52. 88m公路简支钢桁梁浮拖架设施工技术
摘要:公路简支钢桁梁浮拖架设是一个新的尝试,较好地丰富了钢桁梁浮拖架设的内容。

对施工方案进行了比选,介绍了拼梁平台、纵移滑道、浮船托架、牵引设备等主要施工设施及`悬臂拖拉、浮船计算、模拟试验、实施浮拖、高位落梁等关键施工技术。

关键词:公路钢桁梁浮拖架设施工技术
钢桁梁架设方法甚多,膺架法、悬臂法、索吊法、浮吊法、浮运法、拖拉法等,根据设计及施工情况合理选择。

其中,浮拖法是将浮运法与拖拉法结合起来的一种架设方法。

铁路钢桁梁浮拖架设较多,而公路则甚少。

如何成功地将浮拖法应用到公路钢桁梁的架设是本文将要探讨的对象,探讨的范围主要包括公路钢桁梁浮拖架设的施工设施及关键技术。

1 工程概况
常州市常漕线运村大桥位于江苏232省道上,是一座下承式简支钢桁梁。

该桥横跨锡溧漕运河运村段,南北贯通常漕公路,桥下为Ⅴ级自然航道,运输繁忙。

运河常水位吴淞高程为3.8m,水位受季节影响较大,枯水期可下降0.3m～0.5m,雨季可上涨0.6m～1.0m;中心航道水深3.0m;流速仅受过往船只影响,封航时流速很小,可不予考虑;多年平均
风速为3.0m/s,瞬时最大风速24m/s,常风向为ESE向,频率为13%。

该桥跨径52.88m,主桁中心距11.4m,宽跨比1/4.64;主桁采用带竖杆的三角形腹杆体系,节间长度6.61m,主桁高度8m,高跨比为1/6.61。

上下平纵联均为X形式,与弦杆在节点处连接;同时,在钢桁梁两端斜杆所在的斜平面设置桥门架,上弦每两个节点处设一道横联。

桥面系为叠合梁,由下面的钢桁梁和上面的桥面板结合而成。

钢桁梁采用纵横梁体系,桥面板采用钢筋混凝土结构,通过剪力钉相连。

2 施工方案比选
由于该桥横跨运河,过往船只日均达800艘,最大吨位700t,允许断航的时间非常有限;运河航道尚为自然航道,两岸侧即为居民区,桥位处航道宽度仅为50m,而海事部门要求通航孔须在25m以上;此外运河上游近桥位处还有跨河高压线路。

根据以上现场施工条件,走行吊机架设法、浮吊法、浮运法等均不适合于钢桁梁的架设,而对于单跨钢桁梁悬臂法显然没有必要。

针对以上情况还有4种方案可供选择。

(1)膺架拼装架设。

此方案优点是钢桁梁一次拼装到位。

缺点是为了达到通航孔径要求,支架跨径较大;水中吊装杆件稳定性不易控制,且严重影响通航;过往船只通行对支架安全也是一个很大的考验。

(2)缆索吊装架设。

此方案优点是不受航道限制,对通航也没有影响。

缺点是施工速度慢,投入也较大。

(3)纵向拖拉架设。

优点是在岸上拼装钢桁梁,速度快,拼装精度高。

缺点同膺架拼装架设,需搭设跨河支架,且纵移滑道太长。

(4)浮拖架设。

它是纵向拖拉架设与浮运架设的综合运用,相比纵向拖拉架设,跨河支架变成了在船上可以浮动的托架,对通航的影响非常有限。

它的缺点显而易见,浮船的稳定性控制难度较大。

经过认真地论证与比选,最终确定(4)浮拖架设方案为本桥钢桁梁的实施方案。

3 主要施工设施
(1)拼梁平台。

钢桁梁在岸侧引道上拼装。

由于引道宽度不足及设有1.5%的纵坡,在引道上设混凝土支墩,引道外侧设φ426×8mm钢管桩支墩,支墩上设纵向托架。

钢桁梁即在托架上拼装,同时托架又是钢桁梁纵向拖拉的下滑道。

(2)纵移滑道。

纵移滑道采用“短上滑道、平坡通长下滑道”的形式。

如(1)所述,托架作为钢桁梁纵向拖拉的下滑道,采用3根I56工字钢通长并排放置。

上滑道采用由A3钢板专门加工的拖船(图1)。

(3)浮船托架。

浮船采用单只平底铁驳,结构形式为横骨架式,船体及强力甲板材料为钢质,强力甲板位置在主甲板上。

浮船总长42.8m,船龙骨长40.6m,满载水线长41.6m;船宽8.7m,最大船宽8.85m;型深2.95m,最大船高4.8m;空载吃水0.6m,满载吃水2.5m;船舱长26m,宽6.5m,高3m;货舱数量1个。

为防止舱内水的流动导致浮船的摆动,船舱用薄钢板对称隔成四个区。

托架采用φ426×8mm钢管支墩形式,两侧主桁下各8根钢管,钢管在舱内对称布置;为保证钢管支墩的横向稳定性,两侧主桁中间再设一排钢管,钢管之间用槽钢联结。

钢管底设分配梁,以使荷载均匀传到船底龙骨上;钢管顶同样设分配梁以承托钢桁梁。

托架与浮船固结(图2)。

(4)牵引设备。

牵引设备采用8t单筒慢速卷扬机一台,每分钟8.5m,走13绳滑车组,在拼梁对岸钢桁梁中心延长线上设混凝土重力式锚锭。

为有效控制浮拖过程中钢桁梁的惯性运动,在拼梁侧钢桁梁后面设同样卷扬机及锚锭。

同时为了调整浮拖过程中钢桁梁中线偏差,在浮船四个角上各设一台5t卷扬机,并在岸上适当位置处设置桩龙。

4 关键施工技术
4.1 悬臂拖拉计算
(1)杆件内力计算。

为使钢桁梁上墩,浮拖过程中钢桁梁在浮船上悬出两个主桁节间,由于设计时已确定浮拖架设方案,并对杆件进行加强,无需计算悬臂两节时的钢桁梁各杆件内力。

但受地形限制,钢桁梁上船前,在滑道上拖拉时,钢桁梁需悬臂三节才能上船,此时已非设计工况,需计算各杆件内力。

上船前钢桁梁拖拉时,每侧主桁下布置二个上滑道拖船,分别位于端节点E0和E3′节点处,建立空间计算模型(图3)。

经计算各杆件内力均满足设计规范要求,无需对杆件加固。

(2)拖拉稳定及挠度计算。

拖拉稳定只需计算纵向稳定,稳定系数应大于 1.3[1],经计算为1.29,为策于安全性,在钢桁梁非悬臂部分端部用桥面板压重。

挠度主要由两部分组成:钢桁梁自重和人员、机具等荷载产生的弹性挠度,经计算;钢桁梁上拱度引起前端的下挠度。

总挠度,钢桁梁拖拉过程中下弦底面距下滑道200mm,满足要求。

4.2 浮船计算
(1)压舱水计算。

浮船压舱水计算需考虑以下几种。

①平衡压舱水。

浮船中间部分载重时,为抵消浮力在首、尾端产生的力矩,在首、尾舱里的压舱水,按船尾50m3、船首70m3考虑。

②反力压舱水。

E3′节点处两拖船脱空,反力为零,钢桁梁悬臂部分由浮船承托,此时反力为1311kN。

则所需压舱水量:
③浮船及托架弹性压缩的相当压舱水
按最大压缩量5cm考虑,则所需相当压舱水量:
④施工间隙的相当压舱水,钢桁梁上船及上墩时,下弦底面与托架需有一定的间隙,浮船才能自由进出,按5cm考虑。

则所需压舱水量:
⑤备用压舱水,意外情况下浮船需抬高,按30cm考虑。

则所需压舱水量:
压舱水量合计：
4.3 模拟试验
(1)目的。

探明浮拖航道的情况,检验设备的性能,同时强化指挥人员与作业人员的配合,熟悉操作过程,确保钢桁梁浮拖作业成功。

(2)步骤。

①进行压水试验,逐步向船舱内各分区注入压舱水,记录压水量和吃水深度,压水完毕绘制压水量与吃水深度曲线图,并检查浮船变形情况及干弦高度是否≥0.5m,测量托架顶面高程。

②用牵引设备拖拉浮船靠拢钢桁梁,检查设备是否满足施工要求及钢桁梁能否上船。

③进行模拟拖拉,将浮船缓慢拖拉至对岸,察看航道及浮船方向纠偏情况。

④浮船靠墩,检验钢桁梁能否上墩,中线、水平能否达到精度要求。

4.4 实施浮拖
钢桁梁浮拖架设当天实施封航。

将浮船停靠在钢桁梁前方。

牵引卷扬机间断开启,钢桁梁实现移动后,连续开启卷扬机,拖拉钢桁梁缓慢行进。

钢桁梁越过浮船两个节间时,停止拖拉,排出浮船压舱水,承托钢桁梁,并将钢桁梁与托架、浮船固结。

卷扬机牵引钢桁梁与浮船在水中同步行进,中线、水平监测人员不间断通报偏差情况,看守滑道及船上人员及时调整。

由于钢桁梁上船后已处于简支状态,体系不再转p(2)滑道标高宜尽可能降低,否则落梁难度较大。

(3)钢桁梁与托架、托架与浮船均要形成固结,否则浮拖时纵向稳定性不能保证。

(4)钢桁梁前方牵引卷扬机必须是慢速卷扬机,拖拉速度应尽可能慢,本此浮拖卷扬机速度为8.5m/min,走13绳,则实际拖拉速度仅为0.65m/min。

(5)浮拖过程中,中线、钢桁梁水平超出允许范围,应立即停止拖拉,分析原因并调整后方可再行拖拉,不可强行拖拉。

参考文献
[1] 交通部第一公路工程总公司.公路施工手册(桥涵下册)[M].北京:人民交通出版社,1999，11.
[2] 铁道部第三勘测设计院.铁路工程设计技术手册(桥梁设计通用资料)[M].北京:中国铁道出版社,1994.
[3] 铁道部第三工程局.铁路工程施工技术手册(桥涵中册)[M].北京:中国铁道出版社,1994.
[4] TB1002.1—99.铁路桥涵设计基本规范[S].。