鋼結(jié)構(gòu)橋梁兩種浮拖施工工藝的對比研究

劉強華

（中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151）

1 引言

近年來，我國交通水運事業(yè)蓬勃發(fā)展，各種類型的跨航道鋼結(jié)構(gòu)橋梁得到廣泛應(yīng)用，這其中有鋼管混凝土系桿拱、鋼桁架等常見橋型，也有更貼近于城市景觀美化的“提籃拱”“斜靠拱”等異形結(jié)構(gòu)。在鋼結(jié)構(gòu)橋梁跨航道施工中，為減少對通航安全的影響，傳統(tǒng)的支架法已逐步被淘汰，水上整體吊裝、提升、轉(zhuǎn)體、頂推以及浮拖法施工等先進(jìn)工藝，在多年的工程實踐中得到不斷發(fā)展進(jìn)步。

浮拖法是一種采用浮運拖拉的施工方法。鋼結(jié)構(gòu)橋梁采用該法可避免長時間占用航道，但其施工工藝復(fù)雜，安全風(fēng)險較高，歷來不被廣泛推廣。起初，國內(nèi)僅限小跨徑、小噸位橋梁采用浮拖法跨河架設(shè)，后來接連涌現(xiàn)“百米級”鋼桁梁和“千噸級”的系桿拱于內(nèi)河航道上成功應(yīng)用浮拖施工工藝[1，2]。

本文以蘇南運河三級航道整治工程云梨橋斜靠式鋼箱系桿拱和蘇申外港線航道整治工程屯村大橋鋼桁架為例，對比分析2 種浮拖施工工藝中不同牽引系統(tǒng)和受力體系轉(zhuǎn)換的優(yōu)缺點、適用范圍，進(jìn)一步闡明鋼結(jié)構(gòu)橋梁浮拖法施工工藝中的關(guān)鍵技術(shù)，為日后同類橋梁或更多復(fù)雜橋型的跨航道施工積累可行經(jīng)驗。

2 工程概況

蘇南運河三級航道整治工程云梨橋主橋為跨徑100 m 的鋼箱系桿拱結(jié)構(gòu)，左右幅主拱肋兩側(cè)各布置1 片向內(nèi)傾斜的斜靠拱，主斜拱圈在豎直面內(nèi)夾角19°，分左右半幅依次浮拖。去掉部分后安裝的橋面系縱橫梁，半幅鋼橋浮拖總質(zhì)量達(dá)1 188 t。橋型布置圖見圖1a。

蘇申外港線航道整治工程屯村大橋主橋為跨徑81.96 m的鋼桁架結(jié)構(gòu)，主桁采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節(jié)間長度6.75 m，主桁高度11 m，高跨比為1/7.36。2 片主桁中心距為13.2 m，寬跨比為1/6.14，橋面寬度為12.0 m，全橋鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約621 t，單幅整體浮拖到位。橋型布置圖見圖1b。

圖1 橋梁縱斷面圖

3 工藝原理及共同技術(shù)要點

2 座橋根據(jù)自身結(jié)構(gòu)特點并結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)、通行航道等環(huán)境因素，最終選擇浮拖法架設(shè)方案。該工藝解決了橋下航道運營繁忙，不允許利用水中支架法長期占用航道施工，且區(qū)域內(nèi)不具備大型起重設(shè)備吊裝作業(yè)等不利因素。

1）同類型的滑道系統(tǒng)

云梨橋和屯村大橋浮拖施工工藝中均采用型鋼軌道在陸地支架上方拼接成連續(xù)下滑道，在鋼結(jié)構(gòu)橋梁下方固定布置若干個滾輪作為間斷上滑道。滾輪同時兼做鋼結(jié)構(gòu)拼裝和移動的支點，在牽引浮拖過程中，克服滾動摩擦力使橋梁前移需要的力比克服滑動摩擦力所需要的力小得多。

2）同類型的駁船前支點

為保證浮拖施工的順利進(jìn)行，云梨橋和屯村大橋的水上移動前支點分別選用設(shè)計載重1 200 t“民意1 號”駁船和設(shè)計載重1 160 t 的“友誼168 號”駁船。施工前根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸及浮拖質(zhì)量對駁船進(jìn)行改造，在浮拖位置增加臨時支架，確保浮拖荷載均勻傳遞至船體。浮拖過程中合理區(qū)隔并精確計算船艙容量，通過分艙壓排水實現(xiàn)駁船整體下沉和提升，使浮拖受力體系有效轉(zhuǎn)換[3，4]。

4 牽引系統(tǒng)對比分析

根據(jù)方案計算的牽引力要求，云梨橋半幅系桿拱浮拖選用2 組4 臺100 t 穿心式千斤頂布置在對岸引橋頂面，每組千斤頂設(shè)5 根鋼絞線。配備中央智能控制系統(tǒng)，一方面控制2 組千斤頂同步施力，并對張拉力動態(tài)調(diào)整；另一方面協(xié)調(diào)同一組前后串聯(lián)的2 臺千斤頂交替運行，實現(xiàn)連續(xù)牽引。

系桿拱前端設(shè)置2 個牽引錨點與千斤頂相對應(yīng)，考慮橋梁結(jié)構(gòu)偏心的特點，錨點根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)計算重心橫向?qū)ΨQ設(shè)置，其中主拱側(cè)位于拱腳端部，斜拱側(cè)位于端橫梁頂板處，兩者高度一致。

屯村大橋鋼桁架浮拖采用2 臺8 t 卷揚機、6 道鋼絲繩作為牽引主動力裝置，卷揚機錨固在陸地支架下方，分別在鋼桁梁E4、E4’、E0’等大節(jié)點處的橫梁與主桁連接部位設(shè)置3 組6 個牽引錨點，支架前端設(shè)置轉(zhuǎn)向滑輪，使鋼桁架沿著對岸主墩方向前移。

以上2 種牽引系統(tǒng)作為鋼結(jié)構(gòu)橋梁浮拖中的典型案例，無論是動力裝置、位置選擇以及實操效果均有所不同。

1）橫向糾偏效果

一般的液壓千斤頂和電動卷揚機均能達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)橋梁浮拖時所需的牽引力要求，但千斤頂施力更加精準(zhǔn)、靈活。云梨橋斜靠式鋼箱系桿拱存在自重過大、結(jié)構(gòu)偏心等不利條件，在浮拖過程中，智能控制系統(tǒng)通過動態(tài)調(diào)節(jié)左右千斤頂牽引力大小，嚴(yán)控鋼結(jié)構(gòu)行走路線，做到實時糾偏，效率高、效果好。屯村大橋鋼桁架采用卷揚機浮拖時，在陸地支架上沿著滑道設(shè)置了多個導(dǎo)向和橫向限位裝置，并采用橫向千斤頂、駁船岸錨輔以人工調(diào)整，糾偏過程較復(fù)雜、難度較大。

2）位置選擇差異

云梨橋在浮拖中將千斤頂設(shè)置在對岸，通過橫貫航道的鋼絞線，連接鋼結(jié)構(gòu)前端錨點，最終一次性浮拖到位。此方案設(shè)計要求對岸主墩或引橋等高處能夠有效設(shè)置錨固措施，并經(jīng)過短暫封航，預(yù)先完成跨航道穿索作業(yè)。屯村大橋?qū)⒕頁P機布置在后方陸地支架側(cè)，每2 個大節(jié)點設(shè)置一組牽引錨點，每拖拉2 個大節(jié)間長度后需進(jìn)行錨點替換，停頓時間較多，降低了施工效率。

因此，卷揚機相對千斤頂來說更加經(jīng)濟、簡易，錨點位置設(shè)置更靈活，受環(huán)境影響較??；但前者目前僅適用于噸位更小、結(jié)構(gòu)對稱的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，后者操作性能和糾偏效果更佳，應(yīng)用范圍較廣；在場地條件允許的情況下，選擇將牽引裝置設(shè)在前方，有利于確保浮拖施工的連續(xù)性。

5 浮拖受力體系轉(zhuǎn)換

上文提到，駁船作為水上移動前支點，是浮拖受力體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在。鋼結(jié)構(gòu)橋梁在上船前，一般通過先行牽引，使結(jié)構(gòu)前端部分懸出，留足駁船壓水駛?cè)霕蛄合路降目臻g。

云梨橋系桿拱主、邊系梁下方各設(shè)置8 個滾輪作為滑移支點，編號為前1#～前4#、后4#～后1#；上方對應(yīng)安裝豎向長短不一的臨時剛性支撐，使拱肋和系梁在未完成吊桿全部張拉工作前，形成有效整體，以應(yīng)對浮拖過程中受力體系的復(fù)雜變化（見圖2a）。

圖2 浮拖工況對比

從圖2 可知，駁船排水頂升與鋼結(jié)構(gòu)在前2#支點處固結(jié)；繼續(xù)排水頂升解除前3#、前4#支點約束，通過調(diào)節(jié)各船艙水量使橋梁與船體平面重心位置統(tǒng)一；繼續(xù)排水頂升解除后4#～后2#支點約束，鋼結(jié)構(gòu)橋梁從多支點連續(xù)受力轉(zhuǎn)換成2 點簡支受力，調(diào)整好左右高差后，一氣呵成拖向?qū)Π吨鞫仗帲瑝核淞骸?/p>

屯村大橋鋼桁架2 個主桁下方各設(shè)置7 個滾輪作為滑移支點，編號為E0、E2、E4、E6、E4’、E2’、E0’，均位于大節(jié)點處[5]；同樣，在鋼結(jié)構(gòu)橋梁呈前端懸臂狀態(tài)時，駁船壓水就位（見圖2b）。浮拖受力體系轉(zhuǎn)換分以下幾個步驟：（1）駁船排水頂升與主桁在E2 支點處固結(jié)；（2）向前浮拖至E4 支點位于支架最前方，駁船排水頂升，解除該支點約束；（3）同理依次解除E6、E4’、E2’支點約束；（4）E0 支點就位后，駁船壓水落梁。

綜上，云梨橋采用多點連續(xù)向2 點簡支一次性受力體系轉(zhuǎn)換，加快了浮拖施工速率，縮短了封航時間；對于大跨度、大重量偏心斜靠式系桿拱來說，減少受力體系轉(zhuǎn)換次數(shù)也有利于保證浮拖時結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性[6]。屯村大橋采用多點連續(xù)向2點簡支依次遞減，一是支架滑道所承受的荷載屬于分段遞增，優(yōu)化支架設(shè)計可節(jié)省材料投入；二是可緩解由于卷揚機牽引帶來的偏位累加，并利用每個大節(jié)間的浮拖間隙，及時調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)橫向位置。

6 結(jié)語

通過對比研究發(fā)現(xiàn)，斜靠式鋼箱系桿拱和鋼桁架在2 種浮拖施工工藝中對應(yīng)的不同牽引系統(tǒng)、受力體系轉(zhuǎn)換等，均有各自的優(yōu)缺點和適用范圍。在方案比選過程中，可根據(jù)結(jié)構(gòu)特點、材料設(shè)備優(yōu)勢、環(huán)境因素以及經(jīng)濟對比等擇優(yōu)選擇。從長遠(yuǎn)來看，分析總結(jié)浮拖法施工的實踐經(jīng)驗，能夠促進(jìn)工藝水平的不斷提升和完善，對在鋼結(jié)構(gòu)橋梁跨航道施工領(lǐng)域內(nèi)推廣應(yīng)用具有積極的意義。