鋼桁架橋多點浮托施工工藝分析及應用研究

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

在現代的橋梁建設中，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越常見。鋼桁梁橋是主梁由位于多個平面內的鋼桁架組合連接而形成的整體穩(wěn)定性結構。鋼桁架橋的主要特點是結構自重輕、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、浮運施工法、頂推施工法等。在施工建設過程中，一般會同時采用兩種或者兩種以上的施工方法，如浮托頂推法等。

在橋梁建設中由于受航道、場地、工期條件限制，鋼桁梁施工無法采用支架、吊裝、轉體等方法。為降低橋梁施工對航道的影響，短時封航，同時節(jié)約工期，主橋可采用浮托法架設。在水中架設鋼桁梁時常采用浮拖法，此法就是將鋼梁組拼后，經過縱拖使一端伸出河岸膺架、橋臺或另一跨橋墩支拖于浮船托架上，用拖拉設備牽引，使浮船向前移動，連同鋼梁達到前一孔就位，這種方法的特點是易于操作、施工方便，同時所用設備、器材少，且施工進度快、最主要的是解決了通航與施工的矛盾，保證通航架設兩不誤(只需斷航3—4h)，是一種比較簡單可靠的架設方法。宣杭鐵路改建工程湖州特大橋采用了鋼桁梁浮托施工。此外中國香港將軍澳大橋施工中也運用了整體浮托法，在我國內內海橋梁中屬于首例，見圖1。

圖1 整體浮托法架設拱橋

采用浮托施工工藝安裝跨運河的鋼桁架橋梁相對來講是比較成熟的一個施工工藝，但針對每座橋所處的不同施工環(huán)境和現場施工條件，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，通過工程實踐和理論研究，介紹了一種采用多點支撐的鋼桁架橋梁浮托施工工藝，對浮托過程中支撐點間的協調和梁體控制提出了更高的要求。該方法的應用進一步完善了浮托施工工藝，豐富了工程經驗。

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°（路線前進方向與航道中心線的右偏角），斜橋正做。航道改建標準為三級（通航凈空要求為60×7.0m），設計最高通航水位2.004m(85國家高程系)。

主橋采用81.92m鋼桁架，主橋鋼結構總重為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.安裝方案設計

3.1 方案比選

本工程主橋橫跨航道，引橋位于鎮(zhèn)區(qū)，兩側居民房屋密集，距主橋西側7m處有10KV高壓供電線路，現場施工場地狹小，施工條件較為困難。因此，主橋的安裝受現場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，現場無整體拼裝場地；如采用頂推方案，則需在航道邊側打設臨時鋼管支撐架，由于蘇申外港線船舶流量較大，且船舶噸位等級高，施工期間安全風險大。而浮托法只需要使用普通的運輸駁船配合必要的定位裝置和對接裝置。相比于其他的安裝方法，浮托法成本更低，耗時更短，受其他因素制約更少。經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數量可分為多支點滑移和4支點滑移，相較于4支點滑移，多支點滑移的優(yōu)點有：每個支點處均設置了橫向限位裝置，浮托過程中不容易出現橫向偏位；支架上方支撐點相比較浮托船上方支撐點而言更為穩(wěn)固，可以最大程度地限制浮托船的行進中的擺動，拖拉過程中的穩(wěn)定性更好；多支點拖拉時，支架滑道梁索承受的荷載相對較小，臨時支架結構更為安全。因此本工程選擇多點浮托法。

3.2 方案落實

方案確定在運河南側引橋區(qū)域進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欄高度的影響，如采用通長滑道梁，則浮船安裝支架的高度將達到10m以上，且落梁前臨時支撐在支座上的總高度達到2.2m，給浮托過程中浮船的穩(wěn)性及落梁的穩(wěn)定性帶來及不利的安全隱患。經研究確定采用高低滑道梁的形式，即在11#墩柱上下梯道平臺邊緣處將處滑道梁斷開，分兩個高程面設置，兩段滑道梁的高差為1.7m（圖3）。

圖3 高低滑道梁設置

該滑道系統包括上滑道、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置預拱度，故在下弦桿下方設置通長上滑道，在引橋橋面上設置下滑道，在上下滑道間設置摩擦系數較低的MGE高分子滑板：拖拉上滑道設于下弦桿下方，由2H400×400型鋼組成，通過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，一方面保證鋼梁預拱度設置要求時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涂裝；下滑道采4根I56工字鋼拼裝，設置在鋼管支架橫梁上，滑板錨固于下滑道上。

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

4.安裝工序

4.1 施工前準備

（1）對纜繩、駁船加固、滑道、頂推（拖拉）設備、臨時支撐等進行嚴格檢查，確保符合方案及設計要求。

（2）進行抽灌水試驗，測定水泵性能、抽水速度、隔艙水密性等。

（3）對浮托經過的航道進行詳細探測，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，船底應高出河床一定距離，確保安全。

（4）鋼桁架拖拉前，應向當地氣象部門了解施工期間的氣象預報，在風力達到5級以上時不應施工。

（5）作業(yè)前在下弦桿做好拖拉位移標記，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)點到達9#墩上方；在E4、E6、E4'布設千斤頂，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)點到達9#墩上方，浮船就位；拆除E 5'～E 3'滑道梁，并進行整體落架（圖8）。

圖8 拆除E5'～E3'并進行整體落架

（6）封航，拉設浮船定位鋼絲繩，浮船排水頂托鋼桁架，固定浮船支點（圖9）。

圖9 浮船排水頂托鋼桁架

（7）鋼桁架浮托牽引過河（圖10）。

圖10 鋼桁架浮托牽引過河

圖11 鋼桁架浮托牽引過河現場情況

①拖拉時，采用2臺8噸卷揚機走6道鋼絲繩作為主動力，反向拖拉滑移前進。拖拉錨點設置在下弦與橫梁連接節(jié)點板處，后錨錨固端設置在前滑道上的臨時支撐架上。桁架橋主桁節(jié)點下設置滑移滾輪進行拖拉。

②由于卷揚機滾筒鋼絲繩存量無法滿足全橋長度拖拉，因此每2個大節(jié)點設置一個拖拉錨點（分別在E4，E4’，E0’，E0），每拖拉2個大節(jié)間長度后進行錨點替換工作。

③在浮托牽引施工過程中，控制好各隔倉的排水速度，注意對船舶浮托水位線、平穩(wěn)性觀測，使水位線變化不超過5cm。同時對橋梁的軸線、高程的變化進行監(jiān)測，及時糾偏。滑移過程中做好各支點滑移小車及墊塊的替換工作，以及牽引拉錨點的替換?？紤]最后E0'為單支點滾輪，受力較大，在桁架下弦縱向設置雙輪滑移。

④動滑輪組結構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)點到達8#墩頂支座后，隨即進行支座上方的墊塊支承，調整支點軸線。先拆除9#墩頂縱向滑移的滾動小車等其它裝置，墊放支承墊塊，然后再解除浮船支點捆綁臨時固定鋼絲繩，同時進行船艙注壓水施工，使船舶支點脫離桁架下弦桿，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5000KN千斤頂進行落架施工。落架時用千斤頂和支承墊塊抽墊交替進行，每次落架的高度需根據千斤頂的行程而定，禁止超行程落架。8#墩與9#墩進行交替落梁，兩端落梁高差小于50cm。

②落梁就位前再次進行橋梁軸線的校驗，如有偏差及時糾偏到位。

5.分析及總結

5.1 優(yōu)缺點分析

（1）優(yōu)點。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。

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

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

③方案中浮船支架采用八點支撐（單側四點），桁架擱置于船舶支架上，相當于一個支撐平衡桿，且在浮托前下弦桿與浮船支撐縱梁抱箍成整體，使船舶在浮托過程中穩(wěn)定前行，大大減小了船體傾覆風險。

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

①采用卷揚機作為動力進行反拖拉。方案中采用卷揚機作為動力進行反拖拉，浮托行進速度較千斤頂頂推行進速度較快，但沒有考慮到錨點更換及滑輪組移位所花費的時間較長。

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

一是在浮托過程中，每拖拉一個節(jié)段必須更換滑車的位置，由于現場施工場地狹小，整個滑車的更換采用卷揚機配合人工進行，所花費的時間較長。

二是在浮托過程中，由于受力體系的變化，易使中間位置處的滑車脫空，通過千斤頂頂升墊實所花費的時間較長。

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、市港航中心對現場的安全施工十分的重視。市港航中心牽頭對屯村大橋投入使用5G北斗安全智能監(jiān)管系統，通過北斗定位系統結合人工視覺技術，通過5G傳輸云端進行智能分析，實時對現場施工行為進行監(jiān)管，并對安全帽、救生衣等特定必備穿戴物品進行監(jiān)測和警示提醒。

在本次浮托過程中，總、分包單位公司的管理層、總監(jiān)、市港航中心領導均到施工一線進行現場監(jiān)督和指導，結合5G北斗安全智能監(jiān)管系統的使用，使本項目的鋼桁架浮托安裝施工安全可控、平穩(wěn)就位。

但在現場安全管理細節(jié)方面還是存在著一些不足之處：

（1）由于現場沒有進行人員區(qū)域劃分和標識，再加上現場區(qū)域狹小，在物件吊裝過程中，存在著人員穿梭現象，給現場施工帶來不利安全因素。

（2）現場安全管理人員存在部分施工點安全監(jiān)督不到位的情況。由于現場條件限制，支墊塊等諸多重物通過人工進行移運或抬運，由于個別施工人員安全意識不足，經驗主義較強，再加上現場安全人員對部分施工點監(jiān)督不到位，現場存在個別違規(guī)操作現象。

5.3 總結

本項目的鋼桁架浮托安裝施工總體安全可控，但在一些細節(jié)上考慮不周，再加上現場的一些客觀因素，使浮托安裝時間延長，但通過總結，可能會給今后的浮托安裝施工提供一定的參考價值。

（1）對于浮托安裝采用的動力裝置建議采用千斤頂頂推較為合適。卷揚機雖然從受力和安全性上可行，但在過程中更換錨點及到位前更換頂推裝置較費時。

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

（3）由于采用浮船在水上浮托前行，浮船受風載、水流等影響因素較多，其過程當中受力存在著瞬間變化的可能，所以在進行浮托方案設計時，應選擇最不利工況或可能出現的最不利工況進行驗算，以確保方案安全可靠，萬無一失。