世界最大球型支座安装

世界最大球型支座精度安装创新

中交二航局重庆朝天门大桥项目部

世界最大球型支座精度安装创新

重庆朝天门长江大桥14500T球型支座安装QC小组

一、工程概况

重庆朝天门长江大桥工程位于重庆市主城区内，朝天门下游约1.71Km处，横跨长江，西连江北青草坝，东接南岸弹子石。全长4.158Km。全桥由江北立交、长江大桥、弹子石立交、黄桷湾立交及连接道路组成。

朝天门大桥主桥上部结构设计为：190m＋552m＋190m的三跨连续中承式钢桁系杆拱桥，双层桥面，上层布置双向六车道和两侧人行道，桥面总宽36m，下层中间布置双线城市轨道交通，两侧各预留一个7m宽的汽车车行道。

重庆朝天门大桥主桥为世界最大跨径拱桥，全桥用钢量达4.6万吨。全桥钢结构重量及成桥后的活荷载主要由4个14500t球型支座承受。北岸P7主墩采用2个14500t固定球型支座，南岸P8主墩采用2个14500t活动球型支座。14500t球型支座也是世界最大球型支座。

朝天

门大桥效果图

主桥布置图

二、QC小组简介

由于本工程是目前世界最大跨径钢桁拱桥，技术难度大。14500t球型支座安装是本工程的重点，也是本工程难点之一。国内还没有这样大吨位精度

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支座的安装施工经验，所以没有借鉴的安装施工经验。必须急需研究、制定适宜的高精度安装施工方案并组织实施。为确保14500t球型支座安装质量，在球型支座安装前6个月（2006年11月1日），项目部组织成立了重庆朝天门长江大桥14500T球型支座安装QC小组。其小组成员基本情况见表1。

特邀中交二航局总工程师张鸿（教授级高工）及公司总工姚平担任本QC小组技术顾问。

表1 QC小组成员一览表

重庆朝天门长江大桥14500T 小组名称 球型支座安装QC小组 活动时间 活动频率 序姓名 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 汪存书 李鹰 彭 强 张 帆 罗锦刚 王天广 刘小勇 陈柏町 别 龄 程度 男 35 大学 男 34 大学 男 31 大学 男 31 大学 男 31 大学 项目总工 项目经理 项目副经理 项目副经理 工程 高级工程师 高级工程师 工程师 工程师 工程师 工程师 技术指导 总指挥 南岸总指挥 北岸总指挥 组长（统筹组织） 组员（对策实施） 性2006.11.1~2007.7.30 平均两周一次 年文化职务 职称 内部分工 （h） 45 45 50 52 60 60 60 70 60 60 70 70 70 注册日期 2006.11.3. 课题活动次数 注册编号 18 QC教育06-33 成立时间 2006.11 课题类型 创新型 男 29 大学 南岸技术主管 男 26 大学 男 25 大专 技术主管 技术员 资料员 技术员 测量组组长 质检部 北岸工长 助理工程师 付组长（对策实施） 助理工程师 助理工程师 助理工程师 测量工程师 质检工程师 起重高技 组员（对策实施） 组员（对策实施） 组员（对策实施） 组员（对策实施） 组员（质量监督） 组员（对策实施） 孙 莉 女 30 大学 程多云 熊承荣 左 亮 杨超林 男 25 大学 男 30 大学 男 30 大学 男 41 中专 制表：罗锦刚 日期：2007年1月20日

三、选择课题 3.1问题的提出

重庆朝天门长江大桥球型支座安装精度要求高，高程准确度高，并且要

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求四个支座表面高程一致。支座大，4m×4m支座下垫板，要求下垫板平整度控制在1‰，从相关资料中目前国际、国内没有这方面相关安装施工经验，所以没有施工经验可以借鉴。

如果采用传统的支座安装方法会存在以下问题：

1、支座面积大(4m×4m)，支座下表面混凝土平整度难以控制；

球型支座

2、垫石高程控制困难，要求4个支座高程控制在±2mm；

3、如果先将支座地脚螺栓固定，再安装支座，最后支座与钢梁螺栓将不能连接会出现错孔现象；

4、安装地脚螺栓的精度通常不高，不能达到施工精度要求。

5、支座下垫板要求我部施工安装，由于垫板4m×4m面积大，并且垫板底面需焊接预埋钢筋和工字钢。钢板焊接产生温度应力，使得钢板变形大，故钢板表面平整度不能满足施工要求。 3.2课题确定

由此可见，传统支座安装无法满足要求，所以项目部需创建新型的支座安装方法来代替传统的支座安装，保证14500t球形支座安装精度，确保钢垫板表面精确平整度。

本次QC小组活动课题为：世界最大球型支座精度安装创新。 四、设定课题目标 4.1目标

重庆朝天门长江大桥工程14500t球型支座精确安装，支座与预埋钢板接

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触密实。 4.2目标值

1、支座下预埋钢板表面平整度控制±1mm。

2、支座下预埋钢板安装高程偏差控制在±2mm，平面位置偏差控制±5mm。 3、支座平面位置偏差控制±4mm。

4、支座安装将于2007年7月安装完成，以确保主桥上部结构顺利安装。 4.3目标可行性论证 1、有利条件

1）本工程得到中交二航局总工程师张鸿及公司总工姚平的技术指导，并担任本小组的技术顾问；本小组技术力量强，本工程技术人员均是公司的技术骨干，均有丰富的施工经验，本工程总工程师汪存书是公司副总工程师，经验丰富，思维活跃、勇于创新；

2）整个项目部对14500t球型支座安装的重要性的认识深刻，得到全项目人员的支持，全项目人员对支座安装的重要性都非常清楚；

3）得到中交二航局第二工程公司、新津筑路机械厂的积极参与策划。 2、不利条件

1）安装精度要求高；

2）钢梁与支座最先不能准确就位，受力后钢梁与支座相对位置要进行调整。 综合以上情况，经过客观分析，本小组一致认为：目标完全可以实现。 五、提出方案，确定最佳方案 5.1方案提出

2006年11月1日到10日由ＱＣ小组组长罗锦刚组织小组全体成员及局总工张洪和公司总工姚平围绕课题，小组成员通过“头脑风暴法”集思广益对14500t支座安装方案进行讨论。支座安装方案进行归纳共提出三种方案： 1、在垫石上预留孔，在14节间安装前，将支座安装到位，支座先工作但不固定，支座通过限位装置水平位移，18节间移梁后固定球型支座。 2、在垫石上预留孔，在14节间安装前，将支座安装到位，将支座固定。 3、在垫石施工时，混凝土浇筑前，将支座螺栓固定，安装支座。 5.2方案的分析、评估和选定

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表2 方案的分析、评估和选定表 序号 安装方法 分析优（缺）点 （1） 施工精度易保证; 预留孔，支座先受1 力，移梁后灌浆固定支座 （2） 支座下预埋钢板，钢板上开孔，砼密实度可以保证; （3） 钢梁移动时与支座对位容易; （4） 质量安全可靠,工期可在6个月内完成,经费支出在440左右万元. （1） 传统支座施工方法; 2 预留孔，支座受力前灌浆固定支座 （2） 钢梁移动时，钢梁与支座对位困难; （3） 质量安全难以控制,工期在10个月内完成,经费开支在520万左右. （1） 支座安装简单; （2） 支座大，支座下砼难振捣; 垫石施工时砼浇筑前安装固定支座 （3） 安装精度难控制; （4） 垫石浇筑时，容易损伤支座; （5） 钢梁移动时，钢梁与支座对位困难; （6） 质量安全控制难度大、工期最少11个月内完成,经费在550万元左右. 制表：罗锦刚 复核：刘小勇 日期：2006年11月19日

不采用 不采用 可采用 方案选择 3 第1种施工方案施工精度容易保证，在支座下垫板上开振道孔，排气孔，垫板下砼密室度能够保证，支座在未固定时承受荷载，咨询了新津筑路机械厂设计者周亮，在移梁前也就是支座未固定时完全可以承受4000t荷载，质量安全可靠，工期，经费优于第1、第2种方案，所以这种方案可以实现。

第2种施工方案采取传统施工方法，先将支座固定，用钢梁螺栓孔与支座螺栓孔进行对位，可能由于加工本身存在误差，在移梁来与支座对位相当困难，施工难度大。质量安全控制难度大，工期长，造价高。

第3种施工方案由于支座面积大安装支座后，支座下混凝土无法振捣密实，不能保证砼密实度；并且混凝土施工时，容易损坏支座；也会出现支座与钢梁对位困难。质量安全控制难度极大，工期长，造价高。

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5.3确定最佳方案

通过对比分析，第1种方案（预留孔，支座先受力，18#节间移梁后灌浆固定支座）评为最佳施工方案。 六、问题假想预测 6.1第1种方案流程

垫石施工准备 垫石钢筋施工

垫石模板施工

垫石砼浇筑前检查

垫石砼浇筑

垫石下砼密实度检查

清理垫板表面砼

14500t球型支座安装

支座模板加工 支座模板平台搭设 支座垫板安装 钻孔压胶 不密实 密实

移动钢梁与支座准确对位

14500t球型支座压浆固定 6.2问题假想原因预测

我们组织小组成员阅读公司技术档案室有关资料、相关规范、书籍、杂

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志、网上查阅，对大支座安装容易发生的质量事故进行了收集，通过对支座安装事故进行筛选，以防支撑体系出现类似问题，假象问题主要原因归纳如下:

1. 支座下预埋钢板平整度达不到要求。 2. 预埋钢板的安装精度达不到规范要求。 3. 大支座安装精度达不到规范要求。

4. 支座下预埋钢板下混凝土出现气泡，不密实。 七、确定对策

通过上述问题假想预测归纳了几种原因，结合大支座安装流程图，分析实施对策如附表3所示。

表3 对 策 表 序号 要求 对策 目标 措施 预埋钢板上的相关焊接在加工厂进行 对钢板表面进行机加工处理，并且要求先进行相关焊接再进行机加工 搭设预埋钢板安装平台，确保平台平整。 测量反复进行调整，争取在浇筑非亚浇筑前高程和平面位置小于目标值 在钢板上开振捣孔和排气孔 地点 非亚机加工厂 非亚机加工厂 施工 现场 负责人 陈柏町 程多云 罗锦刚 陈柏町 程多云 罗锦刚 陈柏町 程多云 熊承荣 时间 1 确定预埋钢板加工方案，确保钢板平整度 控制预埋钢板安装精度，确保预埋钢板平面位置和高程准确 保证预埋钢板下砼密实 分析影响预埋钢板平整度的原因 06.12.1~07.1.31 要求钢板不平整小于1mm 06.12.1~07.1.31 2 怎样能保证预埋钢板位置和高程。 预埋钢板高程偏差小于4mm，平面位置偏差小于5mm 07.2.1~07.2.10 施工 现场 非亚机加工厂 熊承荣 刘小勇 2007.2.11~07.2.20 陈柏町 罗锦刚 刘小勇 杨超林 程多云 熊承荣 左 亮 杨超林 刘小勇 陈柏町 07.1.2~07.1.10 3 分析砼在预拼钢板下的密实情况 气孔面积占总面积不超过5% 调整钢梁位置准确，施工 采用移动钢梁对位。 现场 要求支座安装平面位置、高程偏差小于5mm 用全站仪定位支座纵向、横向轴线 施工 现场 07.7.1~07.7.2 07.4.1~07.4.4 4 测量反复优化施工校核支座的方案，保平面位置，确证大支座保测量误差安装精度 降低 调整钢梁位置准确，施工 采用移动钢梁对位。 现场 07.7.1~07.7.10 制表：罗锦刚 日期：2007年1月

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八、对策实施

实施一：确定预埋钢板加工方案，确保钢板平整度的实施。

实施时间：2006年12月1号至2007年1月31号。 责任人：陈柏町、程多云、罗锦刚。

1 支座预埋钢板 由于4m×4m预埋钢板面积大，并且垫板底面需焊接预埋钢筋和工字钢，钢板焊接容易产生温度应力，引起钢板变形。为了保证钢板表面平整度满足施工要求，将4m×4m预埋钢板，分成2块2m×4m钢板进行机床加工，并采购厚于预埋钢板50mm的钢板，实际采购55mm钢板，富余5mm调整预埋钢板的平整度（如图）。 2

严格依据设计图纸及规范，为了确保厚大于50mm预埋钢板质量和此钢板的精度加工，以招投标的方法从全国四家单位选中实力雄厚的北京非亚厂对厚大于50mm预埋钢板的采购及精加工，由刘小勇到该厂进行采购厚大于50mm的预埋钢板(实际采购55mm钢板，富余5mm加工调整预埋钢板的平整度)和此预埋钢板精加工质量。 预埋钢板精加工前必须严格按照设汁图纸及规范下好 材料后才能根据焊接规范进行焊接， 焊缝按规范进行超声波3 探伤检查，合格后才能进行精度加工。

根据设计及规范要求，在预埋钢板的两侧顺桥向钻8个φ4 202mm镗床镗支座地脚螺栓预埋孔，以保证安装支座的精确定位；在预埋钢板中间设置150mm振捣孔、Φ30mm的通气孔，以保证预埋承压钢板下混凝土浇筑密实，承压钢板平整。 8

5 振捣孔 通气孔 支座地 脚螺栓孔 孔加工完成后，再根据设计及规范将预埋钢板利用刨床对钢板上表面刨5mm，并且保证钢板表面平整度小于1mm。 钢板进场时图片

实施效果： 通过对以上的实施，钢板表面平整度达到了目标值：小于1mm。 实施二：控制预埋钢板安装精度，确保预埋钢板平面位置和高程准确。

实施时间：2007年2月1号至2007年2月20号。 责任人：陈柏町、程多云、刘小勇、熊承荣。

1 说明：1、本图尺寸单位以计；2、普工10和∠100×10形成支架将预埋钢板固定，使预埋钢板在砼浇筑时，位置不移动；3、在施工过程中，也可以采用其他加固措施，严禁将支架与钢筋上部相连；4、防止钢板上浮，可以将普工10与主筋底部相连，但要保证钢筋不移动。斜撑∠100普工10φ32钢筋普工10斜撑∠100斜撑∠100φ32钢筋斜撑∠100预埋钢板预埋钢板搭设预埋钢板安装平台，确保平台平整。搭设安装平台，在施工平台安装完成后，测量对平台抄平相对高差控制为2mm，满足预埋钢板高程偏差小于4mm的要求，安装预埋钢板（如图）。 9

预埋钢板支撑架

采用焊溶物将预拼钢板支架垫平，反复进行调整预埋钢板平面位置和高程，争取在浇筑砼浇筑前高程和平面位置小于目标 值，由熊承荣、李宏伟、姚笛执行。要求预埋钢板平面位置和高 程偏差不超过2mm，因为在浇筑混凝土C50时，预埋钢板可能会 有移位现象。整个过程预埋钢板平整度控制2mm内，平面位置控。 2 制在3mm（如图） 现场对施工支架垫平

实施三：保证预埋钢板下砼密实。

实施效果： 通过对以上的实施，预埋钢板平面位置和高程均达到了目标值：小于5mm和小于4mm。 实施时间：2007年1月2号至2007年7月2号。 责任人：罗锦刚、刘小勇、杨超林、程多云

保证砼密实度，在钢板上开振捣孔和排气孔： 1、在预埋钢板中间设置8个150mm振捣孔、8个Φ30mm的排 气孔，以保证预埋承压钢板下混凝土浇筑密实。 2、为了便于吊装，每块预埋钢板利用4个Φ30mm排气孔，在 其内加工内螺纹，用螺栓连接作为吊点。 利用排气孔作为吊点 1

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对已浇筑砼进行检查，如有空洞现象对钢板钻孔修补： 1、浇筑完成砼达到强度后，对钢板用锤敲击，发现空洞后做好记号并钻孔。 2、为了确保灌注砼空洞质量，我们同武汉港湾设计院研究的K-801胶对空洞部位用1m3的空压机进行压胶灌注（如图） 。 钻 孔压 胶现场 2 3、K-801胶灌注完成后，对空洞部位再次进行检查，检查结 果气孔面积占总面积不超过2%，符合目标值要求。 浇筑完成后的支座钢垫板 实施效果： 通过对以上的实施，气孔面积占总面积达到了目标 值：不超过5%。

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实施四：优化施工方案，保证大支座安装精度。

实施时间：2007年4月1号至2007年7月2号。 责任人：陈柏町、刘小勇、熊承荣、左 亮、杨超林。

由测量组采用全站仪，定位纵横向支座： 1、用全站仪找出垫石上纵桥向轴线、横桥向轴线，并且做好标记。 2、定出钢梁节点中心，支座中心线。 1 支座安装就位 调整钢梁位置，准确对位： 1、 在墩顶布置限位框、千斤顶（如图） 墩身中心线墩身中心线 纵向千斤顶YCW250B-200横向千斤顶YCW250B-200牛腿2竖向千斤顶800B-100牛腿3牛腿4垫板限位框支座牛腿7牛腿6牛腿4牛腿5垫板限位框支座牛腿3牛腿6竖向千斤顶YCW800B-100牛腿5 北岸南岸竖向千斤顶YCW800B-200牛腿1牛腿2北岸南岸牛腿1 横向千斤顶YCW250B-200横向千斤顶YCW250B-200平面图平面图2 注：1、图中尺寸除高程以米计外，其余均以毫米计。 P7墩顶布置图 注：1、图中尺寸除高程以米计外，其余均以毫米计。 P8墩顶布置图 2、为了解决桥梁支座的防震作用，减少动载对桥跨结构与墩台的 冲击作用，在边墩、3#临时墩、主墩限位框下布置构造简单、安全 方便、节省钢材、价格低廉、养护简便、易于更换的四氟滑板。 3、为满足主桥钢桁梁在安装过程中线形调整和支座精确定位中支 点（E15节点中心线），在边支点（P6墩顶中心、P9墩顶中心）安装纵向、竖向顶升装置、纵横向限位系统及滑移系统；在主墩（P7墩、P8墩）顶布置纵横向、竖向顶升装置、纵横向限位系统及滑移 12 系统；并在3#临时墩顶布置纵向顶升装置、纵横向限位系统及滑移 系统。具体操作步骤如下： 1）利用P7墩顶竖向千斤顶（八台YCW800-200）在整体节点顶位将钢梁顶升约1~2cm，使其与支座分离，并使钢梁与限位框连成整 体；然后将千斤顶进行锁定，防止千斤顶回落； 钢桁中心线 竖向千斤顶YCW800B-200支座垫座纵向千斤顶YCW250B-200牛腿1牛腿7牛腿1 限位框滑板垫板023502900 P7墩顶布置半剖面图一 2）拆除P6墩、3#临时墩及 P7墩顶纵向限位挡块（保留P7墩顶牛腿7处挡块），将各墩北岸 侧纵向千斤顶回油2cm。利用P6墩及3#临时墩顶江心侧纵向千斤顶2 （顶位见下图）预先对钢梁施加一定的水平推力；然后以P7墩顶江 心侧纵向千斤顶为主，并以P6墩、3#临时墩顶江心侧纵向千斤顶为 辅助（保持油压）将钢梁整体纵向向北岸侧顶推约2cm，施顶时注 意各墩同步进行并保持上下游两桁位移一致； 13

四氟滑板 垫 座 主墩限位框及千斤顶布置 千斤顶 限位器 E15整体节点 3）钢梁纵移约2cm后，停止施顶，对钢梁线形及3#临时墩进行观测，进行记录，并对钢梁应力进行观测，进行记录、分析，确认安全后继续顶推； 4）重复进行顶推（每次顶推位移保持在2cm左右）直到钢梁垫座与支座精确对位。经复测无误后，恢复各墩纵向限位装置，并将垫座与支座用高强螺栓连接； 5）移梁完成后， E15节点中心线、支座中线、垫座中心线三线合一，完成钢梁和支座的精确对位。 2 实施效果： 通过对以上的实施，支座安装平面位置、高程偏差均达到了目标值：小于5mm。 九、效果检查 1、达到课题目标

2006年11月至2007年7月，QC小组按照对策实施，并于2007年7月2日将支座准确定位，安装过程中无安全、质量事故，QC小组活动目标完

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成。

1)、钢板表面平总体整度：通过先焊接后加工的原则，在工厂内完成了所有在钢板上的焊接，再对表面进行机加工。保证了钢板的表面平整度，表面平整度小于0.5mm，远远低于目标值1mm。

2)、预埋钢板的安装位置：经过测量多次测量减小测量误差定出预埋钢板的平面位置，搭设安装平台，多次校核预埋钢板高程，砼浇筑前再次进行复核。砼浇筑完成后，平面位置偏差小于2mm，高程偏差小于2mm，低于目标值4mm。

3)、支座安装精度：通过多次测量支座垫石纵桥向和横桥向轴线，准确定出支座垫石轴线。找出支座和钢梁E15节点中心线。将它们通过移梁对位，最后固定支座，使支座位置偏差小于2mm，小于目标值5mm。

4)、预埋钢板下砼的密实度：通过在预埋钢板上开孔，砼的密实度得到一定改善，但不能满足空洞面积小于5%的要求，锤击找出空洞位置钻孔压胶，最后空洞面积小于总面积的2%。

1 单位：mm 单位：mm 5 4 3

0.5 2 1 目标值 实际值 目标值 实际值

预埋钢板表面平整度对

单位：﹪ 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 预埋钢板位置对比

单位：mm

目标值 实际值 目标值 实际值

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空洞面积对比 支座安装平面位置对比

振捣孔 2、经济效益

支座安装在关键线路上，由于在加工厂支座预埋钢板，减小了现场安装调整难度，节约工期大约1周。

人工费原计划72万元，实际支出.5万元，节约7.5万元； 机械费原计划120万元，实际支出107.5万元，节约12.5万元； 材料费原计划288万元，实际支出250万元，节约30万元； 共节约资金50万元。 3、锻炼队伍

通过本次活动，项目部各个部门、钢筋组、砼组、加工组均得到很好的锻炼，提高了施工水平和实际解决问题的能力。 4、社会效益

通过本次QC活动为支座安装开启了新思路，受到了业主、监理的高度赞扬，为大型支座安装提供了经验。活动前后职工的质量意识、个人能力、QC知识、解决问题的信心、团队精神都有所提高。

活动前后打分表 项 目 质量意识 个人能力 QC知识 解决问题能力 团队精神 活动前（分） 活动后（分） 活动后 质量意识 4 3 3 3 3 5 4 5 4 4

团队精神 个人能力 活动前 解决问题能力 QC知识 十、标准化

根据活动过程中的措施实施情况，将施工工艺和实施细则进行整理、总结，加以优化、完善，形成施工工法（编号：ZZAZ-2007）上报公司，已在全公司推广实施，并已向二航局申报。 十一、总结及今后打算

我们小组对本次QC攻关活动认真总结，通过大家的“头脑风暴法”，使得国内最大球型支座准确安装就位，并且大大提高了支座安装精度。为今后大型支座安装提供相关经验，并为大桥取得了社会效益。我们需要进一步加强施工组织，集思广益，使我们施工质量再度提高，确保朝天门大桥世界第一拱桥早日合龙通车，并早日实现工程质量“鲁班奖”目标。

朝天门长江大桥是世界最大钢桁拱桥，许多施工还有待创新。我们准备研究课题《超高支架施工控制》、《聚丙烯纤维砼施工质量控制》。

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