钢桁架桥多点浮托施工工艺分析及应用研究

2021-12-09王淮谢亿秦彭广益江苏省苏州市港航事业发展中心

珠江水运 2021年20期

王淮谢亿秦彭广益江苏省苏州市港航事业发展中心

朱建吴江市明港道桥工程有限公司

1.引言

在现代的桥梁建设中，由于地形和水文条件等因素的影响，组合体系桥梁的形式在工程中越来越常见。钢桁梁桥是主梁由位于多个平面内的钢桁架组合连接而形成的整体稳定性结构。钢桁架桥的主要特点是结构自重轻、施工方法多样，主要的施工方法有：门吊施工法、浮吊施工法、悬臂施工法、浮运施工法、顶推施工法等。在施工建设过程中，一般会同时采用两种或者两种以上的施工方法，如浮托顶推法等。

在桥梁建设中由于受航道、场地、工期条件限制，钢桁梁施工无法采用支架、吊装、转体等方法。为降低桥梁施工对航道的影响，短时封航，同时节约工期，主桥可采用浮托法架设。在水中架设钢桁梁时常采用浮拖法，此法就是将钢梁组拼后，经过纵拖使一端伸出河岸膺架、桥台或另一跨桥墩支拖于浮船托架上，用拖拉设备牵引，使浮船向前移动，连同钢梁达到前一孔就位，这种方法的特点是易于操作、施工方便，同时所用设备、器材少，且施工进度快、最主要的是解决了通航与施工的矛盾，保证通航架设两不误(只需断航3—4h)，是一种比较简单可靠的架设方法。宣杭铁路改建工程湖州特大桥采用了钢桁梁浮托施工。此外中国香港将军澳大桥施工中也运用了整体浮托法，在我国内内海桥梁中属于首例，见图1。

图1 整体浮托法架设拱桥

采用浮托施工工艺安装跨运河的钢桁架桥梁相对来讲是比较成熟的一个施工工艺，但针对每座桥所处的不同施工环境和现场施工条件，所采取的工艺和措施也是有一定区别的。本文依托屯村大桥浮托施工展开，通过工程实践和理论研究，介绍了一种采用多点支撑的钢桁架桥梁浮托施工工艺，对浮托过程中支撑点间的协调和梁体控制提出了更高的要求。该方法的应用进一步完善了浮托施工工艺，丰富了工程经验。

2.工程概况

拟改建的屯村大桥位于苏州吴江，横跨苏申外港线航道，桥梁与航道夹角90.2°（路线前进方向与航道中心线的右偏角），斜桥正做。航道改建标准为三级（通航净空要求为60×7.0m），设计最高通航水位2.004m(85国家高程系)。

主桥采用81.92m钢桁架，主桥钢结构总重为620吨，其中主桁采用带竖杆的华伦式三角形腹杆体系，主桁上下弦杆及端斜杆均采用箱形截面，其余腹杆均采用焊接H形截面。

3.安装方案设计

3.1 方案比选

本工程主桥横跨航道，引桥位于镇区，两侧居民房屋密集，距主桥西侧7m处有10KV高压供电线路，现场施工场地狭小，施工条件较为困难。因此，主桥的安装受现场施工条件的制约性较大。

图2 钢桁架总体布置图（单位：mm）

常见的桥梁架设方法有浮吊法、顶推法及浮托法。本工程如采用浮吊整体吊装方案，现场无整体拼装场地；如采用顶推方案，则需在航道边侧打设临时钢管支撑架，由于苏申外港线船舶流量较大，且船舶吨位等级高，施工期间安全风险大。而浮托法只需要使用普通的运输驳船配合必要的定位装置和对接装置。相比于其他的安装方法，浮托法成本更低，耗时更短，受其他因素制约更少。经比选最终确定采用浮托安装工艺。

浮托船拖拉滑移按照下方支点数量可分为多支点滑移和4支点滑移，相较于4支点滑移，多支点滑移的优点有：每个支点处均设置了横向限位装置，浮托过程中不容易出现横向偏位；支架上方支撑点相比较浮托船上方支撑点而言更为稳固，可以最大程度地限制浮托船的行进中的摆动，拖拉过程中的稳定性更好；多支点拖拉时，支架滑道梁索承受的荷载相对较小，临时支架结构更为安全。因此本工程选择多点浮托法。

3.2 方案落实

方案确定在运河南侧引桥区域进行主桥钢桁架的拼装，由于引桥11#墩处保留的人行梯道及引桥原有护栏高度的影响，如采用通长滑道梁，则浮船安装支架的高度将达到10m以上，且落梁前临时支撑在支座上的总高度达到2.2m，给浮托过程中浮船的稳性及落梁的稳定性带来及不利的安全隐患。经研究确定采用高低滑道梁的形式，即在11#墩柱上下梯道平台边缘处将处滑道梁断开，分两个高程面设置，两段滑道梁的高差为1.7m（图3）。

图3 高低滑道梁设置

该滑道系统包括上滑道、滑板、下滑道。钢桁架下弦杆底面有拼接板和外露螺栓，且钢桁架自身也需要设置预拱度，故在下弦杆下方设置通长上滑道，在引桥桥面上设置下滑道，在上下滑道间设置摩擦系数较低的MGE高分子滑板：拖拉上滑道设于下弦杆下方，由2H400×400型钢组成，通过钩头螺栓固定于下弦杆的底板上。型钢与下弦杆的底板之间的间隙塞填硬杂木，一方面保证钢梁预拱度设置要求时上滑道底面保持平直，另一方面防止型钢与钢梁表面摩擦损害防护涂装；下滑道采4根I56工字钢拼装，设置在钢管支架横梁上，滑板锚固于下滑道上。

另外，由于现场施工场地狭窄，桥梁两侧居民房屋密集，且有高压线影响，桥梁两侧无拼装空间，只能选择在12～14#墩保留的引桥桥面上进行钢桁架的拼装，整个拼装分两次，先拼装E0～E6节段，拼装完成后将E0节点拖拉至9#墩附近，再次拼装E6～E0’节段，整个拼装完成后进行整体浮托安装施工。

4.安装工序

4.1 施工前准备

（1）对缆绳、驳船加固、滑道、顶推（拖拉）设备、临时支撑等进行严格检查，确保符合方案及设计要求。

（2）进行抽灌水试验，测定水泵性能、抽水速度、隔舱水密性等。

（3）对浮托经过的航道进行详细探测，充分掌握不同水位的河床深浅、流速、流向，使船体在最大吃水量及最低水位时，船底应高出河床一定距离，确保安全。

（4）钢桁架拖拉前，应向当地气象部门了解施工期间的气象预报，在风力达到5级以上时不应施工。

（5）作业前在下弦杆做好拖拉位移标记，用以观察左右下弦拖拉速度是否一致。

4.2 施工步骤

（1）设置高低滑道梁，拼装E0～E6节段（图4）。

图4 拼装E0～E6节段

（2）拖拉E0～E6节间钢桁架，空出滑道梁，满足剩余部分E6～E0'节点钢桁架的拼装（图5）。

图5 拖拉E0～E6节段

（3）拼装E6～E0'节点钢桁架，并整体降低高度替换滑移小车（图6）。

图6 拼装E6～E0'节段

（4）牵引滑移钢桁架，交替替换滑移小车使E3节点到达9#墩上方；在E4、E6、E4'布设千斤顶，同步顶升钢桁架；拆除E3'～E0'钢滑道梁（图7）。

图7 拆除E3'～E0'

（5）牵引滑移钢桁架，使E4节点到达9#墩上方，浮船就位；拆除E 5'～E 3'滑道梁，并进行整体落架（图8）。

图8 拆除E5'～E3'并进行整体落架

（6）封航，拉设浮船定位钢丝绳，浮船排水顶托钢桁架，固定浮船支点（图9）。

图9 浮船排水顶托钢桁架

（7）钢桁架浮托牵引过河（图10）。

图10 钢桁架浮托牵引过河

图11 钢桁架浮托牵引过河现场情况

①拖拉时，采用2台8吨卷扬机走6道钢丝绳作为主动力，反向拖拉滑移前进。拖拉锚点设置在下弦与横梁连接节点板处，后锚锚固端设置在前滑道上的临时支撑架上。桁架桥主桁节点下设置滑移滚轮进行拖拉。

②由于卷扬机滚筒钢丝绳存量无法满足全桥长度拖拉，因此每2个大节点设置一个拖拉锚点（分别在E4，E4’，E0’，E0），每拖拉2个大节间长度后进行锚点替换工作。

③在浮托牵引施工过程中，控制好各隔仓的排水速度，注意对船舶浮托水位线、平稳性观测，使水位线变化不超过5cm。同时对桥梁的轴线、高程的变化进行监测，及时纠偏。滑移过程中做好各支点滑移小车及垫块的替换工作，以及牵引拉锚点的替换。考虑最后E0'为单支点滚轮，受力较大，在桁架下弦纵向设置双轮滑移。

④动滑轮组结构的施工有一定的空间限制（约5m左右），因此不能一次拖拉到位，需要顶推完成。即在滑道梁上焊接顶推千斤顶反力架座，然后用200吨千斤顶加传力连接杆顶推就位。

（8）钢桁架浮托就位：桁架E0节点到达8#墩顶支座后，随即进行支座上方的垫块支承，调整支点轴线。先拆除9#墩顶纵向滑移的滚动小车等其它装置，垫放支承垫块，然后再解除浮船支点捆绑临时固定钢丝绳，同时进行船舱注压水施工，使船舶支点脱离桁架下弦杆，退出浮托施工区域，完成浮托施工（图12）。

图12 钢桁架浮托就位

（9）钢桁架千斤顶落梁就位（图13）。

图13 钢桁架千斤顶落梁就位

①浮托船退出后，随即布设5000KN千斤顶进行落架施工。落架时用千斤顶和支承垫块抽垫交替进行，每次落架的高度需根据千斤顶的行程而定，禁止超行程落架。8#墩与9#墩进行交替落梁，两端落梁高差小于50cm。

②落梁就位前再次进行桥梁轴线的校验，如有偏差及时纠偏到位。

5.分析及总结

5.1 优缺点分析

（1）优点。屯村大桥钢桁架的浮托安装施工工艺与以往相类似桥梁的浮托安装工艺相比，主要有以下优点。

①钢桁架采用多点滑车支撑滑移，滑道、支架应力分配相对均匀，避免了应力集中，且浮托过程中稳定性保障程度高。

②利用现有条件，通过多次降落梁，尽可能降低了浮船支架的高度，使浮船整体重心下移，大大提高了浮托过程中浮船的稳型。另外，通过过程当中的降落梁降低了浮托就位后支座上临时支撑的高度，有效降低了落梁的施工风险。

③方案中浮船支架采用八点支撑（单侧四点），桁架搁置于船舶支架上，相当于一个支撑平衡杆，且在浮托前下弦杆与浮船支撑纵梁抱箍成整体，使船舶在浮托过程中稳定前行，大大减小了船体倾覆风险。

（2）缺点。屯村大桥浮托安装工艺虽然总体安全可控性高，但在部分细节上考虑不充分，从而造成浮托过程中时间不可控，使浮托封航时间延长。

①采用卷扬机作为动力进行反拖拉。方案中采用卷扬机作为动力进行反拖拉，浮托行进速度较千斤顶顶推行进速度较快，但没有考虑到锚点更换及滑轮组移位所花费的时间较长。

②采用多点滑车支撑进行浮托。多点滑车支撑增加了浮托过程中整个的安全稳定性，但存在以下缺点：

一是在浮托过程中，每拖拉一个节段必须更换滑车的位置，由于现场施工场地狭小，整个滑车的更换采用卷扬机配合人工进行，所花费的时间较长。

二是在浮托过程中，由于受力体系的变化，易使中间位置处的滑车脱空，通过千斤顶顶升垫实所花费的时间较长。

5.2 安全管理分析

由于钢桁架的浮托安装属于危大工程，且本项目中受到的客观影响因素较多，作为总包单位、分包单位、总监办、市港航中心对现场的安全施工十分的重视。市港航中心牵头对屯村大桥投入使用5G北斗安全智能监管系统，通过北斗定位系统结合人工视觉技术，通过5G传输云端进行智能分析，实时对现场施工行为进行监管，并对安全帽、救生衣等特定必备穿戴物品进行监测和警示提醒。

在本次浮托过程中，总、分包单位公司的管理层、总监、市港航中心领导均到施工一线进行现场监督和指导，结合5G北斗安全智能监管系统的使用，使本项目的钢桁架浮托安装施工安全可控、平稳就位。

但在现场安全管理细节方面还是存在着一些不足之处：

（1）由于现场没有进行人员区域划分和标识，再加上现场区域狭小，在物件吊装过程中，存在着人员穿梭现象，给现场施工带来不利安全因素。

（2）现场安全管理人员存在部分施工点安全监督不到位的情况。由于现场条件限制，支垫块等诸多重物通过人工进行移运或抬运，由于个别施工人员安全意识不足，经验主义较强，再加上现场安全人员对部分施工点监督不到位，现场存在个别违规操作现象。