大跨度鋼棧橋液壓牽引整體滑移施工技術(shù)

關(guān)懷玉，李 偉，王道令

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

1 工程概況

營(yíng)口港2號(hào)原油碼頭鋼棧橋是碼頭陸域與海上各裝卸泊位的連接棧橋，全長(zhǎng)960 m，雙幅8跨，共16榀橋。單榀橋跨距為120 m，橋面全寬14.54 m，高20 m，采用下承式鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)，單榀橋鋼結(jié)構(gòu)凈重750 t（不含拱肋和橋面混凝土），見(jiàn)圖1所示。鋼棧橋在靠海邊陸域臨時(shí)設(shè)置的拼裝胎具上進(jìn)行整橋拼裝后，依次滑移至岸邊，進(jìn)入浮吊的吊裝幅度內(nèi)，再采用浮吊整體吊運(yùn)至海上橋墩安裝就位。

2 整體滑移施工工藝

2.1 滑移施工工藝原理

為實(shí)現(xiàn)鋼棧橋的滑移，在整橋拼裝現(xiàn)場(chǎng)鋼棧橋兩端橫梁的下方設(shè)置臨時(shí)混凝土軌道梁，在軌道梁上安裝鋼滑道，借鑒雪橇結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)托移裝置作為滑移時(shí)承載整橋的滑移部件，利用鋼和聚四氟乙烯兩種材料間摩擦力較小的特性，采用聚四氟乙烯板作為摩擦材料，并在摩擦面注入潤(rùn)滑油減小滑移過(guò)程中的摩擦力，選用新型的自動(dòng)液壓連續(xù)頂推系統(tǒng)作為動(dòng)力，在滑道端部設(shè)置牽引錨點(diǎn)，通過(guò)牽引繩拖動(dòng)托移裝置在滑道內(nèi)移動(dòng)，將鋼棧橋拖拉至預(yù)定位置。

2.2 滑移系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

滑移系統(tǒng)由滑移軌道基礎(chǔ)、滑道、牽引錨座、托移裝置、整體頂升裝置、牽引裝置等組成。

2.2.1 工藝流程

滑移軌道混凝土基礎(chǔ)施工→滑道設(shè)置牽引錨座設(shè)置→鋼橋整體頂升→托移裝置安裝→鋼橋整體回落在托移裝置上→牽引系統(tǒng)安裝→鋼橋整體滑移。

2.2.2 滑移施工現(xiàn)場(chǎng)布置

為便于鋼棧橋的整體安裝，將鋼棧橋拼裝地點(diǎn)設(shè)在工程現(xiàn)場(chǎng)附近離海岸邊40 m的陸域區(qū)域，見(jiàn)圖2所示。

結(jié)合鋼棧橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將滑移軌道設(shè)置在鋼棧橋端部橫梁的下部。

鋼棧橋在各拼裝工位支墩上進(jìn)行整體拼裝，支墩的高度必須滿足頂升千斤頂頂升高度范圍內(nèi)能順利安裝托移裝置。

2.2.3 滑移軌道的設(shè)置

2.2.3.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次施工根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和橋梁結(jié)構(gòu)形式，在橋面系端橫梁正下方設(shè)置鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，同時(shí)，為方便現(xiàn)場(chǎng)施工，基礎(chǔ)上表面與地面平齊，見(jiàn)圖3所示。

滑移軌道基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)主要包括地基承載力計(jì)算、截面設(shè)計(jì)和配筋設(shè)計(jì)等。

基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)按永久性進(jìn)行設(shè)計(jì)，并能承受較長(zhǎng)時(shí)間荷載而不會(huì)因突然加載而產(chǎn)生不均勻下沉；頂面水平，以減少推移過(guò)程中的阻力；在整橋頂升工位的相應(yīng)部位適當(dāng)加大基礎(chǔ)，以滿足整橋頂升的支座反力；同時(shí)，在每條混凝土滑道基礎(chǔ)縱向中心線兩側(cè)沿基礎(chǔ)縱向中心線方向設(shè)置預(yù)埋鋼板，以便固定滑道墊板。

2.2.3.2 滑道設(shè)計(jì)

滑道由軌道墊板和滑道槽鋼組成，見(jiàn)圖4所示。

滑道基礎(chǔ)上設(shè)置滑道墊板，墊板與混凝土條形基礎(chǔ)上的預(yù)埋鋼板間焊接牢固，在滑道墊板上安裝滑道，滑道采用重型槽鋼，與墊板間斷焊接固定。

2.2.4 牽引錨座的設(shè)置

2.2.4.1 牽引錨點(diǎn)的受力分析

滑移時(shí)托移裝置與滑道間的摩擦力：

式中：k1為動(dòng)載系數(shù)，取k1=1.1；k2為不均衡系數(shù)，取k2=1.1；f為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，鋼與聚四氟乙烯間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，在黃油潤(rùn)滑狀態(tài)下，經(jīng)多次試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，起動(dòng)時(shí)為 0.11～0.14，運(yùn)動(dòng)中為0.04～0.06，取起動(dòng)時(shí)的中間值，f=0.125；Q為整橋結(jié)構(gòu)自重，取Q=7 500 kN；Q′為托移裝置等措施材料的自重，取Q′=50 kN。

采用在兩條滑移軌道海側(cè)端部各設(shè)置大型方形基礎(chǔ)，預(yù)埋錨固結(jié)構(gòu)作為牽引錨點(diǎn)，因此單個(gè)錨點(diǎn)實(shí)際承受水平拉力：

因此每個(gè)牽引錨點(diǎn)應(yīng)按最小承受陸側(cè)水平拉力571 kN進(jìn)行設(shè)置。錨點(diǎn)正對(duì)滑道基礎(chǔ)，并在滑道基礎(chǔ)中心線上。

2.2.4.2 牽引錨座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼棧橋整體平移時(shí)牽引裝置需設(shè)置錨座，錨座需承受向陸域方向的水平拉力，在正對(duì)每條混凝土滑道靠近海岸的頂端處各設(shè)置一個(gè)錨點(diǎn)，本次錨座采用型鋼制作埋入滑道基礎(chǔ)頂端的混凝土中，見(jiàn)圖5所示。

2.2.5 托移裝置的設(shè)計(jì)

托移裝置作為滑移過(guò)程中的承載和移動(dòng)部件，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，并能有效抵抗水平力，防止施工操作過(guò)程中失穩(wěn)或者不可抗力事件的出現(xiàn)。

在兩條滑道上分別設(shè)置1個(gè)托移裝置，見(jiàn)圖6所示。為減少移動(dòng)過(guò)程中的阻力，將托移裝置前后兩端進(jìn)行煨彎處理，并在下表面敷貼能大幅降低摩擦系數(shù)的聚四氟乙烯板，用螺栓將聚四氟乙烯板與托移裝置連接牢固。

2.2.6 整體頂升裝置

2.2.6.1 整體頂升受力分析

本次施工采用4只250 t電動(dòng)液壓千斤頂置于鋼棧橋設(shè)計(jì)的4個(gè)橋支座位置，使其受力狀態(tài)基本與鋼棧橋安裝后正式橋支座受力狀態(tài)一致，由于位置距離較遠(yuǎn)，鋼棧橋兩端兩個(gè)千斤頂分別聯(lián)動(dòng)操作，保證4只千斤頂工作時(shí)基本能均衡受力，因此每只千斤頂?shù)氖芰Γ?/p>

式中：Q為整橋結(jié)構(gòu)自重，取Q=7 500 kN；n為承載千斤頂數(shù)量，n=4。

千斤頂?shù)呢?fù)載系數(shù)：

式中：P0為千斤頂?shù)念~定載荷，P0=2 500 kN。

滿足鋼棧橋整體頂升承載要求。

2.2.6.2 整體頂升裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及要求

整體頂升裝置用于將鋼棧橋整體頂升起來(lái)，以便托移裝置的安裝。主要由電動(dòng)液壓千斤頂、上墊板和下墊板組成，見(jiàn)圖7所示。

在鋼棧橋每個(gè)支座旁各設(shè)置1臺(tái)電動(dòng)液壓千斤頂，一榀橋共4只千斤頂；電動(dòng)液壓千斤頂額定載荷250 t，頂升行程200 mm；在千斤頂上下各設(shè)置1塊厚鋼墊板，以利于應(yīng)力擴(kuò)散。

2.2.7 牽引裝置的設(shè)置

2.2.7.1 牽引裝置受力分析

滑移時(shí)托移裝置與滑道間的摩擦力：F=1 142 kN

牽引裝置可選擇兩套1 000 kN的液壓千斤頂。

千斤頂?shù)臓恳椋篎′=nF0=2×1 000=2 000 kN式中：n為液壓牽引裝置數(shù)量，n=2；F0為每只液壓千斤頂額定工作載荷，F(xiàn)0=1 000 kN。

可見(jiàn)，F(xiàn)′＞F，兩套1 000 kN液壓牽引裝置的牽引力大于鋼棧橋滑移時(shí)的摩擦力，滿足鋼棧橋整體平移牽引力的要求。

2.2.7.2 牽引設(shè)備的選用

根據(jù)鋼棧橋整體滑移牽引力要求，考慮滑移作業(yè)的效率和安全性等因素，本工程選用ZLD1000型自動(dòng)液壓連續(xù)頂推系統(tǒng)作為牽引動(dòng)力，其單套千斤頂公稱拉力為1 000 kN，張拉行程為200 mm，行進(jìn)速度4～6 m/h，滿足使用要求。

ZLD系列自動(dòng)液壓連續(xù)頂推系統(tǒng)，由1套主控系統(tǒng)，若干套泵站系統(tǒng)及所對(duì)應(yīng)若干套千斤頂系統(tǒng)等小系統(tǒng)構(gòu)成。用行程開(kāi)關(guān)作為自動(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)的動(dòng)作傳感元件，它將千斤頂活塞的位置信號(hào)傳遞給主控臺(tái)和泵站，主控臺(tái)將得到的信號(hào)進(jìn)行邏輯組合后，再將控制信號(hào)傳遞給相應(yīng)的泵站，泵站通過(guò)電磁閥去控制相應(yīng)的千斤頂?shù)膭?dòng)作，該過(guò)程形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.2.7.3 牽引設(shè)備的安裝

每條滑道基礎(chǔ)海側(cè)端部錨座前各設(shè)置1套自動(dòng)液壓連續(xù)頂推千斤頂系統(tǒng)。每套液壓連續(xù)頂推千斤頂采用9根φ15.24 mm的鋼絞線作為牽引繩。液壓連續(xù)頂推千斤頂系統(tǒng)通過(guò)鋼支座與錨座固定連接，見(jiàn)圖8所示。在托移裝置靠海一側(cè)設(shè)置支座與千斤頂?shù)墓ぞ咤^固定連接，見(jiàn)圖9所示。

2.3 滑移施工方法

鋼棧橋整體拼裝完成后，即可安裝滑移系統(tǒng)裝置，將鋼棧橋整體滑移至岸邊待吊位置。

2.3.1 滑移施工步驟

1） 混凝土滑道基礎(chǔ)的施工，要達(dá)到強(qiáng)度后方可進(jìn)行滑移施工。

2） 在條形混凝土基礎(chǔ)上安裝滑道墊板和滑道槽鋼，滑道槽鋼間對(duì)接接頭應(yīng)焊接磨平。

3） 鋼棧橋拼裝完成后，采用頂升裝置將鋼棧橋整體頂升起來(lái)。

4） 清理干凈滑道槽鋼腹板內(nèi)側(cè)，并用砂輪機(jī)磨去滑道表面鐵銹，在滑道上沿托移裝置滑動(dòng)范圍內(nèi)涂抹黃油。

5） 將托移裝置由滑道一端移入滑道內(nèi)，將鋼棧橋整體落于兩端的托移裝置上。

6） 啟動(dòng)液壓牽引裝置，將鋼棧橋向前滑動(dòng)平移至海邊預(yù)定位置。

2.3.2 滑移過(guò)程存在的主要問(wèn)題及預(yù)防、控制措施

1） 滑移軌道與托移裝置間水平誤差。滑移軌道梁上表面容易產(chǎn)生一定的水平誤差，水平誤差太大將影響托移裝置與滑移軌道的貼合度，導(dǎo)致受力不均和牽引力過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)將引起軌道梁開(kāi)裂，因此軌道梁施工中加強(qiáng)水準(zhǔn)測(cè)量，反復(fù)校核，嚴(yán)格控制水平誤差，對(duì)誤差較大處應(yīng)在滑道墊板與軌道梁上表面之間進(jìn)行填充處理，同時(shí)，在滑道墊板接縫處的連接要保證平順。

2） 整體滑移發(fā)生側(cè)向偏位。由于牽引裝置、托移裝置與鋼棧橋端橫梁軸線不重合等原因，易導(dǎo)致滑移過(guò)程中發(fā)生側(cè)向偏位，當(dāng)偏位達(dá)到一定程度，托移裝置側(cè)邊將與滑道槽鋼卡死而滑移施工被迫中止，因此在牽引裝置、托移裝置安裝時(shí)應(yīng)保證鋼棧橋端橫梁軸線的重合，在滑移過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)監(jiān)控偏位情況，及時(shí)根據(jù)偏位方向進(jìn)行矯正。

3） 鋼棧橋兩端滑移步調(diào)不一致。由于受力不均或設(shè)備故障等原因，可能發(fā)生鋼棧橋兩端向前滑移距離不等，易發(fā)生卡澀甚至傾覆事故，因此，在滑移過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)監(jiān)控鋼棧橋兩端平移距離，防止一端過(guò)快或過(guò)慢，鋼棧橋兩端平移距離差應(yīng)控制在50 mm以內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

營(yíng)口港2號(hào)原油碼頭鋼棧橋采用ZLD型千斤頂及配套設(shè)備作牽引力，采用聚氟乙烯板作為摩擦材料，并借鑒雪橇結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)托移裝置作為平移時(shí)的承載滑移部件進(jìn)行整體滑移，運(yùn)行穩(wěn)定、效率高、效果良好，取得較好的經(jīng)濟(jì)效果和良好的社會(huì)效益。

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