鋼桁架橋多點(diǎn)浮托施工工藝分析及應(yīng)用研究

王淮 謝億秦 彭廣益 江蘇省蘇州市港航事業(yè)發(fā)展中心

朱建 吳江市明港道橋工程有限公司

1.引言

在現(xiàn)代的橋梁建設(shè)中，由于地形和水文條件等因素的影響，組合體系橋梁的形式在工程中越來(lái)越常見。鋼桁梁橋是主梁由位于多個(gè)平面內(nèi)的鋼桁架組合連接而形成的整體穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)。鋼桁架橋的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)自重輕、施工方法多樣，主要的施工方法有：門吊施工法、浮吊施工法、懸臂施工法、浮運(yùn)施工法、頂推施工法等。在施工建設(shè)過(guò)程中，一般會(huì)同時(shí)采用兩種或者兩種以上的施工方法，如浮托頂推法等。

在橋梁建設(shè)中由于受航道、場(chǎng)地、工期條件限制，鋼桁梁施工無(wú)法采用支架、吊裝、轉(zhuǎn)體等方法。為降低橋梁施工對(duì)航道的影響，短時(shí)封航，同時(shí)節(jié)約工期，主橋可采用浮托法架設(shè)。在水中架設(shè)鋼桁梁時(shí)常采用浮拖法，此法就是將鋼梁組拼后，經(jīng)過(guò)縱拖使一端伸出河岸膺架、橋臺(tái)或另一跨橋墩支拖于浮船托架上，用拖拉設(shè)備牽引，使浮船向前移動(dòng)，連同鋼梁達(dá)到前一孔就位，這種方法的特點(diǎn)是易于操作、施工方便，同時(shí)所用設(shè)備、器材少，且施工進(jìn)度快、最主要的是解決了通航與施工的矛盾，保證通航架設(shè)兩不誤(只需斷航3—4h)，是一種比較簡(jiǎn)單可靠的架設(shè)方法。宣杭鐵路改建工程湖州特大橋采用了鋼桁梁浮托施工。此外中國(guó)香港將軍澳大橋施工中也運(yùn)用了整體浮托法，在我國(guó)內(nèi)內(nèi)海橋梁中屬于首例，見圖1。

圖1 整體浮托法架設(shè)拱橋

采用浮托施工工藝安裝跨運(yùn)河的鋼桁架橋梁相對(duì)來(lái)講是比較成熟的一個(gè)施工工藝，但針對(duì)每座橋所處的不同施工環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，所采取的工藝和措施也是有一定區(qū)別的。本文依托屯村大橋浮托施工展開，通過(guò)工程實(shí)踐和理論研究，介紹了一種采用多點(diǎn)支撐的鋼桁架橋梁浮托施工工藝，對(duì)浮托過(guò)程中支撐點(diǎn)間的協(xié)調(diào)和梁體控制提出了更高的要求。該方法的應(yīng)用進(jìn)一步完善了浮托施工工藝，豐富了工程經(jīng)驗(yàn)。

2.工程概況

擬改建的屯村大橋位于蘇州吳江，橫跨蘇申外港線航道，橋梁與航道夾角90.2°（路線前進(jìn)方向與航道中心線的右偏角），斜橋正做。航道改建標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)（通航凈空要求為60×7.0m），設(shè)計(jì)最高通航水位2.004m(85國(guó)家高程系)。

主橋采用81.92m鋼桁架，主橋鋼結(jié)構(gòu)總重為620噸，其中主桁采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，主桁上下弦桿及端斜桿均采用箱形截面，其余腹桿均采用焊接H形截面。

3.安裝方案設(shè)計(jì)

3.1 方案比選

本工程主橋橫跨航道，引橋位于鎮(zhèn)區(qū)，兩側(cè)居民房屋密集，距主橋西側(cè)7m處有10KV高壓供電線路，現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹小，施工條件較為困難。因此，主橋的安裝受現(xiàn)場(chǎng)施工條件的制約性較大。

圖2 鋼桁架總體布置圖（單位：mm）

常見的橋梁架設(shè)方法有浮吊法、頂推法及浮托法。本工程如采用浮吊整體吊裝方案，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)整體拼裝場(chǎng)地；如采用頂推方案，則需在航道邊側(cè)打設(shè)臨時(shí)鋼管支撐架，由于蘇申外港線船舶流量較大，且船舶噸位等級(jí)高，施工期間安全風(fēng)險(xiǎn)大。而浮托法只需要使用普通的運(yùn)輸駁船配合必要的定位裝置和對(duì)接裝置。相比于其他的安裝方法，浮托法成本更低，耗時(shí)更短，受其他因素制約更少。經(jīng)比選最終確定采用浮托安裝工藝。

浮托船拖拉滑移按照下方支點(diǎn)數(shù)量可分為多支點(diǎn)滑移和4支點(diǎn)滑移，相較于4支點(diǎn)滑移，多支點(diǎn)滑移的優(yōu)點(diǎn)有：每個(gè)支點(diǎn)處均設(shè)置了橫向限位裝置，浮托過(guò)程中不容易出現(xiàn)橫向偏位；支架上方支撐點(diǎn)相比較浮托船上方支撐點(diǎn)而言更為穩(wěn)固，可以最大程度地限制浮托船的行進(jìn)中的擺動(dòng)，拖拉過(guò)程中的穩(wěn)定性更好；多支點(diǎn)拖拉時(shí)，支架滑道梁索承受的荷載相對(duì)較小，臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)更為安全。因此本工程選擇多點(diǎn)浮托法。

3.2 方案落實(shí)

方案確定在運(yùn)河南側(cè)引橋區(qū)域進(jìn)行主橋鋼桁架的拼裝，由于引橋11#墩處保留的人行梯道及引橋原有護(hù)欄高度的影響，如采用通長(zhǎng)滑道梁，則浮船安裝支架的高度將達(dá)到10m以上，且落梁前臨時(shí)支撐在支座上的總高度達(dá)到2.2m，給浮托過(guò)程中浮船的穩(wěn)性及落梁的穩(wěn)定性帶來(lái)及不利的安全隱患。經(jīng)研究確定采用高低滑道梁的形式，即在11#墩柱上下梯道平臺(tái)邊緣處將處滑道梁斷開，分兩個(gè)高程面設(shè)置，兩段滑道梁的高差為1.7m（圖3）。

圖3 高低滑道梁設(shè)置

該滑道系統(tǒng)包括上滑道、滑板、下滑道。鋼桁架下弦桿底面有拼接板和外露螺栓，且鋼桁架自身也需要設(shè)置預(yù)拱度，故在下弦桿下方設(shè)置通長(zhǎng)上滑道，在引橋橋面上設(shè)置下滑道，在上下滑道間設(shè)置摩擦系數(shù)較低的MGE高分子滑板：拖拉上滑道設(shè)于下弦桿下方，由2H400×400型鋼組成，通過(guò)鉤頭螺栓固定于下弦桿的底板上。型鋼與下弦桿的底板之間的間隙塞填硬雜木，一方面保證鋼梁預(yù)拱度設(shè)置要求時(shí)上滑道底面保持平直，另一方面防止型鋼與鋼梁表面摩擦損害防護(hù)涂裝；下滑道采4根I56工字鋼拼裝，設(shè)置在鋼管支架橫梁上，滑板錨固于下滑道上。

另外，由于現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹窄，橋梁兩側(cè)居民房屋密集，且有高壓線影響，橋梁兩側(cè)無(wú)拼裝空間，只能選擇在12～14#墩保留的引橋橋面上進(jìn)行鋼桁架的拼裝，整個(gè)拼裝分兩次，先拼裝E0～E6節(jié)段，拼裝完成后將E0節(jié)點(diǎn)拖拉至9#墩附近，再次拼裝E6～E0’節(jié)段，整個(gè)拼裝完成后進(jìn)行整體浮托安裝施工。

4.安裝工序

4.1 施工前準(zhǔn)備

（1）對(duì)纜繩、駁船加固、滑道、頂推（拖拉）設(shè)備、臨時(shí)支撐等進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確保符合方案及設(shè)計(jì)要求。

（2）進(jìn)行抽灌水試驗(yàn)，測(cè)定水泵性能、抽水速度、隔艙水密性等。

（3）對(duì)浮托經(jīng)過(guò)的航道進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)，充分掌握不同水位的河床深淺、流速、流向，使船體在最大吃水量及最低水位時(shí)，船底應(yīng)高出河床一定距離，確保安全。

（4）鋼桁架拖拉前，應(yīng)向當(dāng)?shù)貧庀蟛块T了解施工期間的氣象預(yù)報(bào)，在風(fēng)力達(dá)到5級(jí)以上時(shí)不應(yīng)施工。

（5）作業(yè)前在下弦桿做好拖拉位移標(biāo)記，用以觀察左右下弦拖拉速度是否一致。

4.2 施工步驟

（1）設(shè)置高低滑道梁，拼裝E0～E6節(jié)段（圖4）。

圖4 拼裝E0～E6節(jié)段

（2）拖拉E0～E6節(jié)間鋼桁架，空出滑道梁，滿足剩余部分E6～E0'節(jié)點(diǎn)鋼桁架的拼裝（圖5）。

圖5 拖拉E0～E6節(jié)段

（3）拼裝E6～E0'節(jié)點(diǎn)鋼桁架，并整體降低高度替換滑移小車（圖6）。

圖6 拼裝E6～E0'節(jié)段

（4）牽引滑移鋼桁架，交替替換滑移小車使E3節(jié)點(diǎn)到達(dá)9#墩上方；在E4、E6、E4'布設(shè)千斤頂，同步頂升鋼桁架；拆除E3'～E0'鋼滑道梁（圖7）。

圖7 拆除E3'～E0'

（5）牽引滑移鋼桁架，使E4節(jié)點(diǎn)到達(dá)9#墩上方，浮船就位；拆除E 5'～E 3'滑道梁，并進(jìn)行整體落架（圖8）。

圖8 拆除E5'～E3'并進(jìn)行整體落架

（6）封航，拉設(shè)浮船定位鋼絲繩，浮船排水頂托鋼桁架，固定浮船支點(diǎn)（圖9）。

圖9 浮船排水頂托鋼桁架

（7）鋼桁架浮托牽引過(guò)河（圖10）。

圖10 鋼桁架浮托牽引過(guò)河

圖11 鋼桁架浮托牽引過(guò)河現(xiàn)場(chǎng)情況

①拖拉時(shí)，采用2臺(tái)8噸卷?yè)P(yáng)機(jī)走6道鋼絲繩作為主動(dòng)力，反向拖拉滑移前進(jìn)。拖拉錨點(diǎn)設(shè)置在下弦與橫梁連接節(jié)點(diǎn)板處，后錨錨固端設(shè)置在前滑道上的臨時(shí)支撐架上。桁架橋主桁節(jié)點(diǎn)下設(shè)置滑移滾輪進(jìn)行拖拉。

②由于卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒鋼絲繩存量無(wú)法滿足全橋長(zhǎng)度拖拉，因此每2個(gè)大節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)拖拉錨點(diǎn)（分別在E4，E4’，E0’，E0），每拖拉2個(gè)大節(jié)間長(zhǎng)度后進(jìn)行錨點(diǎn)替換工作。

③在浮托牽引施工過(guò)程中，控制好各隔倉(cāng)的排水速度，注意對(duì)船舶浮托水位線、平穩(wěn)性觀測(cè)，使水位線變化不超過(guò)5cm。同時(shí)對(duì)橋梁的軸線、高程的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)糾偏。滑移過(guò)程中做好各支點(diǎn)滑移小車及墊塊的替換工作，以及牽引拉錨點(diǎn)的替換。考慮最后E0'為單支點(diǎn)滾輪，受力較大，在桁架下弦縱向設(shè)置雙輪滑移。

④動(dòng)滑輪組結(jié)構(gòu)的施工有一定的空間限制（約5m左右），因此不能一次拖拉到位，需要頂推完成。即在滑道梁上焊接頂推千斤頂反力架座，然后用200噸千斤頂加傳力連接桿頂推就位。

（8）鋼桁架浮托就位：桁架E0節(jié)點(diǎn)到達(dá)8#墩頂支座后，隨即進(jìn)行支座上方的墊塊支承，調(diào)整支點(diǎn)軸線。先拆除9#墩頂縱向滑移的滾動(dòng)小車等其它裝置，墊放支承墊塊，然后再解除浮船支點(diǎn)捆綁臨時(shí)固定鋼絲繩，同時(shí)進(jìn)行船艙注壓水施工，使船舶支點(diǎn)脫離桁架下弦桿，退出浮托施工區(qū)域，完成浮托施工（圖12）。

圖12 鋼桁架浮托就位

（9）鋼桁架千斤頂落梁就位（圖13）。

圖13 鋼桁架千斤頂落梁就位

①浮托船退出后，隨即布設(shè)5000KN千斤頂進(jìn)行落架施工。落架時(shí)用千斤頂和支承墊塊抽墊交替進(jìn)行，每次落架的高度需根據(jù)千斤頂?shù)男谐潭ǎ钩谐搪浼堋?#墩與9#墩進(jìn)行交替落梁，兩端落梁高差小于50cm。

②落梁就位前再次進(jìn)行橋梁軸線的校驗(yàn)，如有偏差及時(shí)糾偏到位。

5.分析及總結(jié)

5.1 優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）優(yōu)點(diǎn)。屯村大橋鋼桁架的浮托安裝施工工藝與以往相類似橋梁的浮托安裝工藝相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

①鋼桁架采用多點(diǎn)滑車支撐滑移，滑道、支架應(yīng)力分配相對(duì)均勻，避免了應(yīng)力集中，且浮托過(guò)程中穩(wěn)定性保障程度高。

②利用現(xiàn)有條件，通過(guò)多次降落梁，盡可能降低了浮船支架的高度，使浮船整體重心下移，大大提高了浮托過(guò)程中浮船的穩(wěn)型。另外，通過(guò)過(guò)程當(dāng)中的降落梁降低了浮托就位后支座上臨時(shí)支撐的高度，有效降低了落梁的施工風(fēng)險(xiǎn)。

③方案中浮船支架采用八點(diǎn)支撐（單側(cè)四點(diǎn)），桁架擱置于船舶支架上，相當(dāng)于一個(gè)支撐平衡桿，且在浮托前下弦桿與浮船支撐縱梁抱箍成整體，使船舶在浮托過(guò)程中穩(wěn)定前行，大大減小了船體傾覆風(fēng)險(xiǎn)。

（2）缺點(diǎn)。屯村大橋浮托安裝工藝雖然總體安全可控性高，但在部分細(xì)節(jié)上考慮不充分，從而造成浮托過(guò)程中時(shí)間不可控，使浮托封航時(shí)間延長(zhǎng)。

①采用卷?yè)P(yáng)機(jī)作為動(dòng)力進(jìn)行反拖拉。方案中采用卷?yè)P(yáng)機(jī)作為動(dòng)力進(jìn)行反拖拉，浮托行進(jìn)速度較千斤頂頂推行進(jìn)速度較快，但沒有考慮到錨點(diǎn)更換及滑輪組移位所花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。

②采用多點(diǎn)滑車支撐進(jìn)行浮托。多點(diǎn)滑車支撐增加了浮托過(guò)程中整個(gè)的安全穩(wěn)定性，但存在以下缺點(diǎn)：

一是在浮托過(guò)程中，每拖拉一個(gè)節(jié)段必須更換滑車的位置，由于現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹小，整個(gè)滑車的更換采用卷?yè)P(yáng)機(jī)配合人工進(jìn)行，所花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。

二是在浮托過(guò)程中，由于受力體系的變化，易使中間位置處的滑車脫空，通過(guò)千斤頂頂升墊實(shí)所花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。

5.2 安全管理分析

由于鋼桁架的浮托安裝屬于危大工程，且本項(xiàng)目中受到的客觀影響因素較多，作為總包單位、分包單位、總監(jiān)辦、市港航中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安全施工十分的重視。市港航中心牽頭對(duì)屯村大橋投入使用5G北斗安全智能監(jiān)管系統(tǒng)，通過(guò)北斗定位系統(tǒng)結(jié)合人工視覺技術(shù)，通過(guò)5G傳輸云端進(jìn)行智能分析，實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工行為進(jìn)行監(jiān)管，并對(duì)安全帽、救生衣等特定必備穿戴物品進(jìn)行監(jiān)測(cè)和警示提醒。

在本次浮托過(guò)程中，總、分包單位公司的管理層、總監(jiān)、市港航中心領(lǐng)導(dǎo)均到施工一線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督和指導(dǎo)，結(jié)合5G北斗安全智能監(jiān)管系統(tǒng)的使用，使本項(xiàng)目的鋼桁架浮托安裝施工安全可控、平穩(wěn)就位。

但在現(xiàn)場(chǎng)安全管理細(xì)節(jié)方面還是存在著一些不足之處：

（1）由于現(xiàn)場(chǎng)沒有進(jìn)行人員區(qū)域劃分和標(biāo)識(shí)，再加上現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域狹小，在物件吊裝過(guò)程中，存在著人員穿梭現(xiàn)象，給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)不利安全因素。

（2）現(xiàn)場(chǎng)安全管理人員存在部分施工點(diǎn)安全監(jiān)督不到位的情況。由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，支墊塊等諸多重物通過(guò)人工進(jìn)行移運(yùn)或抬運(yùn)，由于個(gè)別施工人員安全意識(shí)不足，經(jīng)驗(yàn)主義較強(qiáng)，再加上現(xiàn)場(chǎng)安全人員對(duì)部分施工點(diǎn)監(jiān)督不到位，現(xiàn)場(chǎng)存在個(gè)別違規(guī)操作現(xiàn)象。

5.3 總結(jié)

本項(xiàng)目的鋼桁架浮托安裝施工總體安全可控，但在一些細(xì)節(jié)上考慮不周，再加上現(xiàn)場(chǎng)的一些客觀因素，使浮托安裝時(shí)間延長(zhǎng)，但通過(guò)總結(jié)，可能會(huì)給今后的浮托安裝施工提供一定的參考價(jià)值。

（1）對(duì)于浮托安裝采用的動(dòng)力裝置建議采用千斤頂頂推較為合適。卷?yè)P(yáng)機(jī)雖然從受力和安全性上可行，但在過(guò)程中更換錨點(diǎn)及到位前更換頂推裝置較費(fèi)時(shí)。

（2）浮托時(shí)采用多點(diǎn)滑車支撐還是采用四點(diǎn)滑車支撐，一定要綜合考慮和分析，兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。在省時(shí)上四點(diǎn)支撐占優(yōu)，在整體穩(wěn)定性上多點(diǎn)支撐占優(yōu)。

（3）由于采用浮船在水上浮托前行，浮船受風(fēng)載、水流等影響因素較多，其過(guò)程當(dāng)中受力存在著瞬間變化的可能，所以在進(jìn)行浮托方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇最不利工況或可能出現(xiàn)的最不利工況進(jìn)行驗(yàn)算，以確保方案安全可靠，萬(wàn)無(wú)一失。