復雜水域下系桿拱安裝施工技術(shù)研究

鄭君宇,蘇穎 （安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230022）

1 前言

以往通航河道上的鋼結(jié)構(gòu)通過河內(nèi)打樁、搭設支架及縱梁的方式，在橋位區(qū)拼裝橋梁，或采用頂推法進行施工。但這兩種方法都需要長時間封航或限制性通航，審批流程繁瑣，施工安全風險加大。

隨著我國經(jīng)濟的快速增長，通航船只也越來越多，因橋梁搭設導致的長時間封航或限制性通航將會給船舶往來造成很大影響。為解決因橋梁建設而封閉航道的問題，自上世紀80年代開始，躉船作為支點的頂推工法逐漸成為了熱點工法。至今，國內(nèi)已成功實施二十余例該工法實施的項目，有了較為豐富的應用經(jīng)驗。由于較多內(nèi)河航道因存在邊坡、豐水期、枯水期，水位高差大，單艘躉船作為支點時對吃水深度有一定要求，因此存在一定的局限性。而復雜水域下系桿拱安裝施工技術(shù)通過采用鋼管柱支架順利在本工程中得到應用。

2 工法特點

①施工速度快、人機材投入較少,節(jié)省了施工工期和成本。

②采用鋼管柱支架施工，其占地面積小，不需要很大作業(yè)面，減少了對土地資源的占用，不僅適用于跨河航道施工，也適用于擁擠的城市道路施工。

③屬于整體定型桁架結(jié)構(gòu)，可多點同時施工，施工安全高效，確保了工程質(zhì)量，縮短了支架所承載的主體工程施工工期。

④采用階段預制拼接方式，工廠加工構(gòu)件精度高，質(zhì)量易于控制，工法中采取了多種措施保障了現(xiàn)場的吊裝安全和焊接安裝質(zhì)量。

3 適用范圍

該工法適用于施工工期緊、施工壓力大、水域條件復雜的工程，不適合躉船支點法，以及無法長時間封閉的鐵路、公路、河道等上方鋼結(jié)構(gòu)施工。具有施工速度快、斷航時間短等特點，常在船舶往來較多的內(nèi)河航道上采用。

4 工藝原理

本工法先安裝固定端橫梁和系梁對應的中橫梁及拱腳，然后安裝其余系梁，再拼拱肋和風撐，最后安裝正交異性板。先施工兩側(cè)棧橋及支架，棧橋布置在橋中線位置，利用130t履帶吊先吊裝固定端橫梁和系梁以及兩側(cè)拱腳，然后由兩側(cè)至跨中方向?qū)ΨQ吊裝兩側(cè)鋼系梁至合龍；在系梁上安拱肋拼裝支架，逐段對稱吊裝拱肋至合龍；拱肋和系梁拼裝完成后，繼續(xù)利用履帶吊從兩側(cè)往跨中方向安裝正交異性板。

5 施工工藝流程

基本流程：河岸支架基礎處理→水中鋼棧橋搭設→水中支架基礎施工→支架上部結(jié)構(gòu)安裝→主體端橫梁吊裝→主體系梁吊裝→系梁合攏段預應力塔架安裝→系梁懸臂段安裝→系梁合攏段安裝→拱肋支架、拱肋安裝→正交異形板、吊桿安裝→解除支架連接→吊桿張拉→支架拆除。

6 操作要點

6.1 棧橋支架施工

棧橋采用“釣魚法”施工，步驟如下。

步驟一：采用履帶吊施沉鋼管樁。

步驟二：鋪設貝雷梁安裝橫向分配梁。

步驟三：履帶吊進行橋面系梁安裝。

注意事項:①施工前，應根據(jù)樁位圖計算確定鋼管樁的中心坐標及樁頂標高，同時規(guī)劃好沉樁順序，避免已插打的樁影響后續(xù)正常施工；②施工時注意履帶吊的臂展長度，起吊時應根據(jù)吊起物重量及履帶吊性能進行施工，如有異常情況發(fā)生，應立即停止作業(yè)，排除后方可繼續(xù)。鋼管樁的最終樁尖標高由入土深度控制，若鋼管樁無法沉至設計標高，應及時查明情況，及時匯報、分析原因,拿出解決辦法,確保鋼管樁的入土深度或設計承載力達到了設計要求。若是達到入土深度后，鋼管樁仍急速下沉，表明地質(zhì)情況與實際不符，應及時通知設計院。

6.1.1 支撐墩結(jié)構(gòu)樣式

支撐墩采用打入樁，85T履帶吊配合DZJ90打樁錘施打鋼管樁，插打前測量人員按照設計圖紙精確放樣，利用履帶吊逐節(jié)插打至設計深度；豎向Φ630×8mm鋼管樁節(jié)段之間，采用沿圓周貼6塊20cm×20cm×8mm的鋼板滿焊連接；打樁過程中應嚴格控制鋼管樁垂直度在1%以內(nèi)，打樁到位并接長至設計高度后，將縱向相鄰豎向鋼管樁之間通過雙[16，對口焊接成方鋼焊接成整體結(jié)構(gòu)。

6.1.2 鋼管樁插打

在全站儀測量定位后，利用80t履帶吊起吊鋼管樁，振動樁錘插打鋼管樁至設計深度。首先，在履帶吊工作半徑內(nèi)從下游向上游依次對鋼管樁插打；其次，已插鋼管樁區(qū)域內(nèi)架設工字鋼主梁及分配梁并鋪設面板，作為履帶吊工作平臺，并以此類推，完成整個棧橋平臺。

履帶式起重機用吊鉤將底節(jié)鋼管樁吊至設計樁位，讓鋼管樁在自重作用下沿定位導向架的導向輪下沉入土，用履帶式起重機將振動錘與液壓夾鉗吊至鋼管樁頂口，用液壓夾鉗將鋼管樁頂口夾住檢查樁的垂直度滿足要求后，開動振動錘振動，每次振動持續(xù)時間不宜超過10～15min，過長則振動錘易遭到破壞，太短則難以下沉。每根樁的的下沉應連續(xù)進行，不宜中途停頓或間斷過長時間，以免樁周土回擠造成繼續(xù)下沉困難。

除第一根鋼管樁外，其他鋼管樁間均應及時使用剪刀撐和橫撐相接。橫撐與剪刀撐和鋼管樁間應滿焊，焊縫高度為5mm。剪刀撐應距離水面以上50cm。振動沉樁過程中，應不斷校正樁位和樁的垂直度，并控制好樁頂標高，平面定位偏差≤0.1m，傾斜度≤1%。

6.1.3 縱橫梁安裝施工

在豎向鋼管樁頂設雙拼HM588×300型作為縱梁，在縱梁上鋪設HN400×300型鋼作為橫梁。

縱梁逐跨進行安裝，并同其上的橫向分配梁、花紋面板及防護欄桿整體拼裝，采用履帶吊整體吊裝到位；然后將縱梁焊接成連續(xù)梁。

6.1.4 棧橋主梁施工

在豎向鋼管樁頂設雙拼HM588×300型作為縱梁，在縱梁上鋪設HN400×300型鋼作為橫梁。

采用履帶吊機吊裝縱梁逐跨進行安裝，縱梁連同其上的橫向分配梁、花紋面板及防護欄桿整體拼裝，采用履帶吊整體吊裝到位，然后將縱梁焊接成連續(xù)梁。

6.2 鋼梁及拱肋拼裝支架結(jié)構(gòu)形式

本橋安裝支架分為兩個部分：系梁拼裝支架、拱肋及風撐拼裝支架。

6.2.1 系梁拼裝支架

①底部支撐支架

系梁拼裝支架在橋梁一側(cè)各布置10組，共20組。水中側(cè)單組支架采用2×2m四榀形式，地面以下打入樁鋼管規(guī)格為Φ630×8mm，地面以上鋼管規(guī)格為Φ406×8mm，管柱間采用L75角鋼連接系焊接連接，鋼管樁頂上橫梁采用規(guī)格為HM440×300mm的H型鋼；H型鋼上放置調(diào)節(jié)墊塊，對箱形鋼梁進行抄墊。

Φ406×8mm 鋼管與Φ630×8mm的鋼管連接形式采用：在Φ630×8mm柱頭頂部采用井字型板焊接加勁，頂部焊接20mm蓋板，Φ406×8mm鋼管焊接在蓋板上，并在四周設置8個加勁板焊接，使兩鋼管形成固結(jié)。

岸上側(cè)單組支架支撐于已處理過的地面上，地基處理采用碎石換填。支架結(jié)構(gòu)采用2×2m四榀形式，鋼管規(guī)格為Φ406×8mm，管柱間采用L75角鋼連接系焊接連接，鋼管樁頂上橫梁采用規(guī)格為HM440×300mm的H型鋼。

②系梁頂上塔架

為滿足橋梁通航需要，且因橋梁跨中施工臨時墩難度較大，系梁安裝跨中兩度采用懸臂拼裝。為保證系梁懸臂拼裝的受力安全，采用在已架設的系梁頂部安裝塔架，并設置錨箱，當懸臂段吊裝到位后，通過張拉鋼絞線施加預拉力的方式減小懸臂端的變形和系梁的受力。

塔架高度18m，采用2×2m四榀形式，鋼管規(guī)格為4-Φ406×8mm，管柱間采用L75角鋼連接系焊接連接，鋼管樁頂上橫梁采用規(guī)格為HM440×300mm的H型鋼；預應力采用4根Φ15.2鋼絞線。

鋼絞線與主梁連接處設置錨箱，理論計算預拉力約為40t，張拉過程中測量XL-5前端撓度，當張拉力達到15t后，開始分級張拉，每增加5t觀察一次XL-5前端位移量，根據(jù)實測值確定最終張拉力。

6.2.2 拱肋及風撐拼裝支架

拱肋及風撐拼裝支架均采用2×2m四榀形式，鋼管規(guī)格為Φ273×8mm，管柱間采用L75角鋼連接系焊接連接，鋼管樁頂上橫梁采用規(guī)格為HM440×300mm的H型鋼，H型鋼上放置調(diào)節(jié)短管對拱肋進行抄墊。

6.2.3 拼裝支架施工及防撞設計

①支架施工

系梁及拱肋支架施工均采用常規(guī)方法施工，打入樁基礎施工采用85T履帶吊配合DZJ90打樁錘施打鋼管樁。

地面以上的系梁支架拼裝均采用130t履帶吊安裝。

②警示導航防撞樁

在主橋水中支架，為了防止船舶失誤碰撞系梁拼裝支架，或失去動力失控漂流撞擊系梁支架。在通航孔位置的臨時墩上下游兩側(cè)設置2個點，每個設計為3根Φ630×8mm的鋼管樁，鋼管樁按照間距為1.5m成等邊三角形打入河床10m，外露現(xiàn)狀水面2.5m，3根鋼管之間通過平聯(lián)鋼管形成整體，作為通航警示導航防撞樁。

每個點外露出水面的鋼管樁粘貼夜間反光警示貼，在鋼管樁頂安放大型太陽能紅色警示燈，保證夜間通航施工安全。

6.3 鋼梁及拱肋安裝工藝流程

6.3.1 主要結(jié)構(gòu)的吊裝順序

系梁吊裝順序：按從兩側(cè)向跨中依次對稱吊裝。

拱肋吊裝順序：按從兩側(cè)向跨中對稱吊裝，最后吊裝合龍段。

6.3.2 施工步驟

施工兩側(cè)棧橋→施工系梁拼裝支架→依次吊裝拱座GZ1、端部橫梁、第一段系梁XL1與XL10并焊接→在系梁XL1上安裝拱座支架、吊裝拱座GZ2→依次吊裝XL2、XL3、XL4并焊接→系梁頂部拼裝塔架及系梁XL5并施加預拉力→待系梁XL5與XL4焊接成整體→吊裝另一側(cè)系梁XL6節(jié)段并焊接→施加預拉力→系梁合龍→安裝拱肋拼裝支架→依次對稱拼裝拱肋GL-1、GL-2→安裝第一道臨時橫撐和風撐→對稱拼裝拱肋GL-3→依次對稱拼裝拱肋GL-4、GL-5、GL-6及風撐→拼裝拱肋合龍段→從兩頭向跨中對稱拼裝正交異性板→安裝吊索→系桿及吊索張拉→其他附屬結(jié)構(gòu)施工→拆除支架。

圖1 主梁合攏

圖2 拱肋合攏及吊索安裝

圖3 拆除支架

7 效益分析

7.1 經(jīng)濟效益

對比于傳統(tǒng)河中支架+整體縱梁以及整體頂推法，該工法提高了安全性與機械的利用率，免去了繁雜的水上作業(yè)船舶，將水中作業(yè)變?yōu)榕R水作業(yè)的同時大大提高了施工的安全性、便利性，在施工過程中，大大加快施工進度，節(jié)約了工期，減少了人員投入及安全管理成本。

7.2 社會效益

本工法僅需在橋梁中處軸線搭設棧橋，可以最大程度地提高機械利用率。并且支架體系結(jié)構(gòu)簡單，力學性能優(yōu)越，施工方便，實用性強，尤其在特殊通航條件和交通條件下具有廣泛的應用前景，且不受雨季、汛期等影響，具有滿堂碗扣支架所不具備的優(yōu)勢，具有很強的推廣價值，經(jīng)濟和社會效益顯著。

8 結(jié)語

復雜水域下鋼系桿拱橋安裝施工技術(shù)有效解決跨河鋼橋梁施工為滿足通航水域?qū)挾榷鴮е碌目缰泻蠑n吊裝困難、危險性大、安裝質(zhì)量不易控制，跨中下?lián)蠈е聵蛄壕€形不順直等難題，相比傳統(tǒng)支架及頂推法，在工程周期、材料消耗、設備通用性及施工安全性等方面具有顯著優(yōu)勢，可為同類型工程施工提供新的思路。