钢箱梁制造和运输

12.2　钢箱梁制造和运输

泰州大桥钢箱梁制造和运输分成两个标段来完成，即E05－A标和E05－B标，施工内容基本相同。本节以E05－A标段为例进行阐述。

12.2.1　钢箱梁的制造

1.制造方案

为控制箱体结构焊接变形，保证产品整体质量，加快制造进度，钢箱梁制造采用零件→板单元→两拼板单元→梁段→预拼装→桥位焊接方式生产，即在钢结构车间生产零件及板单元，在总拼场拼接两拼板单元、组焊梁段、多段连续匹配预拼装，最后进行桥位吊装、环缝焊接、涂装最后一道面漆。

先将钢板进行预处理，按箱梁板单元的划分情况进行零件的下料、矫正、加工，再进行部件的组焊，完成顶板单元、底板单元、斜底板单元、横隔板单元、锚箱风嘴单元、附属设施件等单元件的制作，运至总拼场参与整体组装。

在总拼场地，首先将两块板单元拼接成一个两拼板单元。梁段整体组装采用立体、阶梯方式生产，在总拼胎架上采取“正装法”依次焊接钢箱梁段。组装时以总拼胎架为外胎，横隔板为内胎，组焊后以修正后的纵、横基线为基准画线配切接口顶板，进行平位分段匹配预拼装，即调整线型、接口匹配、嵌补段量配、定位匹配件和附属件组焊。预拼结束后，保留一个节段参加下次预拼装，其余梁段运至涂装厂房进行除锈、涂装。该合同段共进行9次总拼。

2.板单元件制作工艺

依据泰州大桥板单元划分的实际情况，E05－A合同段钢箱梁共有顶板单元864块，重量约6800t；底板、斜底板单元798块，重量约4600t；锚箱风嘴单元144块，重量约2870t；横隔板单元1074块，重量约2920t；其他零部件重量约500t，板块单元统计见表12－2。

表12－2　E05－A合同段钢箱梁板单元统计表

（1）钢板预处理

钢板进厂复验合格后，方可投入生产。下料前先对钢板的材质、炉批号进行移植（钢印），再经滚板机矫平后对钢板进行预处理，进行抛丸除锈、喷涂车间底漆、烘干，除锈等级为GB　8923—88标准规定的Sa2.5级，喷涂无机硅酸锌车间底漆一道（厚度20～25μm）。

（2）零件的下料加工

板件下料前，先将钢板滚平并经预处理后，再根据零件的具体形状和大小确定下料方法。对较长矩形板件采用多嘴头门式切割机精切下料，对如隔板等形状复杂的板件采用数控切割机精切下料，对较规则的薄板次要零件采用剪切下料，型钢采用剪切机或焰切下料，钢板对接坡口采用火焰精密切割、刨边机或铣边机加工，钢板的不等厚对接过渡斜坡采用斜面铣床加工或采用刨边机加工。

（3）U形肋的加工

泰州大桥有4种断面尺寸的U形肋（顶板2种，底板2种）。顶板U形肋全桥延长米约64500m，板厚为8mm的U肋重约1000t；板厚为6mm的U肋重约1300t。底板U肋全桥延长米约45000m，板厚为8mm的U肋，重约100t；板厚为6mm的U肋，重约1300t。

（4）板单元的制作

顶板、底板、斜底板单元由钢板、U形肋（或板条肋）组成（仅顶板含隔板连接板），宽度2～3.4m，长度与钢箱梁长度一致，在9.6～16.6m之间，是组成钢箱梁的基本构件，本合同段共有板单元1662块，重量约11800t。

（5）横隔板单元的制作

钢箱梁采用整体式横隔板，由上、下板组成，与顶板连接设计为对接式接板，与底板连接设计为插入式，对其制造精度要求较高。另外，横隔板单元作为钢箱梁组装的内胎，它的精度直接影响钢箱梁的断面尺寸。由于钢箱梁断面尺寸较大，受钢板的轧制长度和运输的限制，每个横隔板按三块制作，对接缝位置设置在距离桥轴中心线3m以外。横隔板单元由钢板、水平加劲板、竖向加劲板、人孔及管线孔和加强圈组成。本合同段钢箱梁横隔板单元共1074块，重量约2920t。

（6）锚箱风嘴单元的制作

锚箱风嘴单元由边顶板单元、斜顶板单元、斜底板单元、风嘴隔板单元、直腹板单元和吊索锚箱组成。本合同段共有144个锚箱风嘴单元，重约2870t。吊索锚箱构造采用耳板形式，吊索与耳板销接，耳板插入箱体与其相垂直的三块承力板采用熔透焊接，通过承力板与直腹板焊接成整体。锚箱耳板位置、承力板的焊缝质量及直腹板的焊接质量是控制关键。

（7）合龙段板单元的制作

本合同段有3个合龙段（分别为N63、N4、S4，其中S4梁段制造完成后交E05－B合同段），设在桥塔附近，合龙段与标准梁段制作的主要区别是它的长度需根据架设情况而定，所以在板块制作时两端需留有足够的现场配切量（拟定为300mm）。

3.钢箱梁总拼

车间生产的零部件、板块单元等在钢箱梁总拼场进行板块单元的对接、钢箱梁整体组焊、预拼装、涂装，按序在存梁场地存放并通过船运运至桥位监理工程师指定的吊装位置。

（1）胎架设计

①板单元拼焊胎架设计

为控制板单元的组装精度，设计两拼板单元拼接胎架7组。胎架采用型钢制作，由框架形式构成。为方便工人操作，顶板胎架高定为1.7m，底板胎架高为1.35m。胎架设计有较好的刚性，胎架上对接纵缝处预留加陶质衬垫的缺口，通过纵横基线定位板块，胎架周边设置控制变形用的卡槽，以控制板单元焊接时的变形。

②锚箱风嘴单元组装胎架设计

为了确保锚箱风嘴单元焊缝的焊接质量及外形尺寸，减少总拼时的焊接工作量及焊接收缩，设计制作2组组装胎架，采用型钢制作，以框架形式构成，胎架设计有较好的刚性，通过纵横基线定位板块，根据需要可设置测量置镜点，用于控制各零部件的组装精度。组装完后可通过翻转，避免仰位焊接。

③钢箱梁总拼胎架设计

为保证钢箱梁的外轮廓尺寸及部件位置的准确，针对桥结构特征设计钢架式梁段总拼胎架一组。胎架总长130m，宽42m，胎架高为1.3m，可一次总拼8～9个标准梁段。以底板、斜底板外形为基准面确定胎架形状，并预留一定的反变形工艺量，利用型钢制作支承钢架与基础预埋件焊接，支承钢架分横向钢架和纵向连杆，每3.2m设一横向钢架，用纵向连杆将横向钢架连接起来形成框架结构，使其具有足够的刚度，不会随使用时间的延续而发生变形。

（2）两拼板单元拼接

在两拼板单元拼接胎架上将两板单元拼接成两拼板单元，焊接时周边与胎架采用无马方式卡固。对焊缝两侧50mm宽范围除锈，采用背面加陶质衬垫的单面焊双面成型工艺焊接，CO₂气体保护半自动焊进行底层焊缝的焊接，共焊接2道，然后采用埋弧自动焊焊接其余焊缝，在焊缝检验合格后组焊焊缝处的隔板连接板，采用火焰修整。

（3）梁段整体组焊

①标准梁段钢箱梁整体组焊

结合桥的特点，梁段整体组装采用立体、阶梯推进方式生产，在总拼胎架上采取“正装法”依次组焊8～9段钢箱梁，即以预拼装胎架为外胎，横隔板及直腹板为内胎，依次将各梁段的底板单元、斜底板单元、横隔板单元、锚箱风嘴单元、顶板单元及其他零部件在胎架上组焊成箱体梁段整体。

②非标准梁段钢箱梁（D、E、F梁段）整体组焊

根据非标准梁段钢箱梁（D、E、F梁段）的结构特点，该类型梁段钢箱梁取消锚箱风嘴单元构造，此部位顶板单元、斜顶板单元、风嘴隔板单元、斜底板单元及腹板单元以单件形式直接参与钢箱梁整体组焊，其余构件组装工艺与标准梁段类似，同时组焊E梁段抗风支座支撑、E梁段竖向限位及F梁段抗风支座箱内构件。

E梁段位于中塔的中心位置，在E梁段上设置有抗风支座，支座反力较大，相应地在梁内设置了强大的加强构造。在箱梁预拼装完成后，通过测量塔及梁段横基线画出抗风支座位置线，在箱梁出胎后，将事先做好的抗风支座按线安装到位。

③合龙段的组装工艺

合龙段的组装工艺与标准段基本相同，只是在箱段组焊完成后，一端留有配切量暂不切割，并将该端箱口拐点处的焊缝不焊段留量加大。由于该箱口不能参与预拼装，所以必须用三维激光跟踪仪（API）控制该箱口的几何尺寸，使之与相连接的另一梁段的箱口匹配，在配切后还需进行检测、调整，确保合龙时接口的顺利连接。

12.2.2　梁段存放与运输

1.梁段现场运输

梁段在总拼场的运输分如下几个步骤进行：梁段出胎转临时存梁区；梁段进入打砂房；梁段转涂装房；梁段出涂装房转存梁区；梁段运至码头。

（1）运输设备

总拼场内钢箱梁运输采用德国Goldofer（哥德浩夫）公司生产的大型液压平车一组（2台）和郑州大方生产的液压平车一组（2台），单车载重分别为260t和300t。

（2）运输准备

检查整组液压平车的润滑油、发动机油及各运转机械是否处于正常工作状态，每辆平车上配备4道200mm×200mm×3　000mm的垫木，每块垫木顶面上配备一块5mm×200mm×3　000mm的橡胶垫。涂装厂房及存梁区均配备足够数量的钢支墩，每节标准钢箱梁设4点支承，其位置在落梁时做出标识，钢支墩尺寸为1000mm×1000mm×1200mm，可承受80t的压力，钢支墩下垫以300mm×1700mm×1700mm的混凝土垫块。钢墩上布置200mm×200mm×1000mm的木垫、木锲及橡胶垫。具体形式见图12－5。

图12－5　钢箱梁支撑构造示意图

（3）梁段出胎转临时堆场

梁段在预拼装胎架上预拼装结束后，将胎架上的活动横梁拆除，液压平车进入到待运梁段下方位置，调整好位置，使车上的木方处于梁段纵横隔板交错处附近的横隔板位置的下方，车向上顶升，将梁段托起，液压平车载着梁段退出胎架，将其送至临时堆场，放置于事先设置好的钢支墩上（每节标准梁段设4个支点）。放置前要查看钢支墩是否处于梁段纵横隔板交错位置，当确认后，用木锲将梁段调平，使各受力点受力均匀。

（4）梁段进入除锈厂房

液压平车进入到存梁区待除锈梁段下方，调整好位置，确认车上的木方处于梁段的纵横隔板交错处附近的横隔板位置下方后，车向上顶升，将梁段托起，液压平车载着梁段运送至除锈厂房，置于事先设置好的钢墩上。除锈厂房钢支墩的设置与堆场的钢支墩设置要求相同。

（5）梁段转涂装房

梁段除锈后，液压平车将梁段从除锈厂房运至涂装厂房内进行涂装。

（6）梁段出涂装房转存梁区

梁段涂装完成后，用泡沫塑料块和封箱胶带将U肋端口封闭，然后用2辆平车将梁段运至存梁区。运输涂装完工的梁段时，车上木方的上面必须置放橡胶板来保护油漆。梁段存放场地的钢墩上也必须垫放木垫保护油漆。

（7）梁段运至码头

根据监理工程师的指令，将合格的成品梁用运梁平车运至码头，用大型浮吊吊装到专用运输船上固定，运至指定吊装地点。

2.梁段水上运输

根据钢箱梁运输、吊装施工节点，将整个工艺流程分为钢箱梁装船、船舶运输、船舶抛锚定位3个部分。

（1）钢箱梁装船

钢箱梁在厂内拼装完成后，用大型浮吊吊装到专用运输船上固定。码头潮高要达到一定高度时才能满足钢箱梁的装船要求，若涨潮时间和潮高达不到装船要求，将会影响钢箱梁的平稳上船。梁段上船后，若遇大风浪等极端天气，没有绑扎的大节段在船上倾倒风险极大。

（2）钢箱梁船舶运输

根据钢箱梁航运路线的实际情况，选用了专业的船舶运输公司，并制定了切实可行的运输装载方案。

但由于运梁船队在沿海航行时，遇到涌浪会使船舶发生剧烈偏荡，可能导致断缆事故。若钢箱梁绑扎达不到运输安全要求，或遇上恶劣天气使船舶摇摆剧烈，会导致梁移位倾倒的风险。运梁船队在航行途中遇到复杂的水域环境、驳船与拖轮是否能保持同步航速、恶劣气候等，都会增加船队的安全风险。

（3）船舶抛锚定位

起重船和运梁船的抛锚定位均采用“先抛后起，后抛先起”的方式进行。在运梁船队未到达吊装施工区域前，起重船需在桥位上游抛锚定位完毕，钢箱梁在吊装时运梁船与水流方向成90°，运梁船采用横向抛锚定位。

在抛锚定位时，若起重船与垫档船连接不牢固使两者分离，会发生碰撞的危险。运梁船船体入档作业时与起重船锚缆接触，或者船体入档时晃动较大，可能会造成梁段坠江、运梁船体变形受损、人员落水等风险。船舶之间、船舶与桥墩之间也存在发生碰撞的危险，还可能有绞缆、断缆、走锚等风险。

在海驳运输途中，由于水的行波效应使得梁体始终处于摇摆不定的状态。梁体的摇摆造成约束梁体的拉杆也将发生内力变化。尽管梁体两侧斜腹板上的应力集中问题并不突出，但拉杆受力明显超出其容许值，拉杆将进入塑性变形。随着梁体的不断摇摆，拉杆在交变应力作用下很可能断裂，梁体失控而脱离船体；同时，即便拉杆不断裂，因拉杆的伸长使其对梁体的约束减弱，粱体将发生松动、错位，梁体碰撞将不可避免。

因此，为保证任务的顺利完成，必须采用更为有效的固定措施。

①设法增加支撑块的数量，支撑块上下面铺垫橡胶块，或采用枕木代替，以增大各层梁体间支撑面的摩阻力。

②提高拉杆的极限承载能力，采用20t吨位拉杆代替15t吨位拉杆，并且增加拉杆数量，拉杆位置须作相应调整。

③采用海驳运输，在结构上须解决诸多力学问题，如拉杆的强度问题、拉杆与梁体间连接部位应力集中问题、梁体自身稳定性及变形问题等，而如何防止海水侵蚀梁体也有待克服，如采用仓体运输，可以避免这些问题。

总之，钢箱梁的运输不仅关系到梁体结构自身的安全，还将直接影响泰州大桥的如期建成。

3.梁段运输安全技术

（1）现场运输的安全技术

①保证场地的平整并具有坚实的基础，存梁期间不会发生不均匀沉降，并达到、满足车辆运输的基本要求。场地上设置混凝土支墩，且具备通风、排水等条件，保证钢构件单元块体在存储期间的质量和安全，防止倾倒。

②在工厂制造验收合格的成品，在厂内采用汽车装载钢结构构件并运输至存梁场地。运输时要捆扎牢固，在块体构件边缘加垫木块，严防损伤钢构件段边缘。

③构件的存放应保证构件不变形、不损坏、不散失，包装和存放应符合相关规定。

④构件存放场地应宽敞、坚实、平整，有排水设施。

⑤对于较大的构件采用裸装；细而长的构件采用框架捆装，构件之间应加垫；其他小件应按发送构件表规定装箱发送（装箱时板件之间应加垫，与箱内壁间应塞实，避免运输过程中颠簸而磨损），发送中保持通风干燥。分类装箱，每件质量不应超过50kg。质量超过5t的构件应标出重心位置和质量。对包装有特殊要求时，应按技术文件进行。

⑥在构件公路运输过程中，为保证构件运输途中的安全，用钢丝绳将构件与汽车车体牢固地系结在一起，钢丝绳与构件接触处加入木垫块以防损伤构件边缘。对于装箱的小型成品件在装车时应保证箱子所放位置干燥、通风。同时，应保证装车的所有构件不能与对构件可能造成损坏的固体、液体或其他腐蚀性液体接触，必要时采用篷布进行遮挡。

⑦装船前悬挂慢车信号，保持高频值守，提醒过往船舶提前减速，防止船舶偏荡。

⑧装载前检查系缆、船舶吃水及与码头结合点安全度，装载过程中要确保船舶贴紧码头及保持相对船舶平浮。

⑨装船前绑扎加固件全部清点，按图纸技术要求进行施工验收，特别是梁段与支架固定焊接部分要做好记录。

⑩在装船过程中，汽修班、叉车、气压泵等工具准备到位，在平车运输区域随时待命。

四点支撑支架选材规格、材质、外观质量符合要求，质保证书齐全，整体装配、焊接质量、安装精度验收合格。

绑扎件全部运至船上，驳船移至码头顺水流方向进行绑扎，控制整个滚装作业时间。装载完毕后要认真检查货物绑扎情况。

加强与海事部门的联系，申请海事特别维护，确保装载过程中的安全。

（2）水上运输的安全控制技术

①船舶装载航行

a.装船、运输、吊装过程中采取保护钢箱梁节段和涂面的有效措施，钢箱梁与舱面的接触处应垫置方木和橡皮。

b.为防止运输过程中受波浪颠簸和摇摆引起的位移而影响稳定性，装船后由专业人员采用符合规范要求的方式进行绑扎固定，航行中作业人员要经常检查钢箱梁节段的绑扎情况。

c.航行路线的选择，严格执行《长江江苏段船舶定线制规定》的有关条款，在规定的通航分道或航路内行驶。

d.随时与海事及航道部门联系，及时掌握航道的变异，增设气象部门一周天气趋势的业务预报和特异天气即时通报业务，以确保航行安全。

e.为确保航行中的安全，任何时候均以安全航速行驶，并申请VTS的全程监护。

f.钢箱梁节段运输船舶在桥址处的抛锚定位方式应根据现场监理指定的江面吊点位置确定，在确保安全的前提下满足钢箱梁吊装的要求。

g.运输前，对运梁船队的航行路线进行调查，在航行路线图上注明可能经过的急流、险滩和临时停泊港口等，并制定紧急情况下的应急预案。

h.将制定的运输方案报海事备案，在起运前提前发布航警，加强与海事交管部门的联系，定时向交管部门报告船舶动态，经复杂航段时申请海巡艇维护。

i.选择良好的气象开航，航行中加强与过往船舶联系，航经复杂航段提前用高频告知船舶动态，提醒过往船舶加强联系，谨慎会让。

j.为确保在运输途中和装卸过程中运梁船舶队的安全，需对运输过程中最不利情况下的横向稳定性进行验算。

②防风措施

钢箱梁运输船舶在航行及相关作业中应严格执行《长江下游船舶防风防台规定》和《江苏海事局水上防风管理规定》等相关规定，及时收听气象等安全信息，在大风天气到来之前或航行中实际风力超过本船舶的抗风能力时，应及早选择适合锚地及停泊区，不得冒险航行。

③防雾措施

a.航行中开启雷达、测深仪等助航设备。

b.充分掌握雾情信息，白日视距必须在1　500m以上方可开航。

c.全锚位锚泊不得冒险航行，杜绝在浓雾已形成时才考虑选择锚位。

d.雾中锚泊应严格按规定发出声响信号，适时的周期性的发布锚泊锚位信息，正确使用雷达、测深仪、电子海图等设备，正确判断船位，防止走锚，视距不能满足航行要求时不启航。

④防搁浅措施

a.航行中开启测深仪、雷达、电子海图等助航设备，正确判定船位。

b.按规定的航线行驶。

c.在规定的锚地或者停泊区锚泊，不得超出锚地或停泊区范围。

d.始终保持船舶处于受控状态，注意抑制风流压的影响，防止偏离航道。

e.杜绝在能见度不能满足航行要求的情况下冒险航行。

f.防止看错航标，正确判断航标漂流移位。

g.一旦发生搁浅情况，根据当时当地的实际情况采取适合的脱浅措施。

⑤防止走锚措施

a.锚泊时应谨慎选择锚位，必要时抛双锚并松足锚链，于转流前绞起一只锚，转流后再抛下该锚。

b.锚泊值守中按章显示信号，加强值班。

c.开启雷达、测深仪、电子海图等设备，协助判定船位，注意观察风流变化引起的船舶偏移情况。

⑥船舶抛锚定位安全控制

a.根据船舶抛锚定位要求，对抛锚作业人员进行技术交底和培训，对现场作业过程严密监控，锚位严格按照施工方案中制定的锚位坐标执行，作业时采用GPS抛锚定位。

b.在锚位设置安全警示标志，提醒过往船舶注意避让。

c.起重船和运梁船抛锚定位必须严格按操作规程进行作业。

d.加强对船上各类设备的维修保养，尤其是对缆车、电动锚绞车等装置的保养，避免锚缆磨损、断丝或起毛超标，禁止电动锚绞车带病作业。