橋梁防撞處理工程

陽(yáng)建軍

摘要：FRP柔性防撞浮箱、套箱是內(nèi)河橋梁防撞處理工程的新型工藝，具有生產(chǎn)周期短、輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、造價(jià)低、安裝便捷、使用壽命長(zhǎng)和維護(hù)成本低等特點(diǎn)。FRP柔性防撞浮箱、套箱的單元箱間采用空間燕尾榫槽連接方式及單元箱內(nèi)箱殼柱殼密貼接觸連接方式，須通過(guò)高精度制造保證產(chǎn)品尺寸和結(jié)構(gòu)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)外較難實(shí)現(xiàn)機(jī)械化工藝成型，采用手糊工藝成型的產(chǎn)品尺寸精度和產(chǎn)品質(zhì)量保證技術(shù)難度較大。

Abstract： FRP flexible anti-collision buoyancy tank and box are new technologies for collision-resistance treatment of inland river bridges. It has characteristics of short production cycle， light weight， high strength， corrosion resistance， low cost， easy installation， long service life and low maintenance cost. The space between the FRP flexible anti-collision buoyancy tank and the boxed unit box adopts the space dovetail groove connection method and the close contact connection method of the box shell and cylindrical shell in the unit box. It must be manufactured with high precision to ensure the product size and structure quality. It is difficult to achieve mechanization process molding at home and abroad. The product dimensional accuracy and product quality assurance through using hand lay-up process is more difficult.

關(guān)鍵詞：FRP柔性；新型工藝；空間燕尾榫槽；手糊工藝

Key words： FRP flexibility；new process；space dovetail groove；hand lay-up process

中圖分類(lèi)號(hào)：U443.26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）18-0110-02

0 引言

隨著內(nèi)河通航要求的不斷增長(zhǎng)，航道擴(kuò)能升級(jí)工程在內(nèi)河上已廣泛開(kāi)始，而航道擴(kuò)能升級(jí)后，橋梁的船撞風(fēng)險(xiǎn)及撞后損傷程度隨著船舶噸級(jí)的增大而增大，因此橋梁防撞處理工程廣泛應(yīng)用在內(nèi)河橋梁上。以往橋梁防撞工程都為傳統(tǒng)的防撞墩結(jié)構(gòu)形式（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)），而新型的FRP柔性防撞浮箱、套箱的結(jié)構(gòu)形式也開(kāi)始呈現(xiàn)。FRP柔性防撞浮箱、套箱既能達(dá)到混凝土防撞墩效果而保證橋梁結(jié)構(gòu)安全，又能避免與橋梁擴(kuò)建及加固維修施工沖突，還能減少船舶的撞擊損傷和增加防撞結(jié)構(gòu)的美學(xué)效果，并能降低工程建安造價(jià)和節(jié)省后期維修養(yǎng)護(hù)。

FRP 柔性防撞浮箱、套箱單元箱的結(jié)構(gòu)形式為FRP 六面體箱殼構(gòu)件內(nèi)裝相互密貼但不連接的FRP多邊形柱殼構(gòu)件（大部份為八邊形柱殼構(gòu)件，少量為六邊形、五邊形柱殼構(gòu)件）并內(nèi)襯FRP橫向圓弧板構(gòu)成的FRP柔性箱體結(jié)構(gòu)。浮箱、套箱單元箱的頂面，設(shè)有便于柱殼構(gòu)件裝進(jìn)和取出的人工檢查井。浮箱單元箱的底面，設(shè)有提供吊裝吊帶綁扎空間的支墩。FRP柔性防撞浮箱的單元箱，設(shè)計(jì)成底板封閉的浮力單元箱和底板開(kāi)孔的水阻單元箱，用于橋梁的墩柱上，可隨水位變化而上下浮動(dòng)。浮箱箱體采用空間燕尾榫槽連接方式積木式組合成整箱的FRP組合式環(huán)形箱體結(jié)構(gòu)，水阻單元箱支承于浮力單元箱之上，提供浮箱結(jié)構(gòu)壓重穩(wěn)定和水下抗撞保護(hù)所需的淹沒(méi)深度；浮力單元箱帶動(dòng)水阻單元箱整體上下浮動(dòng)，提供浮箱承臺(tái)頂面以上各水位的橋墩全天候、全方位船撞防護(hù)。FRP柔性防撞套箱設(shè)計(jì)則全為底板開(kāi)孔的水阻單元箱，用于橋梁承臺(tái)上，套箱為固定在承臺(tái)上。具體見(jiàn)圖1、圖2。

1 工程特點(diǎn)

FRP柔性橋墩防撞浮箱、套箱（下稱(chēng)“FRP浮箱、套箱”）從結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成有不同單元箱體（包括端箱和邊箱）組合而成，生產(chǎn)上采用“先模型、后模具、再產(chǎn)品”的制造技術(shù)，而單元箱體及相關(guān)構(gòu)件采用玻璃纖維手糊成型工藝制作。

FRP浮箱、套箱生產(chǎn)須專(zhuān)業(yè)的復(fù)合材料生產(chǎn)廠家快速生產(chǎn)，采用水運(yùn)將成品運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)并水上快速安裝。整個(gè)過(guò)程，廠家制造質(zhì)量的可控保證結(jié)構(gòu)性能可靠，同時(shí)水上安裝工期短和占用航道少減少通航干擾和安全隱患。還能借助一期建安造價(jià)低和后期維修養(yǎng)護(hù)節(jié)省提高其壽命期的經(jīng)濟(jì)性。單元箱損壞后能快速更換投入使用，減少二次撞擊事故以增大期全程安全性。

2 FRP浮箱、套箱制作與安裝

2.1 FRP浮箱、套箱制作

2.1.1 制作材料 FRP浮箱、套箱是一種由無(wú)堿玻璃纖維（EGF）增強(qiáng)高韌性乙烯基酯樹(shù)脂（VER）復(fù)合材料的新型材料浮箱，且其表面涂覆一層具有阻燃性、抗紫外線老化和水蝕老化的乙烯基酯膠衣樹(shù)脂。

2.1.2 制作工藝 FRP浮箱、套箱中單元箱體及相關(guān)構(gòu)件生產(chǎn)工藝將采用復(fù)合材料成型的手糊工藝。手糊成型工藝又稱(chēng)接觸成型，是以乙烯基酯樹(shù)脂為基體材料將玻纖增強(qiáng)材料浸透并固化粘結(jié)成一體的成型方法，是樹(shù)脂基復(fù)合材料生產(chǎn)中最早使用和應(yīng)用最普遍的一種成型方法。手糊成型工藝具有生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短，操作簡(jiǎn)便，不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于形狀復(fù)雜和尺寸較大的產(chǎn)品制作，且可根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)產(chǎn)品的不同部位進(jìn)行靈活補(bǔ)強(qiáng)已滿足設(shè)計(jì)要求。

2.1.3 制作流程 FRP浮箱、套箱產(chǎn)品的外形尺寸和組裝尺寸精度要求高，尤其是燕尾榫和燕尾槽的定位配合要求高，因此如何控制生產(chǎn)前的模具尺寸變形等模具質(zhì)量成為成型工藝流程中的重要環(huán)節(jié)，以避免單元箱體的相對(duì)偏差過(guò)大造成無(wú)法組裝的情況。FRP浮箱的單元箱體和相關(guān)構(gòu)件的生產(chǎn)工藝流程如下所述：分塊模具檢查→模具組裝→模具表面清理→模具尺寸驗(yàn)證→原材料準(zhǔn)備→膠衣涂刷→凝膠后（觸摸）→FRP鋪層→固化脫模→外觀檢查→硬度測(cè)試→尺寸測(cè)試→產(chǎn)品清洗。

2.1.4 鋪層設(shè)計(jì)與手糊 由于FRP浮箱、套箱產(chǎn)品的厚度精度負(fù)偏差要求高且要控制產(chǎn)品的重量，因此在浮箱生產(chǎn)前需根據(jù)鋪層工藝進(jìn)行試制樣塊（350×350mm）對(duì)工藝設(shè)計(jì)的厚度和樹(shù)脂含量進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整，從而確定最終的生產(chǎn)鋪層工藝，以確保浮箱產(chǎn)品的厚度質(zhì)量和整體重量。同時(shí)要進(jìn)行樹(shù)脂凝膠試驗(yàn)以確定樹(shù)脂和固化體系的配方，以控制生產(chǎn)過(guò)程鋪層樹(shù)脂的固化時(shí)間相對(duì)均勻和穩(wěn)定，以免鋪層樹(shù)脂固化過(guò)快造成鋪層發(fā)白、氣泡、離層等質(zhì)量缺陷和鋪層樹(shù)脂固化過(guò)慢造成鋪層樹(shù)脂留空和鋪層堆積變形等質(zhì)量問(wèn)題。

浮箱、套箱箱體制作鋪層前，應(yīng)設(shè)計(jì)好最優(yōu)的鋪層工序分型圖（最節(jié)省材料、分布均勻、手糊完成后整體效果最好、施工時(shí)間短），鋪層厚度不宜過(guò)厚，避免出現(xiàn)過(guò)厚而造成過(guò)燒發(fā)白等質(zhì)量缺陷。每個(gè)工序必須嚴(yán)格按照分型圖進(jìn)行下料和施工，箱體制作須把箱體模具組裝并固定在平整的地基面上。

制作纖維布鋪層時(shí)，纖維布的鋪設(shè)要規(guī)整，邊緣平齊，無(wú)褶皺，無(wú)隆起和折疊的情況，每塊纖維布要有一定的搭接長(zhǎng)度，并且每層鋪層時(shí)把纖維布的接縫錯(cuò)開(kāi)一定的長(zhǎng)度，以避免接縫處搭接重疊過(guò)厚。每鋪設(shè)一層纖維布后應(yīng)涂刷一層樹(shù)脂，確保樹(shù)脂完全浸透纖維布，不允許存在缺膠或樹(shù)脂過(guò)多產(chǎn)生流掛現(xiàn)象。每次鋪層手糊前應(yīng)打磨或使用鏟刀清除第一次鋪層固化后表面的毛刺或氣泡，并清除打磨粉塵，避免不同次鋪層界面存在離層或氣泡缺陷而引起產(chǎn)品的強(qiáng)度降低。

2.2 FRP浮箱、套箱安裝

浮箱、套箱制作完成后，需要進(jìn)行箱體的預(yù)拼裝和浮力箱的滲水試驗(yàn)。

2.2.1 箱體預(yù)拼裝 箱體整體拼裝場(chǎng)地：在制作廠家清理一塊面積30m*30m場(chǎng)地進(jìn)行單套浮箱、套箱的預(yù)拼裝工作。拼裝前要設(shè)計(jì)一個(gè)拼裝平臺(tái)，拼裝平臺(tái)標(biāo)高要求全部在同一水平面上并牢固平穩(wěn)，保證浮箱安裝時(shí)所用浮箱都保持水平。箱體拼裝完成后按設(shè)計(jì)要求對(duì)浮箱整體尺寸及精度進(jìn)行驗(yàn)收。

2.2.2 浮力箱滲水試驗(yàn) 預(yù)拼裝驗(yàn)收合格后，對(duì)浮力箱進(jìn)行滲水試驗(yàn)。將每個(gè)浮力箱用吊帶吊起，放入水面、水深滿足的水域中進(jìn)行滲水試驗(yàn)。浸泡48小時(shí)（淹沒(méi)深度1m），檢測(cè)浮箱的滲水情況，每個(gè)浮力箱箱內(nèi)不滲水為檢測(cè)合格。

2.2.3 水上安裝 箱體預(yù)拼裝及滲水檢驗(yàn)合格后，用運(yùn)輸車(chē)裝載單個(gè)箱體到裝船碼頭位置。裝船時(shí)需注意不要讓箱體與船艙進(jìn)行碰撞，避免出現(xiàn)箱體外觀缺陷，需要將浮箱用軟質(zhì)繩索固定在運(yùn)輸船上，要求固定牢固，不能晃動(dòng)。

①浮箱安裝。橋墩柱每套FRP浮箱安裝前，為了安裝的安全快捷，將單個(gè)箱體拼裝成2個(gè)端箱、2個(gè)邊箱四大件進(jìn)行安裝。浮箱采用浮吊船進(jìn)行吊裝施工，分兩次吊裝將兩個(gè)整體端箱先放置在橋墩的支乘排架上，對(duì)端箱進(jìn)行精確定位，采用手拉葫蘆固定（手拉葫蘆還可用于浮箱的位置微調(diào)）。端箱安裝到位后，為了防止端箱出現(xiàn)傾倒隱患，還須要采取固定措施，可先在橋柱上安裝一組由鋼絲繩包圍組成的定位加固端箱用，高度在平臺(tái)上端約8至10米左右見(jiàn)圖3。（使用吊纜、手動(dòng)葫蘆調(diào)節(jié)安裝）。然后起吊兩個(gè)邊箱與端箱燕尾榫對(duì)位組裝連接，實(shí)現(xiàn)浮箱的水上快速安裝。浮箱安裝完成效果圖見(jiàn)圖4。

②套箱安裝。橋承臺(tái)每套FRP套箱安裝前，同樣須要拼裝成兩個(gè)整體端箱，分別安裝在橋承臺(tái)兩側(cè)，采用浮吊水上快速安裝。

3 結(jié)束語(yǔ)

FRP柔性防撞浮箱、套箱在橋墩受到不超過(guò)其設(shè)計(jì)船撞荷載等級(jí)的失控船舶撞擊時(shí)，箱體通過(guò)柔性效能和粘性耗能，可使橋墩承受的船撞力最大降低50%以上且小于橋墩抗力，從而保證全橋的結(jié)構(gòu)安全，并時(shí)船舶撞損破壞最大減少30%以上且能緩慢回彈推動(dòng)船舶滑移離開(kāi)，因而具有“既不傷墩，又少傷船”的橋墩柔性防撞功。FRP柔性防撞浮箱、套箱由于其優(yōu)點(diǎn)明顯，可能會(huì)廣泛應(yīng)用于內(nèi)河橋梁防撞工程上，對(duì)于其箱體的制作、安裝工藝進(jìn)一步優(yōu)化，可能將產(chǎn)生更多效益。

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