預(yù)壓式鋼- 橡膠組合斷面防撞裝置安裝技術(shù)

朱星虎，周銳根，呂獎(jiǎng)國，紀(jì)厚強(qiáng)，馬海英

（1.安徽交控建設(shè)管理有限公司，安徽 合肥 231499；2.同濟(jì)大學(xué)，上海市 200092）

0 引 言

橋梁防撞裝置主要分為固定式和自浮式2 種，其中自浮式防撞裝置因具有撥轉(zhuǎn)船頭的功能，能夠有效保護(hù)橋梁和船舶，在橋梁中得到了廣泛的應(yīng)用。常見的自浮式防撞裝置包括鋼套箱防撞裝置、復(fù)合材料防撞裝置、鋼橡膠組合防撞裝置等。李志忠等[1]對舟岱跨海大橋主通航孔橋的雙層防撞鋼套箱安裝關(guān)鍵控制要點(diǎn)進(jìn)行研究，通過對關(guān)鍵施工工序的把控，使得鋼套箱安裝能夠安全、快速、簡便完成。許高利[2]對灌河特大橋鋼浮體防撞設(shè)施的加工制造和運(yùn)輸安裝進(jìn)行技術(shù)分析和研究，總結(jié)了施工經(jīng)驗(yàn)。蔣春暉[3]對嘉紹大橋主墩的防撞套箱的安裝施工關(guān)鍵技術(shù)及控制要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，為類似工程防撞設(shè)施安裝施工提供借鑒。丁海建等[4]詳細(xì)介紹了港珠澳大橋青州航道防撞套箱的運(yùn)輸安裝技術(shù)。萬紹平[5]介紹了松浦三橋防撞鋼套箱準(zhǔn)確就位的施工方法、鋼套箱整體吊裝和施工組織等的應(yīng)對措施，并詳細(xì)敘述了吊裝設(shè)備選擇、吊裝施工前準(zhǔn)備、吊裝施工工序和鋼套箱底板封孔等施工工藝。陳衛(wèi)國等[6]介紹了金塘大橋主通航孔橋索塔墩承臺(tái)1 600 t 鋼套箱整體吊裝工藝的選擇，以及吊裝工藝實(shí)施的全過程。劉振宇等[7]介紹了崖門大橋主墩的防撞套箱加工、鋅加漆涂裝、箱體安裝的施工工藝。劉華等[8]采用Midas空間有限元軟件對椒江二橋主墩防撞鋼套箱底籃、內(nèi)支撐、吊裝系統(tǒng)等按不同的工況進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算；并對鋼套箱安裝方案和關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)說明，確保鋼套箱的精確安裝。張雪峰等[9]對某跨海大橋主墩承臺(tái)防撞鋼套箱浮運(yùn)、吊裝定位、封底、涂裝等運(yùn)輸安裝工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹。郭廣銀[10]介紹了復(fù)雜條件下金塘大橋東通航孔橋主墩防撞鋼套箱的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)。張興志等[11]通過應(yīng)用大量自動(dòng)化焊接、涂裝設(shè)備，保證大型防撞鋼套箱的制造質(zhì)量和精度，解決了大型防撞鋼套箱海上吊裝問題。林曉威[12]介紹了烏龍江大橋的自浮式復(fù)合材料防撞系統(tǒng)的節(jié)段預(yù)制拼裝工藝，避免了傳統(tǒng)防撞的設(shè)施安裝的諸多問題且大大縮短了施工工期。郭主龍等[13]介紹了海上橋梁承臺(tái)與承臺(tái)防撞橡膠-鋼套箱一體化的施工技術(shù)。

目前關(guān)于自浮式防撞裝置的安裝技術(shù)的研究主要集中在鋼套箱防撞設(shè)施，而對于復(fù)合材料防撞裝置、鋼-橡膠組合防撞裝置安裝技術(shù)的相關(guān)研究仍比較少。預(yù)壓式鋼-橡膠組合防撞裝置與傳統(tǒng)的鋼套箱防撞設(shè)施存在區(qū)別，前者安裝過程中需要向鋼套筒內(nèi)填充輪胎以及發(fā)泡材料；同時(shí)，發(fā)泡材料對于鋼套筒的密封性能也提出了更高的要求，采用傳統(tǒng)的焊接連接方式施工質(zhì)量難以保障。因此，本文結(jié)合池州長江公路大橋的實(shí)際情況，對預(yù)壓式鋼- 橡膠組合斷面防撞裝置的安裝技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

池州長江公路大橋?yàn)橹骺?28 m 的雙塔斜拉橋，跨徑布置為（828+280+100+105+210+105）m，橋墩基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，Z0—Z4 墩承臺(tái)均為低樁承臺(tái)，Z5—Z10 墩承臺(tái)均為高樁承臺(tái)。橋梁總體立面布置如圖1所示。

圖1 池州長江大橋立面布置圖（單位:m）

該橋的Z5 塔防撞設(shè)施采用預(yù)壓式筒形自浮式防撞結(jié)構(gòu)；Z5 承臺(tái)、Z6—Z9 墩采用固定式防撞護(hù)舷方案。

預(yù)壓筒型自浮式防撞裝置總體布置如圖2 所示，其標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段主要由內(nèi)鋼筒、外鋼筒、輪胎、填充泡沫、預(yù)應(yīng)力鋼筋以及橫隔板構(gòu)成。通過在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段兩端張拉預(yù)應(yīng)力，將輪胎預(yù)壓填充于內(nèi)鋼筒與外鋼筒之間，填充輪胎規(guī)格為175/70R14；采用填充泡沫將內(nèi)鋼筒、外鋼筒以及輪胎之間的空隙填滿，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段構(gòu)造如圖3 所示。

圖2 預(yù)壓筒型自浮式防撞裝置總體布置圖

圖3 自浮式防撞結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段示意圖（單位:cm）

部分外鋼筒采用鈦鋼復(fù)合板制造，在滿足正常力學(xué)性能要求的前提下，防腐性能極佳。部分外筒為鋼材與復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)，利用復(fù)合材料層耐腐蝕的特點(diǎn)，在輕度撞擊或刮碰后無需維護(hù)，也無需重新進(jìn)行防腐處理。

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段之間通過法蘭盤連接，相鄰?fù)馔仓g采用搭接板連接保護(hù)法蘭盤，與傳統(tǒng)的焊接方式相比，法蘭盤連接的施工質(zhì)量更高，且會(huì)讓拆卸、更換節(jié)段更為方便。節(jié)段之間的連接構(gòu)造如圖4 所示。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段之間連接構(gòu)造

考慮到左塔柱1# 節(jié)段為裝置吃水最大節(jié)段，為改善裝置的總體自浮性能，因此在順?biāo)蚯八?#節(jié)段處設(shè)置浮箱，浮箱通過4 根連接立柱與1# 節(jié)段主體結(jié)構(gòu)相連，其平面布置與立面布置如圖5 所示。

圖5 1# 節(jié)段浮箱布置圖（單位:cm）

Z5 承臺(tái)、Z6—Z9 橋墩立柱采用護(hù)舷防撞設(shè)施，護(hù)舷布設(shè)于承臺(tái)、橋墩的邊角部位，包住了絕大多數(shù)的承臺(tái)、橋墩邊角，既可保護(hù)船舶，又能避免船體對承臺(tái)、橋墩的直接沖擊，起到較好的緩沖吸能作用。當(dāng)受到船舶沖擊時(shí)，允許橡膠護(hù)舷破壞，承臺(tái)預(yù)埋件不損壞，便于更換與后期維護(hù)。

2 安裝工作內(nèi)容

本項(xiàng)目共包括預(yù)壓式筒形自浮式防撞結(jié)構(gòu)設(shè)施2 套，D 型橡膠固定式防撞護(hù)舷391 套。其中Z5 主墩采用2 套預(yù)壓式筒形自浮式防撞結(jié)構(gòu)，如圖6 所示；Z5 承臺(tái)及Z6—Z9 墩采用D 型橡膠固定式防撞護(hù)舷，如圖7 所示。

圖6 Z5 主墩防撞設(shè)施

圖7 D 型防撞設(shè)施平面布置圖

由于自浮式浮筒安裝作業(yè)適合在低水位時(shí)施工，為了確?？傮w工期的實(shí)現(xiàn)，在高水位時(shí)優(yōu)先安裝Z6 至Z9 橋墩上半部分D 型橡膠固定式護(hù)舷，待低水位時(shí)再進(jìn)場進(jìn)行Z6 至Z9 墩下半部分的D 型橡膠護(hù)舷以及Z5 自浮式浮筒、承臺(tái)D 型護(hù)舷的安裝工作。D 型橡膠護(hù)舷防撞設(shè)施的橫截面構(gòu)造如圖8所示。

圖8 D 型橡膠護(hù)舷防撞設(shè)施橫截面圖（單位：mm）

施工過程中要投入足夠多的機(jī)械設(shè)備、人力及物力，并進(jìn)行精心組織、科學(xué)安排、采取有效的措施，科學(xué)合理組織施工，才能確保總工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3 防撞裝置安裝技術(shù)

3.1 安裝流程

施工前組織需對施工周邊運(yùn)輸路線、器械設(shè)備進(jìn)場路線、附近水域船舶航行及避風(fēng)錨地等進(jìn)行實(shí)地勘察，并收集池州長江公路大橋施工區(qū)域的水文、氣象等有關(guān)資料，確定項(xiàng)目施工處綜合情況，分析對現(xiàn)場施工的影響，便于制定措施和落實(shí)組織。進(jìn)行安全教育，并根據(jù)該項(xiàng)目特點(diǎn)和施工方案組織詳盡的安全技術(shù)交底，明確水上施工的安全防范要點(diǎn)，落實(shí)施工船舶、機(jī)械設(shè)備、安全設(shè)施、設(shè)備及防護(hù)用品進(jìn)場計(jì)劃，所有設(shè)備、吊具需提前進(jìn)行檢測，確保設(shè)備狀態(tài)良好和使用安全，并制定針對整個(gè)工程的安全保證計(jì)劃，應(yīng)急措施預(yù)案。落實(shí)場地，防撞設(shè)施進(jìn)出堆放拼裝場地路線、施工區(qū)域進(jìn)出場路線及方案，針對現(xiàn)場實(shí)際，制定詳細(xì)的安裝方案。防撞設(shè)施的安裝根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF 50—2011）[14]以及《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2003）[15]進(jìn)行。

防撞設(shè)施的安裝工作主要由2 部分組成：一是對于Z5 主墩左右主塔柱的自浮式防撞裝置的安裝，二是對Z5 主墩承臺(tái)和Z6—Z9 墩的D 型固定式橡膠護(hù)舷的安裝?？傮w安裝流程如圖9 所示。

圖9 防撞設(shè)施安裝流程圖

3.2 自浮式浮筒安裝技術(shù)

根據(jù)池州長江大橋現(xiàn)場條件，可按以下步驟進(jìn)行操作施工：

（1）浮吊船及施工設(shè)備、施工人員等進(jìn)場，熟悉防撞設(shè)施從堆放場地至安裝現(xiàn)場的浮運(yùn)航線，確保途中無意外發(fā)生；

（2）進(jìn)行現(xiàn)場施工配電設(shè)施架設(shè)、布放，機(jī)械、設(shè)備、人員進(jìn)場就位；

（3）提前在Z5 主墩左塔及右塔處劃線定位，標(biāo)記準(zhǔn)備吊卸的節(jié)段編號，利用浮吊船舶把防撞設(shè)施自浮式浮筒節(jié)段按照順序進(jìn)行吊卸；

（4）將全部自浮式浮筒節(jié)段按照編號吊卸完成后，將導(dǎo)鏈拉緊進(jìn)行預(yù)拼裝；

（5）預(yù)拼裝工作完成后，通過定位裝置進(jìn)行節(jié)段拼裝工作，將各個(gè)法蘭盤進(jìn)行連接但不緊固螺栓，為最后拼裝微調(diào)留空隙；

（6）利用葫蘆及浮吊船進(jìn)行微調(diào)后，將所有法蘭進(jìn)行對接拼裝后進(jìn)行螺栓緊固，全部螺栓進(jìn)行防脫松處理，安裝外鋼筒密封板，并在連接區(qū)域間隙部分灌注聚氨酯發(fā)泡料，最后，為每個(gè)節(jié)段預(yù)留的人孔安裝孔蓋，完成整個(gè)裝置的密封工作；

（7）Z5 墩左右塔柱防撞全部安裝完成后，清理承臺(tái)施工殘留建筑垃圾，人員及設(shè)施設(shè)備撤場。

自浮式浮筒的安裝流程以及安裝完成后的效果如圖10 所示。

圖10 自浮式浮筒安裝示意圖

3.3 自浮式浮筒安裝技術(shù)

（1）施工人員及機(jī)械設(shè)備進(jìn)場，制作工裝、按照圖紙復(fù)核原結(jié)構(gòu)尺寸、配置電線電箱等準(zhǔn)備工作。

（2）D 型護(hù)舷在北岸指定堆場處堆場，利用汽車吊將預(yù)安裝D 型橡膠護(hù)舷吊入施工船舶。

（3）將工裝，工具，勞保用品等備齊，搭建施工平臺(tái)，根據(jù)現(xiàn)場水位情況，采用船舶作為施工平臺(tái)或利用植筋安裝工裝平臺(tái)（見圖11）。

圖11 施工平臺(tái)示意圖

（4）根據(jù)防撞護(hù)舷設(shè)計(jì)文件，結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整放線定位。定位時(shí)，需預(yù)留相應(yīng)的正公差，使固定式橡膠護(hù)舷能安全地將其連接緊固。

（5）定位后，利用施工船對靠近水位的第一排進(jìn)行鉆孔、植筋工作，鉆孔孔徑及鉆孔深度滿足設(shè)計(jì)要求，并要求每孔檢驗(yàn)。

（6）處理承臺(tái)表面，在防撞橡膠護(hù)舷安裝前，將承臺(tái)混凝土表面打磨調(diào)平，使之干凈、干燥。然后用鼓風(fēng)機(jī)清潔鉆孔，用鋼絲毛刷刷孔壁，并再次清孔（刷3 次，清3 次），待其干燥后才能進(jìn)行植筋。

（7）植筋（見圖12）：注射式錨固膠粘劑采用環(huán)氧類產(chǎn)品，并符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367—2013）中對植筋膠的相關(guān)要求。未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前，不能安裝橡膠護(hù)舷。

圖12 鉆孔植筋示意圖

（8）完成第一排的鉆孔植筋后，人員攜帶工具站在工裝上，由下而上進(jìn)行第二排鉆孔、植筋工作。重復(fù)（4）～（8）步驟完成所有鉆孔植筋工作后可進(jìn)行吊裝D 型橡膠護(hù)舷。

（9）待植筋膠達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開始護(hù)舷吊裝（見圖13）。將待安裝橡膠護(hù)舷從棧橋上吊裝到貨船上，運(yùn)至待安裝地點(diǎn)。吊帶穿過橡膠護(hù)舷上的安裝吊環(huán)，吊裝到安裝位置，調(diào)整護(hù)舷位置，使植筋螺栓穿過對應(yīng)安裝孔，擰緊螺母安裝固定。

圖13 D 型橡膠固定護(hù)舷示意圖

（10）轉(zhuǎn)移吊裝設(shè)施，繼續(xù)下一護(hù)舷安裝。

（11）安裝結(jié)束后拆除吊裝機(jī)具，清理原結(jié)構(gòu)臨時(shí)錨栓及安裝現(xiàn)場，保持現(xiàn)場整潔。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

為了保障整個(gè)安裝施工過程順利進(jìn)行，在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的制作、吊裝過程中需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）制作標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段時(shí)，需將節(jié)段豎立，按照圖紙要求裝配輪胎，將輪胎預(yù)壓填充于內(nèi)鋼筒與外鋼筒之間；采用聚氨酯發(fā)泡工藝將內(nèi)鋼筒、外鋼筒以及輪胎之間的空隙填滿；發(fā)泡參數(shù)按發(fā)泡材料廠商提供的要求填充，通過在各小節(jié)段內(nèi)壁四周上開設(shè)的小孔用壓力泵將攪拌均勻的2 種化學(xué)液體按計(jì)算的重量灌入小節(jié)段內(nèi)發(fā)泡。各小節(jié)段填充完畢再組焊成長節(jié)段后后再對內(nèi)腔進(jìn)行發(fā)泡。

（2）吊裝施工前，首先應(yīng)對橋墩及承臺(tái)實(shí)際外形尺寸，作為后續(xù)施工準(zhǔn)備工作的依據(jù)。

（3）在Z6—Z9 號墩承臺(tái)護(hù)舷設(shè)計(jì)標(biāo)高位置用鋼筋探測儀探明結(jié)構(gòu)鋼筋位置，如與鋼筋沖突，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整防撞設(shè)施錨固位置，避開受力鋼筋。如遇到橫向鋼筋，則需要將安裝位置整體向上或向下移動(dòng)，以避開鋼筋。如遇到豎向鋼筋，則適當(dāng)向左右移動(dòng)，確保鉆孔位距離鋼筋5 cm 以外，且距離設(shè)計(jì)鉆孔位置在5 cm 以內(nèi)，應(yīng)標(biāo)出錨栓鉆孔位置。

5 結(jié) 語

本文介紹預(yù)壓式鋼- 橡膠組合斷面防撞裝置的安裝技術(shù)，包括自浮式浮筒的安裝技術(shù)以及D 型固定式橡膠護(hù)舷的安裝技術(shù)，以及向防撞裝置內(nèi)填充輪胎和發(fā)泡材料的施工工藝。防撞裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段之間采用法蘭盤連接，相比傳統(tǒng)的焊接方式，施工質(zhì)量能夠得到更好的保障；同時(shí)，節(jié)段的拆卸更換也更為便利。采用以上安裝技術(shù)，鋼-橡膠組合斷面防撞裝置的安裝施工順利完成，且質(zhì)量合格，可以為類似工程的安裝施工提供參考借鑒。