精轧螺纹钢和吊耳板结构在箱梁吊装中的应用

摘要：山东液化天然气（LNG）项目码头工程共有箱梁51榀，长度共有33.75m、30.45m、20m三种长度，其中长度33.75m的双孔管线桥箱梁重量为331.6t。箱梁吊装采用吊耳板结构配合精轧螺纹钢的施工工艺，改变了以往兜底吊装或者预埋圆钢吊鼻的施工工艺，加快了安装进度，圆满的完成了箱梁安装任务。

关键词：箱梁安装、精轧螺纹钢

中图分类号：U448文献标识码： A

一、引言

1、工程概况

山东液化天然气（LNG）项目码头及陆域形成工程位于青岛市董家口港区，码头结构形式为圆沉箱重力墩式结构，引桥工程共有18个独立平台，其中17个平台通过预应力砼箱梁进行连接，总计51榀，混凝土强度等级为C50F350。箱梁吊装使用300t全回旋起重船，采用正向吊装最大吊重为360t，最大起吊高度为水面以上49m,双钩间距3m。

箱梁主要尺寸、重量及数量

序号 箱梁名称 型号 尺寸（m）：长*宽*高 外形描述 重量：t 数量：榀

1 车行道箱梁 CXQ-01 33.75*5（2.2）*1.8 梯形梁 260.2 9

CXQ-02 20*5（2.2）*1.8 梯形梁 163.0 5

CXQ-03 30.45*5（2.2）*1.8 梯形梁 237.1 1

CXQ-04-1 33.75*5（2.2）*1.8 梯形梁 260.9 1

CXQ-04-2 33.75*5（2.2）*1.8 梯形梁 260.9 1

2 管线桥箱梁 GXQ-01 33.75*3.2*2 双孔矩形梁 331.6 11

GXQ-02 20*3.2*2 双孔矩形梁 211.2 5

GXQ-03 30.45*3.2*2 双孔矩形梁 322.6 1

GXQ-04 33.75*1.6*2 单孔矩形梁 193.9 11

GXQ-05 20*1.6*2 单孔矩形梁 123.9 5

GXQ-06 30.45*1.6*2 单孔矩形梁 178.0 1

方案选择均以管线桥箱梁GXQ-01计算。

2、精轧螺纹钢：

预应力混凝土用螺纹钢筋也称精轧螺纹钢筋，是指整根钢筋上轧有外螺纹的大直径、高强度、高尺寸精度的直条钢筋。该钢筋在任意截面处均可以用带有内螺纹的连接器或锚具进行连接或锚固。它具有连接、锚固简便，粘着力强，张拉锚固安全可靠，施工方便等优点，而且节约钢筋，减少构件面积和重量，其具有高强屈服强度是普通钢筋的4倍，专业工厂化加工质量有保证，使用专用螺母紧固方便。

二、箱梁吊装施工方案选定

1、方案比选和确定

1.1、兜底吊施工方案

预应力箱梁预制在贡口预制场预制，出运时在龙门吊下设置辅助吊索吊运的施工工艺，安装时利用起重船吊装。

取动力系数1.2重力设计值F=398， 两端兜底吊按2点受力计，每端吊带受力199t, 根据吊装角度确定方式系数为1.4（参见巨力手册），所需吊装带最大工作荷载为142t,因此，选用RO2-200型吊带，配10m长2根，其最大工作荷载为200t.。

设置吊点间距为28m，为防止吊装带在吊装过程中出现滑移，在箱梁顶部设置定位变向抗剪预埋件。吊带绕梁兜底后，用卡环与钢丝绳连接。

夹角计算：吊带长10m，兜底后每端伸出1.4m，钢丝绳长35m,起重船双钩间距3米，吊带厚度按46cm计算，吊带横向中心距3.66m钢丝绳与梁的夹角α=70. 5 º，吊带单股一端竖向受力99.5t，钢丝绳荷载105.5t，水平分力FX=35.2t.。

1.2、精轧螺纹钢吊装施工方案

在箱梁预制时预埋精轧螺纹钢，吊装时在精轧螺纹钢上安装吊耳板，吊耳为双吊耳结构形式，吊装时利用直径140mm的钢销穿入双吊耳，钢索具套住钢销进行吊装。

本次总吊重=构件重量（最大者）+吊索具重量=331.6+（10+0.24）=341.8t。

本次吊高和跨距要求：

钢丝绳选用有效长度为35m，根据箱梁吊耳板距梁端距离，得出钢丝绳与箱梁夹角为67°，满足起重规范要求。根据实际情况，梁体较长，不可能出现三点受力的情况，同时在箱梁施工砼配比变化可能导致梁重量增加，因此按梁重350t荷载考虑，4点吊装4点受力进行计算，单点受力标准值为：350÷4÷sin67=95t，索具采用单根钢丝绳两个锁扣形式，并使用金属套管压制接头，同时考虑吊装时垂直荷载1.15倍动力系数，95*1.15=109t，因此，索具的工作载荷要求为≥1090KN。

1.3、方案选定

贡口箱梁预制场地没有相应的兜底吊施工设备，箱梁安装时现场吊带在海上拆除不便，现场操作难度较大。精轧螺纹钢吊装时起吊简单，贡口预制场提梁机设备施工方便，海上安装时操作简单，箱梁安装精度容易控制。

为保证施工的安全性及施工质量，项目部选择精轧螺纹钢和吊耳板结构进行箱梁起吊和安装。

1.4、精轧螺纹钢、箱梁吊耳、吊索具、封钩锁具

精轧螺纹钢：现场使用是牌号为PSB830型直径32mm精轧螺纹钢，其价格较普通钢筋稍高一些，但由于其强度高，最终使用量大大减少，预埋时节约了宝贵的空间，避免与箱梁上部其他预埋件交叉。

吊耳板：原设计采用一次性吊耳板，吊耳板底部根据钢筋直径开孔，使用时穿入直径28mm锚爪钢筋塞焊连接为一体，但吊装完成后需用气焊割除顶面吊耳板，由于箱梁数量较多，如此吊耳板消耗量大，调整为精加工重复使用吊耳板和精轧螺纹钢组合的吊具。箱梁顶部共设置吊耳4组，吊耳布置和详细结构见下图：

锁具从中国巨力集团索具产品目录中进行比选，选定如下索具：

压制绳圈，由φ104 6×84WSNS+IWR-1870系列钢丝绳制作。单根额载140T，破断700T。安全系数为700÷109=6.4倍（若考虑4点吊按3点吊受力进行计算则系数变为4.8倍）

另外，为保证吊装过程中起重船双钩头保持3.0m间距，需采用钢丝绳将两双钩封住，封钩力大小为：2×1090/tg67=925.4KN，因此拟选用1根直径65mm插编纤维芯钢丝绳，公称抗拉强度1670Mpa，工作载荷为436KN，绕2圈，中间使用1个25t高强卡环连接，总承受荷载可达436×4=1744KN＞925.4KN，满足使用要求，共使用约15米，总重1560÷100×15=234kg。

2、施工工艺流程

3、施工工艺要点及施工步骤:

3.1、由于本工程首次使用精轧螺纹钢和吊耳板结合的吊装工艺，施工时要确保螺纹钢相对位置准确和顺直，且吊耳板底面必须平整，保证吊耳板能够正确组装。

3.2、安装前现场准备工作

（1）吊装前开始接收未来几天的天气和海浪预报，确保在合适的风力和浪高条件下进行吊装作业。

（2）在墩台施工过程中就要严格控制箱梁搁置面墩台上预埋钢板的标高和平整度，严禁倾斜，标高误差控制在5mm以内。安装前要逐一进行复测，对标高和平整度超出要求的要提前进行处理，确保安装质量和安装施工的顺利进行。

（3）吊装前要在箱梁的两端提前栓方向控制绳，以便安装过程中调整箱梁的方向，同时准备各种加固调整所用的材料和工具。

（4）用木方提前在墩台上做好限位，以保证墩台与箱梁的伸缩缝宽度满足设计和规范要求。

（5）吊装前专人在起重船上检查箱梁支座的规格型号安装是否有误。

3.3、安装

（1）起重船、运输方驳就位

本次安装按照起重船和运输方驳驻位在引桥西侧进行运输和安装确定具体工艺要求。

起重船到现场后开始抛下200m后锚，帮带拖轮逐步解套撤离，起锚艇协助下前锚，交通艇协助挂牵牛缆，起重船靠绞缆至就位位置。起重船下锚时考虑单次下锚满足安装要求。

（2）安装

安装箱梁时，起重船固定调锚旋转90度后钩头对准要起吊的箱梁的中心，垫钩至箱梁顶附近，操作人员将四个点的索具索好，检查销子的牢固程度，起重班长指挥起重船缓慢起钩，然后旋转至两墩台之间，调整扒杆幅度至安装位置中心，缓慢下放，操作人员注意使用缆风绳调整箱梁方位，在平稳的瞬间安装到位，操作人员在起重指挥下抽掉销子，人员注意避让，起重船缓慢起钩，扒杆变幅绞锚移船至运输驳上方进行下一根梁的安装施工。

3.4、安装控制标准

3.5、施工安全注意事项

3.5.1 吊索具检查

吊索具制作完成后，按有关标准对其尺寸、直径、外观进行验收，合格后方可使用；每次吊装前对索具钢丝绳等进行检查，确认无损坏后方可进行吊装作业;构件装船时进行起落行程试验，行程距离不超过2m，以同步验证构件起吊稳性及船舶性能。

3.5.2 船舶检查

每次吊装前对所有船舶机械性能特别是起重船吊臂、钢丝绳、钩头、滑轮等进行检查，在确保船舶各方面性能完好的情况下方可开始吊装。

3.5.3 拖航安全措施

（1）拖航必须选择在风力小于4级、涌浪高度小于0.6m的天气进行；

（2）拖航速度不得大于2节，航速必须稳定，缓慢提速和减速，转弯时减慢航速；

（3）拖航船舶四周设置警戒船警戒，防止其他船舶进入；

（4）拖航前与海事部门沟通，了解航道使用情况，避开其他大型船舶航行时间。

3.5.4船舶及起重指挥

（1）起吊和安装时现场船舶由起重船船长负责指挥；

（2）拖航时现场船舶由船长负责指挥；

（3）起重作业安排专人指挥，统一指挥手势；

（4）安装时宜在风力不大于6级，波高不大于0.8m的工况条件下作业。

（5）从预制场吊构件时，应先进行试吊，将箱梁吊离底面20cm时应暂停起升，检查起重设备的制动装置、吊索具受力状态和箱梁平衡状态。

（6）吊装过程中吊车应使用慢车起落，不得突然刹车。

（7）箱梁起吊后，船舶、机械设备操作人员不得离开工作岗位，构件在悬吊状态下不得长时间停滞。

（8）起重吊装作业时，指挥和操作人员不得站在建筑物和构件边缘、死角部位。

（9）严格遵守起重规范“十不吊”要求。

（10）箱梁安装应使用控制绳控制构件的摇摆，待构件稳定且基本就位后，安装人员方可靠近。

三、实施效果

1、现场实施效果

目前，山东液化天然气（LNG）项目码头及陆域形成工程51榀箱梁已经全部安装完成，安装时操作简单，安装速度较快，单榀箱梁最快安装时间为1个小时，有效地保证了LNG码头及引桥工程的顺利贯通，得到了业主单位和监理单位的好评。

2、实践经验

采用精轧螺纹钢结合吊耳板的吊装工艺在箱梁等大型构件中能够有效地保证安装安全及安装质量，但由于精轧螺纹钢生产厂家较少，采购上较为困难，本项目精轧螺纹钢采购自天津第二轧钢厂。

使用精轧螺纹钢及吊耳板结合的吊装工艺需对构件重量进行核算，确定精轧螺纹钢埋深及精轧螺纹钢的型号等。

3、存在的问题及改进措施

由于使用钢丝绳吊装，箱梁在安装过程中有可能碰撞相邻箱梁，有1榀箱梁碰损严重，在安装完成后需修复使用。

四、效益评估

1、施工效率

山东液化天然气（LNG）项目引桥工程箱梁顶标高为+10.5m，安装箱梁时需在高潮位施工，我项目部安装箱梁最高安装记录为3榀/潮位，极大的提高了安装速度。

2、经济效益

节约吊耳板：箱梁吊装具体设计时又进行优化，对重量小于200t的箱梁采用单吊耳板结构进一步降低钢材的消耗。整个项目总共制作吊耳板4套，单吊耳板和双吊耳板各两套，每套4组，单吊耳板单件重量为316kg，双吊耳板重量为400kg，如全部采用一次性吊耳板需要加工钢材72.4t，实际加工4套共5.7t，节约66.7t钢材，按照4000元/t价格节约费用26.7万元。

节约钢筋：每组吊耳上由10根1.3m长直径32mm精轧螺纹钢，总共使用精轧螺纹钢17.6t，按照6000元/t价格需花费10.56万元，如采用普通钢筋每组吊耳板需要32根长1.1m直径32mm螺纹钢，需要使用螺纹钢43.2t，按照4000元/t价格需花费17.28万元，节约费用6.7万元。

本项目合计节约33.4万元。

五、结语

箱梁安装一般采用兜底吊的施工工艺，该工艺操作较为复杂且对预制场要求较高，如采用精轧螺纹钢结合吊耳板的施工工艺可有效地解决此难题，对工程施工进度能够得到有效提高。