鋼管混凝土拱橋浮拖施工技術(shù)應(yīng)用分析

吳霞，陳夢(mèng)霞

（江西省公路橋梁工程有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

鋼管混凝土拱橋因材料強(qiáng)度大、造型美觀、施工方便等優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)方面，在建和已建的鋼管混凝土拱橋形式多樣，跨徑也不斷增大；施工技術(shù)方面，鋼管混凝土拱橋空鋼管拱肋架已從傳統(tǒng)的滿(mǎn)堂支架發(fā)展為斜拉索掛扣、纜索吊裝等無(wú)支架施工。鋼管混凝土拱橋的推廣應(yīng)用使一種新的浮拖施工方法應(yīng)運(yùn)而生。浮拖施工屬于拖拉施工技術(shù)的一種，適用于跨越江河的橋梁施工，其將橋梁拖拉端直接支撐在浮船分配梁或浮船拼裝浮墩上，借助浮船載體將拼裝好的構(gòu)件拖拉至對(duì)岸后落梁就位。浮拖施工技術(shù)的應(yīng)用取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

某鋼管混凝土拱橋主橋采用1×100m系桿，拱軸線呈二次拋物線形式，跨中矢高20m，矢跨比為1∶5，預(yù)拱0.05m。主橋主要為雙鋼管綴板啞鈴型截面設(shè)計(jì)，由2根外徑90cm、壁厚16mm的鋼板連接而成的拱肋設(shè)計(jì)高度為2.2m。高1.8m、寬1.4m的系桿為箱型截面，系桿和拱肋間通過(guò)吊桿傳力。主橋系桿通過(guò)橫梁連接，橫梁上安裝厚度25cm的預(yù)制行車(chē)道板，其上澆筑8cm厚的C40整體橋面混凝土以及9cm厚的瀝青混凝土鋪裝層。綜合考慮運(yùn)行質(zhì)量、施工技術(shù)水平、工期、投資及對(duì)通航影響等方面，主橋上部結(jié)構(gòu)由2艘380t浮船拖拉過(guò)河就位施工。

2 施工方案選擇

該鋼管混凝土拱橋施工采用纜索吊裝、兩岸岸邊設(shè)桅桿斜拉、轉(zhuǎn)體施工、支架拼裝施工、浮運(yùn)拖拉施工等技術(shù)。

（1）河中支架拼裝施工。該施工工藝及受力模式比較簡(jiǎn)單，涉及較少的體系轉(zhuǎn)換，施工質(zhì)量可靠性有保證。不過(guò)，施工開(kāi)始前必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求將臨時(shí)支架搭設(shè)在河中相應(yīng)位置，且對(duì)支架搭設(shè)精度要求高，對(duì)河道航運(yùn)存在一定影響，包括支架搭設(shè)及拆卸在內(nèi)的施工周期較長(zhǎng)。

（2）兩岸岸邊設(shè)桅桿斜拉?？紤]到該河道通航任務(wù)重，在兩岸采用高強(qiáng)度、大承載力的鋼絞線進(jìn)行斜拉支撐，能避免鋼管混凝土拱橋施工過(guò)程中可能存在的失穩(wěn)[1]。不過(guò)，空中拱肋對(duì)接以及線形調(diào)整等工藝復(fù)雜，該河道兩岸軟土地面中設(shè)置地錨錨體將耗費(fèi)大量支撐材料，同時(shí)涉及較多的高空作業(yè)，施工質(zhì)量較難保證。

（3）浮運(yùn)拖拉施工。在岸上指定的寬闊平整區(qū)域進(jìn)行拱肋預(yù)拼裝，拼裝質(zhì)量有保證，且施工期間對(duì)河道正常通航影響較小，施工周期短。不過(guò)，浮運(yùn)拖拉過(guò)程穩(wěn)定性控制難度大，施工精度要求較高。

比較不同鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)優(yōu)劣勢(shì)，因本跨河橋梁河道通航任務(wù)重，兩岸預(yù)拼裝場(chǎng)地開(kāi)闊平整，施工機(jī)械及周轉(zhuǎn)材料等較多，具備較好的浮運(yùn)拖拉條件，決定在岸上預(yù)拼裝鋼管混凝土拱橋整橋，并浮運(yùn)拖拉過(guò)河吊裝。

本鋼管混凝土拱橋浮拖施工系統(tǒng)包括牽引、滑道、運(yùn)載、檢測(cè)控制及地錨等系統(tǒng)，鋼管混凝土拱橋浮拖施工時(shí)通常先在河岸邊開(kāi)闊平坦的區(qū)域拼裝主拱肋，并準(zhǔn)備好牽引、地錨、滑道、滑塊、浮運(yùn)等系統(tǒng)及臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)，完成后初步試拖拉。同時(shí)加強(qiáng)施工監(jiān)控，一旦出現(xiàn)桿件應(yīng)力、位移等超出預(yù)警值等情況則須暫停拖拉[2]，盡快查明原因。

3 拱橋浮運(yùn)拖拉施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 搭設(shè)棧橋、拼裝拱肋

根據(jù)鋼管混凝土拱橋上部結(jié)構(gòu)浮船托運(yùn)施工方案，在施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備浮船?？坎窗丁⑴R時(shí)棧橋場(chǎng)及系桿拱預(yù)拼裝區(qū)域。

本橋梁棧橋上部結(jié)構(gòu)為6路標(biāo)準(zhǔn)貝雷縱梁，下部結(jié)構(gòu)為型鋼蓋梁，鋼管樁基礎(chǔ)，Q345B工字鋼鋼枕，轉(zhuǎn)盤(pán)安裝在6#,7#主墩蓋梁棧橋貝雷頂部，用于橫移轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)置Q235B工字鋼雙拼鋼軌。陸地7孔棧橋跨徑為15m/孔，每墩設(shè)置2根樁，并在6#,7#主墩處每墩設(shè)置4根跨徑為3m的樁。

在棧橋上進(jìn)行系桿拱的組裝拼接，且系桿模板、拱肋風(fēng)撐、鋼筋等施工必須在系桿拱上橋之前完成。在安裝拱肋前，應(yīng)先進(jìn)行系桿吊裝，并充分結(jié)合預(yù)拱度設(shè)置進(jìn)行系桿控制高程調(diào)整，焊接接頭，安裝及焊接質(zhì)量檢測(cè)無(wú)誤后在支架上測(cè)放出拱肋中心線、支點(diǎn)高程等，此后按照先兩邊后中間的合龍次序?qū)ΨQ(chēng)吊裝拱肋。

3.2 搭建施工平臺(tái)

完成東西兩岸泊岸開(kāi)挖后拼裝兩片拱肋，并使施工浮船?？吭谖鞑窗额A(yù)定地點(diǎn)，將大號(hào)型鋼橫向平鋪在浮船上，通過(guò)粗鋼絲繩將兩條浮船摟底捆綁連接。在浮船船艙內(nèi)外搭建施工平臺(tái)時(shí)，先用型鋼或方木找平，再擺放貝雷片，使施工平臺(tái)頂面與棧橋面同高，長(zhǎng)度比單幅系桿拱橋?qū)捖蚤L(zhǎng)，寬度為2條浮船寬。施工平臺(tái)搭建完成后，需在船艙內(nèi)放水，且始終確保施工平臺(tái)頂面與棧橋面齊平，此后將軌道鋪設(shè)在施工平臺(tái)上，并使其與棧橋軌道對(duì)接。通過(guò)粗鋼絲繩在施工平臺(tái)前后各設(shè)3根烏龜錨，由卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引控制，發(fā)揮控制系桿拱前進(jìn)方向以及動(dòng)力牽引的作用。拖拉施工前，需模擬過(guò)河試驗(yàn)，確保各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 系桿拱縱移過(guò)河、橫移就位

浮拖施工開(kāi)始前，要與交通、海事、電力、航道等部門(mén)協(xié)商，保證滿(mǎn)足拱橋浮拖施工條件、施工過(guò)程中無(wú)過(guò)往船只通行、電力正常供應(yīng)及天氣正常。浮船應(yīng)至少提前1d就位，且浮船貝雷梁銷(xiāo)釘孔與臨時(shí)棧橋貝雷銷(xiāo)釘孔對(duì)應(yīng)連接，在航道就近外側(cè)浮船上少量注水，使其施工平臺(tái)略微上翹。

浮拖施工開(kāi)始后，拆除臨時(shí)棧橋系桿拱橋鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐，使結(jié)構(gòu)自重全部落在拱腳處小車(chē)上，借助卷?yè)P(yáng)機(jī)拖運(yùn)系桿拱橋鋼結(jié)構(gòu)上船，將系桿拱臨時(shí)支撐拆除后使系桿鋼筋固定于外模板。浮船邊移動(dòng)邊下沉的過(guò)程中，必須迅速抽出船艙內(nèi)的水，待水完全抽出后浮船上升，其上施工平臺(tái)逐漸和棧橋面等高，系桿拱鋼結(jié)構(gòu)上船施工最終完成。待前拱腳移動(dòng)至施工平臺(tái)中心后，收緊全部烏龜錨，并將船舶軌道、棧橋軌道連接裝置全部拆除。

系桿拱在浮船拖動(dòng)下移動(dòng)過(guò)河的過(guò)程中，岸坡上技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)行系桿拱中心線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，收緊東側(cè)3根纜風(fēng)繩，并放松西側(cè)3根纜風(fēng)繩。浮船拖移時(shí)還應(yīng)在施工平臺(tái)南北兩側(cè)分別懸掛1個(gè)吊砣，使其與原垂直線中點(diǎn)對(duì)齊，以保證牽引速度適宜以及船舶平穩(wěn)、垂直。船舶移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置后，浮船系桿拱會(huì)隨著拱腳下方小車(chē)的移動(dòng)而前移，且船舶浮起，為保持船舶平衡，必須向艙內(nèi)灌水，待小車(chē)移動(dòng)至橫移點(diǎn)后固定船舶，并停止灌水，使船體處于平衡狀態(tài)。小車(chē)縱向移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置后，穩(wěn)住東邊小車(chē)，將西邊拱腳頂起后直角旋轉(zhuǎn)車(chē)體，并落下西邊2處拱腳。然后，以相同操作方式落下東邊2處拱腳，從而完成小車(chē)橫向轉(zhuǎn)向。待小車(chē)移動(dòng)至橋墩上拱腳處時(shí)穩(wěn)住西邊小車(chē)，將東邊拱腳頂起后抽出小車(chē)，并架設(shè)臨時(shí)支點(diǎn)。東邊油頂撤出后將西邊拱腳頂起，抽出小車(chē)，架設(shè)好臨時(shí)支點(diǎn)并撤出油頂。待臨時(shí)固定完成后，進(jìn)行支座墊石施工并設(shè)置永久支座。

4 浮拖施工穩(wěn)定性分析

鋼管混凝土拱橋浮拖施工穩(wěn)定性分析是施工過(guò)程及質(zhì)量控制的重點(diǎn)。在浮拖施工前鋼拱肋和鋼桁架橋面系之間設(shè)置臨時(shí)固定桿件，以確保鋼拱橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。本工程采用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行鋼絞線張拉完畢后浮拖前彈性屈曲穩(wěn)定分析[3]，結(jié)果表明，浮拖前橋梁彈性屈曲穩(wěn)定系數(shù)及靜力彈性值均比規(guī)范值大，穩(wěn)定性良好。

浮拖施工過(guò)程中，采用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行橋梁自振特性分析，根據(jù)分析結(jié)果，該鋼管混凝土拱橋高度遠(yuǎn)高于同跨度拱橋，且橋梁屬于柔性結(jié)構(gòu)，拱肋與橋面系均為鋼桁架形式，截面積及重量均較小，全橋整體剛度不大。根據(jù)隨機(jī)荷載下的動(dòng)力穩(wěn)定性分析結(jié)果，將x,y,z方向的加速度形式隨機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)輸入模型，并保持5s持續(xù)振動(dòng)后進(jìn)行ANSYS瞬態(tài)時(shí)程分析，并進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)模式下位移量的計(jì)算。根據(jù)邊部主梁吊裝后拱腳水平位移（見(jiàn)圖1）和拱頂豎向位移（見(jiàn)圖2）有限元分析結(jié)果可以看出，該鋼管混凝土拱橋橋面系鋼桁架吊裝施工各工況下位移和應(yīng)力均位于合理范圍，結(jié)構(gòu)安全有保證。

圖1 邊部主梁桁架吊裝后拱腳位移

圖2 邊部主梁桁架吊裝后拱頂位移

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，該鋼管混凝土拱橋浮拖施工過(guò)程的順利進(jìn)行表明拖拉法施工技術(shù)適用于航道橋梁架設(shè)施工。通過(guò)拖拉前主橋上部結(jié)構(gòu)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作以及試拖拉模擬過(guò)河試驗(yàn)，保證了施工過(guò)程的順利進(jìn)行。本橋梁浮拖施工中通過(guò)2艘輪船并聯(lián)方式拖拉構(gòu)件過(guò)河的做法，有效保證了浮拖體系的整體穩(wěn)定性，基于本橋梁工程成功的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于更大跨徑橋梁浮拖過(guò)河施工而言，可適當(dāng)增大浮船噸位或?qū)⒏喔〈⒙?lián)施工，以取得較好的工程效益。