神农湖大桥项目索塔吊装施工

夏祥杰 王 伟 张永昌

中国化学工程第十一建设有限公司 河南开封 475002

神农湖大桥为独塔双索面斜拉桥，采用“人”字形钢结构索塔，塔柱外形按照样条曲线变化。其中下塔柱及桥面为钢筋混凝土结构，桥面以上部分为钢结构索塔柱，在组装场地进行分段组装。索塔总高109m，重1894t，道路中心线和分孔线对称布置。除钢混结合段4段，索塔共分为12 个节段，每节段长4.5～12 m，节段间采用端面金属接触，M24 高强螺栓连接。该工程属于大型吊装工程，节段重量较重且重心不一，加上复杂的吊装作业环境，给吊装工程带来了很大风险。为保证钢索塔安全高效吊装，对吊具结构、吊装方案的可行性和施工工艺进行了综合分析。

1 模块化分段吊装

对于索塔这类体积庞大的高耸钢结构，更适合采用分部整体吊装的施工方法：将整座索塔分割成若干个节段（钢结构模块），再利用大型吊装机械将其分别吊装就位和连接，即模块化分段吊装。该方法在缩减工期和成本的同时，大大减少了高空作业，保证了吊装工作的安全进行。

模块化分段吊装首先要制定实施方案，根据索塔特点进行模块分段。在设计院所及制造企业对工程项目进行模块化设计和建造，保证模块加工质量，并要将每个模块安全运输至拼装场地进行拼装，拼装完成后将节段运至吊装现场进行吊装。

经综合考虑，索塔“模块化”分段如图1 所示。

图1 索塔分段示意图

2 吊装方案的选择

2.1 方案的确定

根据索塔特点，整体吊装方案设想有轴式吊耳吊装方案、板式吊耳吊装方案和特制吊具吊装方案。

（1）轴式吊耳吊装方案：索塔各节段左右两侧各设置一个轴式吊耳，节段上方还需使用与节段规格相匹配长度的支撑式平衡梁。该方案吊耳与吊具处于同一平面，稳定性不足，且轴式吊耳与平衡梁组合制造难度大、费用高，不宜采用。

（2）板式吊耳吊装方案：节段对称轴两测各设置两个吊耳，对称轴两测的吊耳分别用一根钢丝绳连接，且分别挂在吊车钩头的两个悬挂处。该方案节段重心难以确定，节段找正困难，不易调节，吊装过程中需要过多辅助，费时费力，不宜采用。

（3）特制吊具吊装方案：在板式吊耳吊装方案基础上增加了两个特制吊具（双向可调节找正平衡装置），节段板式的设置与板式吊耳吊装方案一致，对称轴两测的吊耳分别用一根钢丝绳连接，且分别挂在两个双向可调节找正平衡装置的钢丝绳悬挂处，找正平衡装置再分别用一个卡环和一根钢丝绳与吊车钩头的两侧连接。该装置制造简单，适用性广，便于调节，具有良好的经济效益和社会效益，可确保索塔安装高质量、高效率的完成。经过对比分析，宜采用该方案。

2.2 特制吊具结构及使用

特制吊具包括挡板、支撑板、内圈和外圈，其中内圈套在卡环销轴上，外圈挂上主吊钢丝绳，卸扣弓形一端用钢丝绳与吊车钩头相连接。为了加固该特制吊具的强度，内圈与外圈之间使用两块支撑板。特制吊具结构材料采用Q235B 钢板和Q235B 无缝钢管。特制吊具的结构示意图和工作示意图分别见图2 和图3。

图2 吊具结构示意图

图3 吊具工作示意图

（1）根据吊点数量选择吊具数量，两个吊点需用一个吊具；

（2）在主吊车钩头上挂上连接绳；

（3）在连接绳下端弯折处挂上合适吨位的卸扣，并用卸扣销轴穿过装置内圈将其连接在一起；

（4）将主吊绳扣一端从卸扣弓形弧面与装置之间的空隙穿过，将中心弯折处放置在外圈与挡板之间，使其自然下垂；

（5）提升钩头使主吊绳扣下端离地，并将其与主吊耳分别连接，同时辅助吊车吊住索塔节段的尾部，吊装开始；

（6）当索塔节段完全直立时，将其吊装就位，完成工作。

3 施工工艺流程

索塔节段由运输板车运到桥址处后，需要700t 和250t 两台吊车相互配合翻转直立。首先施工人员检查索塔节段本体与吊耳焊接是否正常，技术人员检查吊车各项技术参数，保证起重吊车安全稳定工作；作业人员随后将钩头和节段用吊具进行连接，并检查吊具与索塔节段是否紧固连接；检查无误后，所有施工人员听从指令，开始对索塔进行起吊。具体工艺流程如图4所示。

图4 施工工艺流程图

3.1 节段运输

索塔节段在总拼场地组装完成后，卧置并用绳索将其固定在运输板车上，运至吊装场地，再用250t 履带吊配合700t 履带吊将节段卸至指定位置。节段到场前700t 和250t 履带吊车在组装预留场地进行组车，700t组车工况为超起主臂工况：主臂84m；250t 组车工况为主臂工况：主臂33m。卸车完成后，进行节段翻转直立、“穿衣戴帽”等后续工作。

3.2 节段翻转直立

进行700t 履带吊车主吊索具及双向可吊装专用吊具的连接，起吊半径18m；进行250t 履带吊车溜尾吊索具连接，溜尾半径9m；现场进行联合检查，完成翻转直立前各项程序；700t 履带吊车缓慢提升吊钩，250t 履带吊车随之起升吊钩，使节段离开地面100mm 左右，观察吊车和索具的受力情况，检查吊车地基情况，确认安全后开始翻转直立；700t 履带吊车提升吊钩，250t 履带吊车配合抬送节段尾部，适时旋转臂杆并向主吊车方向行走直至节段脱钩位置，待节段完全直立后拆去溜尾索具；将节段缓慢落至地面；节段翻转直立完成。如图5 所示，吊装开始时，被吊节段呈卧置状态，主吊车吊起节段上端不断提升，并能承受节段全部吊装载荷，辅助吊车提起节段尾端不断向前抬送，直至节段直立。

图5 节段翻转示意图

3.3 吊耳布置

本次吊装每个索塔节段主吊耳使用4 个吊耳，溜尾吊耳使用2 个吊耳，规格根据索塔节段的重量选择，要求安全系数不小于1.5。为防止在起吊过程中钢丝绳与索塔节段顶部相碰，在节段自身强度能够满足的情况下，尽量把主吊耳位置设置在节段顶部。再根据节段重心，确定4 个吊耳的垂直高度，以达到节段直立时其底部尽可能水平的目的，方便后续的找正及安装工作。

3.4 节段试吊

节段翻转直立后，进行“穿衣戴帽”；然后进行700t履带吊车主吊索具及双向可吊装专用吊具连接，起吊半径18m；现场进行联合检查，完成吊装前各项程序；经专业责任人员检查确认所用设施安全的前提下，由吊装指挥下令，对节段进行试吊；700t 履带吊车缓慢提升吊钩，使节段离开地面100mm 左右，静置5min 后观察吊车和索具的受力情况，以及吊车的地基情况，确认安全并签吊装命令书后开始正式吊装。

3.5 正式吊装就位

700t 履带吊车提升节段至距离地面100mm 左右，挂上超起；700t 履带吊车通过转杆、起钩及变幅动作最终就位半径为26m，使节段位于就位位置上方并缓慢落钩，使节段底部高出与上一节节段连接处0.2m；由安装单位确认并调整好节段方位后，700t 履带吊车继续落钩，将节段就位于接触面之上；安装单位确认节段与节段间固定完毕，并经监理单位确认已经达到摘钩条件后，700t 履带吊车落钩；作业人员将主吊装绳索与主吊耳脱离，完成吊装。

正式吊装过程中，要安排足够的人员控制溜绳，严禁节段非正常转摆动。钢丝绳挂摘钩采用50t 汽车吊协助进行。

4 作业人员和机械设备配置

索塔节段吊装工程量大，工序复杂，为确保吊装工作安全高效地进行，在施工人员和机械设备的配置方面要做好充分的准备。

其中施工人员包括起重工、司机、普工及安全人员等，所有人员须持证上岗，经培训并考试合格，听从统一指挥，并要提前熟悉索塔吊装方案和吊装过程中需注意的事项，保证能正确操作。

机械设备中，主吊车为徐工制造的QUY700 型700t 履带式吊车，溜尾吊车为日本神钢制造的CKE2500- 2 型250t 履带式吊车。还需配备安全设备如安全带、警戒绳等，夜间施工时需要配置照明设备，保证施工区域灯光需求。主索具选用Φ90- 8×61+FC- 1670 40m 钢丝绳，溜尾钢丝绳使用Φ50- 6×37+FC- 1670 20m 钢丝绳。Φ90 钢丝绳每股破断拉力4080kN，吊装时用到2 根，每根一弯两股，共4 股，索塔节段最大重量为184t；Φ50 钢丝绳每股破断拉力1230kN，吊装时用到2 根，每根一弯两股，共4 股，索塔节段最大遛尾重量为60t，弯折系数取0.75。

主吊钢丝绳安全系数K=4080×4×0.75/（184×10）=6.7＞6，满足索塔吊装安全要求；

溜尾钢丝绳安全系数K=1230×4×0.75/ （60×10）=6.2＞6，满足索塔吊装安全要求。

节段在基础附近采用立式整体吊装的方法进行吊装。

（1）T2- 1—T7 节段：700t 履带吊车选用重型主臂超起工况，臂长84m，最大吊重184t，最大超起配重250t，吊装半径26m，最大吊装负荷为233t。

（2）T8—T12 节段：在基础附近采用立式整体吊装的方法进行吊装，700t 履带吊车选用轻型主臂超起工况，臂长114m，最大吊重106.4t，最大超起配重200t，吊装半径26m，最大吊装负荷为125t。

（3）250t 履带吊全程使用33m 主臂工况，最大溜尾半径为9m，最大吊装负荷为60t。

两车抬吊时负荷率最大为75.9%，主吊车单独起升时主吊车负荷率最大为85.8%，安全系数取1.1，皆满足现行的安全要求。

5 结论

长治神农湖大桥索塔“人“字形钢结构索塔高109m、重1830t，采用“模块化”吊装技术分段吊装就位。索塔“模块化”分段吊装为大型吊装项目，索塔节段易变形且重心位置不容易确定，吊装施工风险系数高，难度较大。

根据钢索塔的结构特点和现场具体的施工环境，对特制吊具的设计、吊装机械设备的使用、吊装方案设计及可行性分析，并根据分析结果完成CAD 吊装图绘制，制定索塔在特制吊具使用下的“模块化”分段吊装工艺流程，最终得出如下结论：

（1）从索塔结构特点以及现场情况出发设计了三种吊装方案，分别是轴式吊耳吊装方案、板式吊耳吊装方案和特制吊具吊装方案。从结构特点、可行性、施工工艺等方面进行对比，认为吊具结构简单，适用性广，稳定性好，在给索塔“模块化”分段吊装带来极大便利的同时保障了安全性，使工程更加安全、有效、快速。故采用特制吊具吊装方案。

（2）神农湖大桥索塔“模块化”分段吊装特制吊具的设计和“模块化”分段吊装施工工艺的实施，保证了索塔吊装工程能够安全有序的进行。