大型悬索桥钢箱梁海外运输及安装施工工法

大型悬索桥钢箱梁海外

运输及安装施工工法

目录

1、前言..................................................................1

2、工法特点..............................................................1

3、适用范围..............................................................2

4、工艺原理..............................................................2

5、施工工艺流程及操作要点...............................................2

5.1施工工艺流程.....................................................2

5.2操作要点.........................................................3

6、材料与设备...........................................................10

7、质量控制.............................................................11

7.1钢箱梁段制作质量标准：..........................................11

7.2钢箱梁安装质量标准：...........................................11

8、安全措施.............................................................12

9、环保措施.............................................................13

10、效益分析............................................................13

10.1经济性..........................................................13

10.2施工工期.......................................................13

10.3施工安全性......................................................14

11、工程实例............................................................14

1、前言

随着国家“一带一路''建设工作的推进和我国建筑施工企业“走出去”战略的实施，中

国企业在非洲、东南亚等地区和国家修建大型桥梁将日益增多。悬索桥是特大跨径桥梁

的主要形式之一，将会越来越多的被用于大型海外工程建设中。钢箱梁作为大跨径悬索

桥加劲梁主要形式之一，近年来得到越来越广泛的应用。钢箱梁施工是整个悬索桥上部

结构施工重要工序之一。

莫桑比克马普托大桥为主跨680m的双塔单跨钢箱梁悬索桥，主梁采用正交异性桥

面板流线型扁平钢箱梁。全桥共57个梁段，其中H0为中央梁段，长13m,重150.6（；

Kl-26、M1-26为标准梁段，长12m,单个梁段重1364；K27、M27为合龙梁段，长

12m,单个梁段重1392；K28、M28为端梁段,长8.65m,单个梁段重1244c

桥位区所在地工业基础落后，当地国及周边国家资源条件有限，不具备钢箱梁生产

制造条件；桥址位于马普朽湾入海口，环境湿度大，板单元现场拼装质量可控性差；大

桥横跨港口及航道，桥轴线与港口海岸线呈72.6。夹角，桥下航道窄，往来船只繁忙，

不允许长时间占用航道或封航。针对以上问题，通过马普托大桥钢箱梁施工的实践与应

用，形成该工法。

2、工法特点

⑴采用“国内专业厂家整节段制造、整桥梁段一次性远洋运输”的加工、运输方法。

传统钢箱梁加工运输工艺一般采用“专业厂内板单元制造，现场拼装'’的方法。针

对马普托大桥的地理环境及资源条件，马普托大桥采用了“国内专业厂家整节段板单元

制造、拼装、全桥梁段由大型货轮一次性远洋运输至现场”的方法进行钢箱梁的加工制

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造和运输。该方法具有加工制造质量可控、现场施工简单、管理难度小和工程进度可控

的特点。

⑵采用港区码头泊船，缆索吊进行卸船。

钢箱梁运梁船进港后，停靠于大桥北岸港区5#佰头的缆索吊系统的正下方，由缆索

吊直接从船上进行定点垂直起吊，通过旋转吊具对钢箱梁的原位旋转，可实现“梁上

运梁”，无需再投入其它卸船设备，且施工现场存梁只有8个节段，减少了存梁设施的

材料投入，现场管理方便，经济效益显著。

⑶钢箱梁节段采用缆索吊配套旋转吊具旋转架设的方法进行安装。

类似跨水域的大桥常采用跨缆吊机进行加劲梁的安装，该法由运梁驳船将待安装梁

段运送至梁段安装设计位置的正下方，再由跨缆吊机垂直提吊钢箱梁进行安装。本项目

采用整桥梁段由大型货轮一次性从国内运输至现场的方法进行钢箱梁的运输，在钢箱梁

吊装期间，如此“庞然大物”长时间地占据业务繁忙的航道，显然不现实，封航协调难

度大、经济性不理想。

采用缆索吊机定点垂直起吊的方法进行钢箱梁的安装，无需占用航道，钢箱梁安装

作业均在通航净空要求范围以外，对航道通航及港口运营几乎无影响。旋转吊具可将钢

箱梁进行各种角度的旋转，有效地解决了桥轴线与海岸线不垂直的问题。

3、适用范围

⑴本工法适用于跨航道悬索桥的钢箱梁安装，尤其是桥轴线与海岸线不垂直的前提

卜，安装梁段正下方不宜泊船定位的悬索桥钢箱梁安装。

⑵本工法适用于海外项目不具备现场加工钢箱奖的条件，需在国内进行梁段加工、

全桥梁段分批或者一次性海运至现场的工程。

4、工艺原理

该工法的基本原理是设计并配套可以旋转重物的缆索吊机，同时选择有加工资质和

经验的钢结构加工厂家进行钢箱梁板单元制作和整节段拼装，整桥梁段由大型货轮一次

性远洋运输至施工现场；由可旋转重物的缆索吊进行钢箱梁的卸船、存梁及安装。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

钢箱梁施工流程主要包括缆索吊施工、钢箱梁加工预拼、钢箱梁海绑装船、钢箱梁

远洋运输、现场存梁、钢箱梁起吊安装、钢箱梁工地连接、附属设施施工、现场涂装等。

2

图5.1.1钢箱梁施工工艺流程图

5.2操作要点

5.2.1缆索吊施工

1、缆索吊设计

缆索吊机主要由塔架、锚碇、主承重绳、起重系统、牵引系统、旋转吊钩、信息化

控制系统等构件组成。

马普托大桥缆索吊机采用双塔三跨方案。主塔采用钢结构塔架，塔架上布置索鞍;

锚碇分别置于主桥两岸锚块上，南岸锚碇采用钢管+型钢锚桩的形式锚固，北岸锚碇采

用型钢吊带形式锚固。设两组主承重绳，中跨两组相互平行，便于缆索吊机的跑车纵向

自由行走，边跨受两岸引桥、主缆和猫道的影响，呈“八”字形布置。

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图5.2.1马普托大桥缆索吊布置图

起重系统主要由吊点、卷扬机、钢丝绳及各种转向支撑轮组成；牵引系统主要由卷

扬机、钢丝绳、牵引轮及转向支撑轮组成。为便于管理，卷扬机集中布置在南岸。起重、

牵引钢丝绳均分两幅对称布置，同幅内钢丝绳对接在一起，形成串联循环系统；当同幅

内一台卷扬机发生故障后，仅依靠另外一台卷扬机也可实现单幅内的牵引工作。

信息化控制系统主要包括视频监控系统、应力监控系统和卷扬机联动控制PLC系

统。视频监控系统主要监控缆索吊吊具位置和卷扬机工作情况，实现前后场通视，避免

误听误判的现象发生；应力监控系统主要监控起重和牵引钢丝绳的应力，有效的保证了

缆索吊系统施工的安全；卷扬机联动控制PLC系统,实现了多台卷扬机的协同工作，

减少了操作人员的工作量，同时通过对卷扬机的工作频率进行监控，实时掌握卷扬机的

工作速度。

通过旋转吊具可使吊具下吊架与梁体吊点较容易的连接，减小了运梁船泊位的难度。

旋转吊具对钢箱梁的平面旋转，可使待安装梁段从完成安装梁段的上方纵向运送。其主

要由驱动卷扬机、旋转轴及轴承、传力杆、主箱梁、分配箱梁、万向较、挂钩等装置组

成，驱动卷扬机通过钢丝绳带动传力杆实现旋转轴的转动。

2、缆索吊施工

在下部结构塔柱及锚块施工时，要准确预埋缆索吊各个预埋件及锚固装置。缆索吊

施工前，应对预埋件位置、数量和质量进行逐一检查。缆索吊各钢构件焊接质量应符合

相关规范要求；各转向轮、起重系统和牵引系统安装正确旦连接可靠；缆索吊安装完成

后要进行荷载试验；缆索吊使用过程中要安排专人对各锚固点、转向点和钢丝绳进行重

点检查。

5.2.2钢箱梁加工运输

在国内专业厂家内流水化生产钢箱梁各单元件，预拼装完成后，再进行喷砂、防腐

涂装工作。由600t浮吊逐节段装船，整桥梁段由大型货轮运往施工现场。

钢箱梁在远洋运输时，持续时间较长，天气情况多变，且长时间处于海洋腐蚀环境

中，对钢箱梁进行防腐保护，梁段端口采用防风雨布进行包裹，配以钢丝绳和U形卡进

行固定。钢箱梁附属设施散件有效固定随船装运，电气原件或者电气木箱采用防水油布

包裹，将其放入集装箱或舱室内。

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图5.2・2钢箱梁海运防腐

钢箱梁装船采用三层堆叠方案，利用有限元分析软件进行计算，不断优化别箱梁海

绑方案，避免运输船和梁段自身局部应力过大；对绑扎构件进行强度分析，选择合理的

支座绑扎结构形式；另外对装载工况下的船舶进行完整稳性校核，对复杂海况下钢箱梁

船舶在运输过程中进行三向受力分析。最终确定的甲板与梁段底层之间支座个数为6个，

梁段底层与梁段第二层之间支座个数为4个，梁段第二层与第三层之间支座个数为4个“

支座与钢箱梁采用焊接固定。

图5.2・3钢箱梁装载示意图

图5.2.4钢箱梁段间支点实物图

5

根据国际海事组织（IMO）A749的规定，对货轮的浮态与初稳性、复原力臂曲线、

完整稳性等方面进行计算分析，“振华24”货轮装载状态满足船舶完整稳性规则的要求。

表5.2・1稳定性计算结果

序号规苑临界值实际值结果

不横倾角30。.纪悚力将曲线（GZ曲段）下的面枳不小

10.0551.111OK!

TO.055m.rad

横陋角30。至40。之间GZ曲线下的面枳不小于

20.0300.574OK!

0.03m.rad

至横倾角或进水角qf（，40。取小者）GZ曲线卜的面枳不小

30.0901.686OK!

于0.09m.rad

4町稳件高GM不小「0.15m0.159.112OK!

5在横惊角丁f或大尸30。处发原力臂GZ应至少0.20m0.203.469OK!

6最大发原力臂所时应的^慎角不小「25。2528.719OK!

5.2.3运梁船泊船定位

根据实际桥位处航道及港口情况，选择合适的泊船位置。为减少存梁数量，应尽量

在靠近塔前进行泊船定位。首次泊船定位时，应将第一片需卸船的钢箱梁节段对准缆索

吊投影下方，减少卸船时移船次数。

因南岸航道为浅滩沉船区域，在此区域抛锚停船经济投入及安全风险均较高。因此,

选择在大桥北主塔前方的5#码头进行停船，利用码头锚桩对运梁船进行锚固和移位。

图5.2・5马普托大桥泊船示意图

5.2.4现场存梁

通过BIM技术的应用，在钢箱梁吊装施工方案模拟的过程中发现，当运梁船正上

方的M23梁段吊装完成后，缆索吊旋转吊具便不能垂直下放至船上与后续梁段的吊点

进行连接，亦即后续梁段不能完成垂直起吊。后续梁段需分别存放于北岸5#码头和南岸

塔前存梁平台，合龙段布置于安装位置的正下方，存梁前对北岸5#码头和南岸塔前存梁

平台进行受力验算，确保满足规范要求。

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图5.2・6两岸存梁施工照片

5.2.5钢箱梁安装

钢箱梁通过缆索吊逐段吊装、旋转架设。首先吊装中央梁段（KI、HO、Ml）,再

按照“两侧最多不超过2个梁段”的原则交替对称吊装K2-K24、M2-M22梁段；再将M24

梁段在运梁船上旋转存放于靠近北塔方向的运梁船边上，待M23梁段安装完成后架设

M24梁段；此时，运梁船上梁段全部吊装完毕，运梁船圉港。然后，依次对称吊装

K25、K26、M25、M26,并将两岸端梁（M28、K28）存放于下横梁托架上（为便于合

龙段的吊装，端梁需向两边跨预偏50cm）。再分别吊装M27、K27梁段，最后，将端梁

段回移分别与两岸27#梁段临时连接，全桥合龙。

1、中间梁段架设

由于先进行安装的梁段只有.1对吊索受力，钢箱梁无法保持平衡，采用4根临时吊

索装置分别连接钢箱梁四个角点处的临时吊耳，待永久吊索安装完成后，缆索吕起重系

统放绳，使得永久吊索完全垂直受力，再调节临时吊索长度，使得梁段保持平衡，并且

满足设计纵坡的要求，确保梁段的安装精度。

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图5.2・8中央梁段架设

2、泊船位侧标准梁段安装

泊船位侧标准梁段吊装与中间梁段吊装方法相同，但不设置临时吊索系统。首先将

钢箱梁运送至设计安装位置后，用已安装好梁段的吊装吊耳做持力点，安装2个5吨葫

芦，通过葫芦的调节将待安装梁段与已安装好的梁段尽量的接近并稳定，再与永久吊索

连接，最后安装钢箱梁间的临时匹配。由于钢箱梁吊装初期整体线性为凹山I线，钢箱梁

底口存在“张口”的现象，对钢箱临时匹配有两个方面的影响：I、底口临时匹配的长

螺杆无法穿透两个梁段的锚固座，因此只能先将长螺杆放置于待安装位置，待梁段整体

线形符合设计线形后再安装底口临时匹配；2、已安装梁段底口超出顶口，待安装梁段

顶口无法靠近已安装梁段顶口，因此顶口临时临时匹配连接无法正常安装，从塔顶门架

上10吨卷扬机下放钢丝绳，经待安装梁段正上方处的单门滑车转向，微调待安装梁段

纵坡，使其顶口临时匹配完全对中已安装梁段，再安装临时匹配螺栓及长螺杆。最后解

除梁段与缆索吊旋转吊具之间的连接，即完成泊船侧单片标准梁段的安装。

图5.2・9吊索安装及梁段对接施工

3、非泊船位侧标准梁段安装

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非泊船位侧梁段需从已安装好的梁段顶面纵移至设“位置而进行安装。因此，安装

该侧梁段时，待梁段垂直吊离运梁船上方一定高度后，停止起吊，用缆索吊旋转吊具将

钢箱梁旋转90。垂直于其安装位置，然后再垂直提升和纵向牵引，直至该梁段底面完全

高于已安装梁段顶面时，停止缆索吊起重系统，继续牵引以实现“梁上运梁当该梁段

完全超越已安装好的梁段后，停止牵引，然后启动起重系统，将钢箱梁整体下降至设计

安装高度，通过旋转吊具再次旋转钢箱梁，使其平行于设计安装位置。然后进行吊索与

钢箱梁锚拉板的连接及梁段对接，方法同上。

图5.2・10“梁上运梁”及旋转示意图

4、端梁段存梁

端梁段起吊及牵引方法与中间梁段相同。端梁段在正式安装之前，需先将其临时存

放在下横梁端梁托架上。由于端梁安装处为缆索吊行走盲区，缆索吊在负荷时，行走至

极限位置仍不能将端梁放置至托架上。因此需使用“荡移法”进行端梁的存放。在边跨侧

主缆上设置反拉点，与塔顶门架顶10吨卷扬机组成反拉系统，当端梁垂直起吊至安装

高度，并行走至极限位置后，将反拉系统与缆索吊吊具相连，启动塔顶门架卷扬机，将

端梁向边跨侧荡移，当偏移到预定位置（比设计位置向边跨侧偏50cm）时，启动缆索

吊系统，将端梁下放存于托架之上。

5、合龙段（27#梁段）安装

因合龙段提前存放于其安装位置投影的正下方，所以合龙段的安装无需纵向牵引,

只垂直提升即可。当合龙段快接近合龙口时，检查其是否能顺利“穿越”合龙口，继续

提升时有无与已安装好的梁段碰撞的可能，若有，启动缆索吊的牵引系统进行纵向微调,

确保其在继续提升的过程中不与其他构件冲突。确认无误后，继续提升合龙段直至其顶

面超过已安装好的26#梁段，进行永久吊索的连接和临时匹配的安装。

6、端梁安装就位

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端梁段的体系转换需根据监控指令进行。其与合龙段的对接操作如下：先利用移位

器将端梁向中跨侧滑移，当其快接近合龙段时，利用塔柱做反力点，用32吨螺旋千斤

顶在钢箱梁横向抗风支座加劲隔板处对其进行平面位置的横向微调，再在托架和下横梁

上设置I(X)吨千斤顶进行纵向坡度的调整，使其能与合龙段顺利对接。

5.2.6钢箱梁工地连接

钢箱梁工地连接主要包括钢箱梁顶口、底口和风嘴处临时匹配连接、环缝焊接和梁

段间高强螺栓施工。环焊缝施工前需进行线性调整，梁段间缝宽的控制，对焊接完成后

梁段的整体长度进行实时监控。以监控单位给出的吊杆间距为依据，结合吊杆间的实测

间距对待进行焊接的环缝宽度作调整和修正。环缝焊接及高强螺栓施工应符合设计、相

关规范及工艺评定规程的要求。

5.2.7钢箱梁桥位涂装

钢箱梁涂装主要包括外表面和箱梁内两大部位涂装。正式涂装前需先在试板上试涂，

其各项指标检查合格后，再进行正式涂装，正式涂装前需对旧涂层表面进行清理并做拉

毛处理，并对焊缝进行打磨，最后再进行各涂装层的涂装施工。大面积涂装采用高压无

气喷涂，预涂及局部修补可采用刷涂和辐涂。每道涂层的间隔时间应符合油漆供应商提

供的技术要求，其中底漆、中间漆最长暴露时间不超过7天，两道面漆涂装时间间隔若

超过7天需用细砂纸对前一面层漆进行细微拉毛处理。涂装需注意，面漆留一道在工地

进行涂装，其余均在工厂内完成，且每道涂层漆必须报检合格后方可进行下一涂层的施

工。

6、材料与设备

表6,钢箱梁安装主要施工机械及设备配置表

序号设备名称规格型号单位数量主要用途

1大型平板驳船艘1钢箱梁整船运输

2缆索吊机套1钢箱梁吊装

3旋转吊具系统套1钢箱梁平面旋转

4汽车吊70t台1散件卸船、转运

5履带吊55t台1散件卸船、转运

6平板车辆2散件转运

7叉车7t辆1散件转运

8水准仪C32II套1高程控制

9全站仪LeicaTC120l+套2移船定位、线形调整

10临时吊索系统套8拟中请实用新型专利

10

11焊接专用设备套1环缝焊接

12高栓专用设备套1高强螺栓施工

13涂装专用设备代1钢箱梁涂装

14临时索夹/吊索自制套12中间梁段临时连接

15卷扬机10t台4端梁反拉

7、质量控制

7.1钢箱梁段制作质量标准:

表7・1钢箱梁段制作质量控制标准

允许

序号检查项目检测方法

偏差

1梁长（mm）±2钢尺：检查中心线及两侧

2梁段桥面板四角高差（mm）4水准仪：检测4角

L/2000

3风嘴直线度偏差（mm）拉线、尺量：检查各风嘴边缘

或W6

宽度（mm）±4

端口中心高（mm）12

4钢尺：检查两端

尺寸边高（mm）±3

横断面对角线差（mm）<4

吊点中心距桥中心线

±1钢尺：检查吊点断面

距离偏差（mm）

同一梁段两侧吊点

±5水准仪：逐对检查

吊点相对高差（mm）

5

位置相邻梁段吊点

±2钢尺：逐个量测

中心距偏差（mm）

同一梁段两侧吊点中心连接线

±2经纬仪：每段检查

与桥轴线垂直度误差（口）

纵桥向中心线偏差（mm）1钢尺：每段检查

梁段

6匹配顶、底、腹板对接间隙（mm）+3,-1钢尺：检查各对接断面

性

顶、底、腹板对接错边（mm）2钢尺、水平仪：检查各对接断面

焊缝尺寸量规：检查全部

符合设超声：检杳全部

7焊缝

探伤计要求射线：按设计规定，设计未规定

时按10%抽查

7.2钢箱梁安装质量标准：

表7・2钢箱梁安装质量控制标准

序号检查项目允许偏差检测方法

1吊点偏位（mm）20全站仪：检查每吊点

11

同一梁段两侧对称

220水准仪：检测每吊点处

吊点处梁顶高差（mm）

3相邻节段匹配高差（mm）2尺量：每段

焊缝尺寸量规：检查全部

超声：检查全部

符合设计要求

4连接焊缝探伤射线：按设计规定，设计未规定时

按10%抽查

高强螺栓扭矩10%力矩扳手检查5%,且不少于2个

8、安全措施

完善安全组织管理.，有效落实施工人员的安全技术管理。

制订有效的施工安全管理方案，按照施工方案要求布设施工现场安全防护设置，落

实安全措施后方可开工。

施工临时用电应符合国家现行标准《施工现场临时用电安全技术规程》（JGJ46）的

规定。

施工机械的使用应符合国家现行标准《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33）的规

定。

在实施钢箱梁的吊装前，项目部应会同有关航道部门制订周密的通航计划。

在运梁船的前后方均设立警示标志，派出人员、船只加强巡逻。

加强操作人员的培训，使其完全熟悉钢箱梁吊装的各个工序，必要时在钢箱梁吊装

前组织相关人员进行吊装作业桌面演练。

在吊装过程中，使用计算机动态显示整个钢箱梁吊装过程及每个吊点的受力情况,

保证钢箱梁吊装平稳。

作业应在白天进行，当遇到6级以上大风、浓雾、雨雪等突变的恶劣天气时，应停

止作业。

要密切注意上下游缆索吊机的同步性和稳定性，出现异常应立即停止吊装作业。

监视钢箱梁吊装指挥人员与吊装施工人员的配合协调性，发现指令错误、不听指令

或指令不明时，应立即向现场总指挥提出监察意见并处理解决。

在作业过程中，当遇到天气剧变、机械故障等意外情况，短时间内不能继续作业时，

必须将正在或已经吊装的钢箱梁安放到稳定状态并固定牢靠，经检查确认无隐患后，方

可停止作业。

卷扬机等机械设备应制定相应的安全管理操作规程。