内力及变形，在这里不作详细计算，但在实际过程中，应根据其荷载的分配情况对支架的水平偏位和压缩变形作详细计算，便于控制拱肋的安装精度。

五、施工工艺

1、工艺流程

在这里将④～⑤跨设为1^#拱，⑤～⑥跨为2^#拱。⑥～⑦跨为3^#拱，⑦～⑧跨为4^#拱，⑧～⑨跨为5^#拱，现假设大桥施工以⑨墩为界，垂直划分为两个标段，则一个标段共需龙门吊2～4台，其施工工工艺流程如图5-1所示。

搭设上游栈桥 → 搭设钻孔平台 ← 搭设拌和站 ← 场面平整

↓ ↓

下钢护筒 预制场建设

↓

钻孔桩施工

预制构件

↓

↓ ↓ ↓ ↓ ↓

①～④墩承台施工 ⑤⑥⑨承台施工 搭设下游栈桥 ⑥⑦承台施工

拱加工制作

↓ ↓ ↓

⑤⑧⑨墩身施工 搭龙门吊 ⑥⑦墩身施工

①～④墩身施工 1#、5#小拱施工

搭设支架 → 1#、5#下层结构施工 → 2#、4#小拱施工 ← 搭设支架

箱梁施工

龙门吊拼至68.2米 2#、4#下层结构施工

搭设支架 3#拱施工

↓

3#下层结构 小拱上层结构施工

↓

3#上层结构施工

↓

桥面系施工

↓

交 工 验 收

施工工艺流程图5-1

杭州侧施工后场只能设在沿江公路以内,为方便施工，应在施工后场与施工栈桥之间搭设一座10.0米宽的施工天桥横跨马路，天桥净空应在4.2米以上，保证车辆的正常通行，天桥沿纵向应伸入施工栈桥内20米以上，便于施工材料的转运，萧山侧可直接将施工栈桥与后场接通。

2、龙门吊拼装

龙门吊拼装时应尽量靠近岸边，栈桥搭好后，将龙门吊的行走系统安装上轨道，并与栈桥固结，分别拼装两侧立柱至50.2米高度，考虑到在拼装过程中的侧向稳定性，在立柱拼至30米时，应在其四角各设一根缆风。同时在龙门吊横梁垂直投影位置，拼装横梁至38米，并将左右两片横梁按2米的净间距锁定，安好天车轨道和天车，天车也应与横梁锁定，等立柱和横梁均拼装好后，在立柱顶上各设4组滑车，将横梁提升至立柱的48.2米处，与立柱对接。横梁安装就位后，将天车、行走系统的固结、两横梁间的锁定及立柱缆风解除，对龙门吊进行调试。

在安装大拱前需将两台龙门吊的高度升至68.2米，考虑到不影响其它作业点的正常运作，应选择中间的两台在栈桥上适当的位置接高，由于拱肋安装时是用两台龙门吊来共同提升，为保证龙门吊接高有足够的稳定性，可将两台龙门吊的立柱沿桥轴线方向连成整体，并将其行走系统与栈桥固结，首先在两龙门吊立柱的44.2米处各设一道横梁，横梁可在栈桥上拼装，用龙门吊自身起吊至44.2米处与立柱对接，然后将立柱逐节拼装至68.2米，在拼装时必需采取措施保证立柱的侧向稳定，待立柱拼至68.2米时，将天车与横梁锁定，并将两横梁锁定，在立柱顶上各设四组滑车将横梁悬吊后，解除横梁与立柱之间的联结，将横梁提升至需要的高度后，与立柱对接，再解除横梁与天车及横梁之间的锁定，又利用天车吊住44.2米处的横向联系桁架，将其与立柱之间的联接解除，下放至栈桥面后解体，经检查确认上述步骤均完成后，解除龙门吊行走系统与栈桥之间的固结，对龙门吊进行调试，直到龙门吊的各项性能均达到了设计要求后，方可进行主拱的吊装施工。

3、拱肋安装：

拱肋安装时均采用2台龙门吊共同起吊，吊装时应采取有效措施防止拱肋倾覆，具体施工步骤如下：

1）基础施工阶段根据进度安排在工厂将拱肋制作成标准节段编号运输至现场。

2）搭设拱肋安装支架系统，并按计算要求设置预拱度。

3）在施工现场将拱肋拼装至吊装需要的分节长度。

4）在支架上测量放线，确定拱肋的初始安装位置，并设置拱肋的标高和平面位置调整装置。

5）将拱肋竖直运输至龙门吊便于起吊的位置，两台龙门吊同时起吊，并行走至安装处。

6）下放拱肋进行安装，待各结点处的标高及平面位置调整至设计要求后，将拱肋的一端与上一节段对接。

7）安装下一节拱肋，安装时，上下游两片拱肋应异步对称安装，并及时安装好水平风撑，拱肋安装好后的下步安装工作均可由龙门吊来完成。

此方法安装不仅方便快捷，而且可以保证有足够的安装精度，便于对施工质量进行控制。