預壓式鋼- 橡膠組合斷面防撞裝置安裝技術

朱星虎，周銳根，呂獎國，紀厚強，馬海英

（1.安徽交控建設管理有限公司，安徽 合肥 231499；2.同濟大學，上海市 200092）

0 引 言

橋梁防撞裝置主要分為固定式和自浮式2 種，其中自浮式防撞裝置因具有撥轉船頭的功能，能夠有效保護橋梁和船舶，在橋梁中得到了廣泛的應用。常見的自浮式防撞裝置包括鋼套箱防撞裝置、復合材料防撞裝置、鋼橡膠組合防撞裝置等。李志忠等[1]對舟岱跨海大橋主通航孔橋的雙層防撞鋼套箱安裝關鍵控制要點進行研究，通過對關鍵施工工序的把控，使得鋼套箱安裝能夠安全、快速、簡便完成。許高利[2]對灌河特大橋鋼浮體防撞設施的加工制造和運輸安裝進行技術分析和研究，總結了施工經驗。蔣春暉[3]對嘉紹大橋主墩的防撞套箱的安裝施工關鍵技術及控制要點進行了總結，為類似工程防撞設施安裝施工提供借鑒。丁海建等[4]詳細介紹了港珠澳大橋青州航道防撞套箱的運輸安裝技術。萬紹平[5]介紹了松浦三橋防撞鋼套箱準確就位的施工方法、鋼套箱整體吊裝和施工組織等的應對措施，并詳細敘述了吊裝設備選擇、吊裝施工前準備、吊裝施工工序和鋼套箱底板封孔等施工工藝。陳衛國等[6]介紹了金塘大橋主通航孔橋索塔墩承臺1 600 t 鋼套箱整體吊裝工藝的選擇，以及吊裝工藝實施的全過程。劉振宇等[7]介紹了崖門大橋主墩的防撞套箱加工、鋅加漆涂裝、箱體安裝的施工工藝。劉華等[8]采用Midas空間有限元軟件對椒江二橋主墩防撞鋼套箱底籃、內支撐、吊裝系統等按不同的工況進行了詳細的計算；并對鋼套箱安裝方案和關鍵控制點進行了詳細說明，確保鋼套箱的精確安裝。張雪峰等[9]對某跨海大橋主墩承臺防撞鋼套箱浮運、吊裝定位、封底、涂裝等運輸安裝工藝進行了詳細介紹。郭廣銀[10]介紹了復雜條件下金塘大橋東通航孔橋主墩防撞鋼套箱的設計與施工技術。張興志等[11]通過應用大量自動化焊接、涂裝設備，保證大型防撞鋼套箱的制造質量和精度，解決了大型防撞鋼套箱海上吊裝問題。林曉威[12]介紹了烏龍江大橋的自浮式復合材料防撞系統的節段預制拼裝工藝，避免了傳統防撞的設施安裝的諸多問題且大大縮短了施工工期。郭主龍等[13]介紹了海上橋梁承臺與承臺防撞橡膠-鋼套箱一體化的施工技術。

目前關于自浮式防撞裝置的安裝技術的研究主要集中在鋼套箱防撞設施，而對于復合材料防撞裝置、鋼-橡膠組合防撞裝置安裝技術的相關研究仍比較少。預壓式鋼-橡膠組合防撞裝置與傳統的鋼套箱防撞設施存在區別，前者安裝過程中需要向鋼套筒內填充輪胎以及發泡材料；同時，發泡材料對于鋼套筒的密封性能也提出了更高的要求，采用傳統的焊接連接方式施工質量難以保障。因此，本文結合池州長江公路大橋的實際情況，對預壓式鋼- 橡膠組合斷面防撞裝置的安裝技術進行研究。

1 工程概況

池州長江公路大橋為主跨828 m 的雙塔斜拉橋，跨徑布置為（828+280+100+105+210+105）m，橋墩基礎采用樁基礎，Z0—Z4 墩承臺均為低樁承臺，Z5—Z10 墩承臺均為高樁承臺。橋梁總體立面布置如圖1所示。

圖1 池州長江大橋立面布置圖（單位:m）

該橋的Z5 塔防撞設施采用預壓式筒形自浮式防撞結構；Z5 承臺、Z6—Z9 墩采用固定式防撞護舷方案。

預壓筒型自浮式防撞裝置總體布置如圖2 所示，其標準節段主要由內鋼筒、外鋼筒、輪胎、填充泡沫、預應力鋼筋以及橫隔板構成。通過在標準節段兩端張拉預應力，將輪胎預壓填充于內鋼筒與外鋼筒之間，填充輪胎規格為175/70R14；采用填充泡沫將內鋼筒、外鋼筒以及輪胎之間的空隙填滿，標準節段構造如圖3 所示。

圖2 預壓筒型自浮式防撞裝置總體布置圖

圖3 自浮式防撞結構標準節段示意圖（單位:cm）

部分外鋼筒采用鈦鋼復合板制造，在滿足正常力學性能要求的前提下，防腐性能極佳。部分外筒為鋼材與復合材料疊層結構，利用復合材料層耐腐蝕的特點，在輕度撞擊或刮碰后無需維護，也無需重新進行防腐處理。

標準節段之間通過法蘭盤連接，相鄰外筒之間采用搭接板連接保護法蘭盤，與傳統的焊接方式相比，法蘭盤連接的施工質量更高，且會讓拆卸、更換節段更為方便。節段之間的連接構造如圖4 所示。

圖4 標準節段之間連接構造

考慮到左塔柱1# 節段為裝置吃水最大節段，為改善裝置的總體自浮性能，因此在順水向前塔柱1#節段處設置浮箱，浮箱通過4 根連接立柱與1# 節段主體結構相連，其平面布置與立面布置如圖5 所示。

圖5 1# 節段浮箱布置圖（單位:cm）

Z5 承臺、Z6—Z9 橋墩立柱采用護舷防撞設施，護舷布設于承臺、橋墩的邊角部位，包住了絕大多數的承臺、橋墩邊角，既可保護船舶，又能避免船體對承臺、橋墩的直接沖擊，起到較好的緩沖吸能作用。當受到船舶沖擊時，允許橡膠護舷破壞，承臺預埋件不損壞，便于更換與后期維護。

2 安裝工作內容

本項目共包括預壓式筒形自浮式防撞結構設施2 套，D 型橡膠固定式防撞護舷391 套。其中Z5 主墩采用2 套預壓式筒形自浮式防撞結構，如圖6 所示；Z5 承臺及Z6—Z9 墩采用D 型橡膠固定式防撞護舷，如圖7 所示。

圖6 Z5 主墩防撞設施

圖7 D 型防撞設施平面布置圖

由于自浮式浮筒安裝作業適合在低水位時施工，為了確保總體工期的實現，在高水位時優先安裝Z6 至Z9 橋墩上半部分D 型橡膠固定式護舷，待低水位時再進場進行Z6 至Z9 墩下半部分的D 型橡膠護舷以及Z5 自浮式浮筒、承臺D 型護舷的安裝工作。D 型橡膠護舷防撞設施的橫截面構造如圖8所示。

圖8 D 型橡膠護舷防撞設施橫截面圖（單位：mm）

施工過程中要投入足夠多的機械設備、人力及物力，并進行精心組織、科學安排、采取有效的措施，科學合理組織施工，才能確保總工期目標的實現。

3 防撞裝置安裝技術

3.1 安裝流程

施工前組織需對施工周邊運輸路線、器械設備進場路線、附近水域船舶航行及避風錨地等進行實地勘察，并收集池州長江公路大橋施工區域的水文、氣象等有關資料，確定項目施工處綜合情況，分析對現場施工的影響，便于制定措施和落實組織。進行安全教育，并根據該項目特點和施工方案組織詳盡的安全技術交底，明確水上施工的安全防范要點，落實施工船舶、機械設備、安全設施、設備及防護用品進場計劃，所有設備、吊具需提前進行檢測，確保設備狀態良好和使用安全，并制定針對整個工程的安全保證計劃，應急措施預案。落實場地，防撞設施進出堆放拼裝場地路線、施工區域進出場路線及方案，針對現場實際，制定詳細的安裝方案。防撞設施的安裝根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/TF 50—2011）[14]以及《鋼結構設計規范》（GB 50017—2003）[15]進行。

防撞設施的安裝工作主要由2 部分組成：一是對于Z5 主墩左右主塔柱的自浮式防撞裝置的安裝，二是對Z5 主墩承臺和Z6—Z9 墩的D 型固定式橡膠護舷的安裝。總體安裝流程如圖9 所示。

圖9 防撞設施安裝流程圖

3.2 自浮式浮筒安裝技術

根據池州長江大橋現場條件，可按以下步驟進行操作施工：

（1）浮吊船及施工設備、施工人員等進場，熟悉防撞設施從堆放場地至安裝現場的浮運航線，確保途中無意外發生；

（2）進行現場施工配電設施架設、布放，機械、設備、人員進場就位；

（3）提前在Z5 主墩左塔及右塔處劃線定位，標記準備吊卸的節段編號，利用浮吊船舶把防撞設施自浮式浮筒節段按照順序進行吊卸；

（4）將全部自浮式浮筒節段按照編號吊卸完成后，將導鏈拉緊進行預拼裝；

（5）預拼裝工作完成后，通過定位裝置進行節段拼裝工作，將各個法蘭盤進行連接但不緊固螺栓，為最后拼裝微調留空隙；

（6）利用葫蘆及浮吊船進行微調后，將所有法蘭進行對接拼裝后進行螺栓緊固，全部螺栓進行防脫松處理，安裝外鋼筒密封板，并在連接區域間隙部分灌注聚氨酯發泡料，最后，為每個節段預留的人孔安裝孔蓋，完成整個裝置的密封工作；

（7）Z5 墩左右塔柱防撞全部安裝完成后，清理承臺施工殘留建筑垃圾，人員及設施設備撤場。

自浮式浮筒的安裝流程以及安裝完成后的效果如圖10 所示。

圖10 自浮式浮筒安裝示意圖

3.3 自浮式浮筒安裝技術

（1）施工人員及機械設備進場，制作工裝、按照圖紙復核原結構尺寸、配置電線電箱等準備工作。

（2）D 型護舷在北岸指定堆場處堆場，利用汽車吊將預安裝D 型橡膠護舷吊入施工船舶。

（3）將工裝，工具，勞保用品等備齊，搭建施工平臺，根據現場水位情況，采用船舶作為施工平臺或利用植筋安裝工裝平臺（見圖11）。

圖11 施工平臺示意圖

（4）根據防撞護舷設計文件，結合實際情況，適當調整放線定位。定位時，需預留相應的正公差，使固定式橡膠護舷能安全地將其連接緊固。

（5）定位后，利用施工船對靠近水位的第一排進行鉆孔、植筋工作，鉆孔孔徑及鉆孔深度滿足設計要求，并要求每孔檢驗。

（6）處理承臺表面，在防撞橡膠護舷安裝前，將承臺混凝土表面打磨調平，使之干凈、干燥。然后用鼓風機清潔鉆孔，用鋼絲毛刷刷孔壁，并再次清孔（刷3 次，清3 次），待其干燥后才能進行植筋。

（7）植筋（見圖12）：注射式錨固膠粘劑采用環氧類產品，并符合《混凝土結構加固設計規范》（GB 50367—2013）中對植筋膠的相關要求。未達到設計強度前，不能安裝橡膠護舷。

圖12 鉆孔植筋示意圖

（8）完成第一排的鉆孔植筋后，人員攜帶工具站在工裝上，由下而上進行第二排鉆孔、植筋工作。重復（4）～（8）步驟完成所有鉆孔植筋工作后可進行吊裝D 型橡膠護舷。

（9）待植筋膠達到設計強度后，開始護舷吊裝（見圖13）。將待安裝橡膠護舷從棧橋上吊裝到貨船上，運至待安裝地點。吊帶穿過橡膠護舷上的安裝吊環，吊裝到安裝位置，調整護舷位置，使植筋螺栓穿過對應安裝孔，擰緊螺母安裝固定。

圖13 D 型橡膠固定護舷示意圖

（10）轉移吊裝設施，繼續下一護舷安裝。

（11）安裝結束后拆除吊裝機具，清理原結構臨時錨栓及安裝現場，保持現場整潔。

4 質量控制要點

為了保障整個安裝施工過程順利進行，在標準節段的制作、吊裝過程中需要注意以下幾點：

（1）制作標準節段時，需將節段豎立，按照圖紙要求裝配輪胎，將輪胎預壓填充于內鋼筒與外鋼筒之間；采用聚氨酯發泡工藝將內鋼筒、外鋼筒以及輪胎之間的空隙填滿；發泡參數按發泡材料廠商提供的要求填充，通過在各小節段內壁四周上開設的小孔用壓力泵將攪拌均勻的2 種化學液體按計算的重量灌入小節段內發泡。各小節段填充完畢再組焊成長節段后后再對內腔進行發泡。

（2）吊裝施工前，首先應對橋墩及承臺實際外形尺寸，作為后續施工準備工作的依據。

（3）在Z6—Z9 號墩承臺護舷設計標高位置用鋼筋探測儀探明結構鋼筋位置，如與鋼筋沖突，應適當調整防撞設施錨固位置，避開受力鋼筋。如遇到橫向鋼筋，則需要將安裝位置整體向上或向下移動，以避開鋼筋。如遇到豎向鋼筋，則適當向左右移動，確保鉆孔位距離鋼筋5 cm 以外，且距離設計鉆孔位置在5 cm 以內，應標出錨栓鉆孔位置。

5 結 語

本文介紹預壓式鋼- 橡膠組合斷面防撞裝置的安裝技術，包括自浮式浮筒的安裝技術以及D 型固定式橡膠護舷的安裝技術，以及向防撞裝置內填充輪胎和發泡材料的施工工藝。防撞裝置標準節段之間采用法蘭盤連接，相比傳統的焊接方式，施工質量能夠得到更好的保障；同時，節段的拆卸更換也更為便利。采用以上安裝技術，鋼-橡膠組合斷面防撞裝置的安裝施工順利完成，且質量合格，可以為類似工程的安裝施工提供參考借鑒。