西南成品油管道北盤江跨越連續鋼梁橋施工

(中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽，550081)

1 工程概況

位于北盤江流域上的馬馬崖一級水電站蓄水后，將淹沒庫區內的西南成品油管道(廣東茂名—云南昆明)，為此，需要對庫區內原輸油管道橋進行改線重建。西南成品油北盤江跨越改線工程位于320國道原北盤江大橋下游約0.8km，距馬馬崖一級水電站壩址上游約25.45km，大橋橫跨北盤江，左岸為關嶺縣、右岸為晴隆縣。大橋全長204.8m、寬5.0m，為51.2m+102.4m+51.2m三跨連續鋼桁梁，大橋總體布置見圖1。

圖1 大橋總體布置(單位：m)

2 工程結構布置

西南成品油北盤江跨越改線工程由下部土建和上部鋼結構組成。

下部土建由0#橋臺、1#橋墩、2#橋墩、3#橋臺組成；橋墩下部為承臺基礎，承臺底部設置4根灌注樁。樁身直徑2.0m，其中1#承臺灌注樁深19.4m，2#承臺灌注樁調整后深19.4m；承臺長9.2m、寬8.4m、高2.5m；橋墩為圓端面板式墩，墩長7.5m，寬3m，其中1#橋墩高20.0m、2#橋墩調整后高20.0m，橋臺采用U型重力式橋臺、擴大基礎。灌注樁采用C30水下混凝土，承臺、橋墩、橋臺采用C30混凝土。

上部鋼結構為三跨連續鋼桁梁，采用有豎桿三角桁中間支點下弦加勁桁式，節間長度劃分為32×6.4m，主桁橫向采用二桁結構，桁高6.4m，考慮到檢修車輛通行，桁間距為5.0m。主桁采用散拼節點結構形式，連接采用M24高強度螺栓。桁架桿件采用“H”型截面，桿件腹板與翼板間采用雙面坡口角焊縫。橋面系采用縱橫梁+鋼正交異性板橋面體系，橋面板下設4道縱梁，縱梁為倒T形截面，腹板與橋面板熔透焊接。全橋需完成鋼材制作與安裝870t，連接螺栓46688顆；鋼桁梁結構見圖2。

圖2 大橋鋼桁梁結構(單位：cm)

3 施工布置

西南成品油北盤江跨越改線鋼梁橋橫跨兩岸的320國道，從320國道修建施工便道可到達左、右岸承臺和橋臺部位；左岸地勢較緩，加工廠布置在左岸岸邊沙地上，施工用電從左岸農網10kV接線，在左岸布置一臺400kVA變壓器。

大橋鋼構件數量多，承臺部位堆放不了的鋼構件，沿左岸岸邊沙地和320國道旁堆放，然后采用平板車轉運至吊裝部位。

4 下部土建施工

4.1 橋臺施工

主要為橋臺開挖，大橋兩岸為320國道，且開挖量較少，采取爆破會對國道造成破壞，結合現場實際情況，將開挖方式調整為液壓破碎錘開挖。

由于混凝土量較少，澆筑采用吊車吊運入倉。

第二類題目要求甲、乙兩輛小車在指定區域同時同向一前一后行進，并在規定區域實現超車。分析該要求，智能小車必須具備兩種功能：一是智能循跡避障拐彎功能，使得小車在指定跑道行駛，不偏離軌道；二是在規定的超車道實現甲乙車位置互換，并且不得發生碰撞。全程不得人工干預，不得遙控，設計難度頗大。本文提出一種基于STC12C5A60S2微控制器的可行方案。

4.2 灌注樁平臺施工

按照原招標文件，左岸灌注樁平臺為571.7m高程，樁深19.4m；右岸灌注樁平臺為567.2m高程，樁深18.8m。工程開工后，根據現場實際情況，左岸地勢緩，河灘寬，滿足施工平臺布置；右岸地勢陡，河灘窄，需在江中設置圍堰，施工難度大；由于工程要在汛期施工，且光照電站四臺機組發電時水位較高，在右岸江中填筑圍堰，施工難度大、成本高。結合現場實際情況，對投標階段設計方案進行調整，將右岸承臺抬高到與左岸同高程，取消圍堰設置，即右岸灌注樁平臺抬高至571.7m高程，灌注樁深度也隨之調整為19.4m。

左岸灌注樁施工平臺布置在河床上，直接開挖形成；右岸灌注樁施工平臺，由于地勢較陡，采取在河床外側投放鋼筋籠、澆筑水下混凝土護壁，再在鋼筋籠內回填石渣形成施工平臺。

4.3 灌注樁施工

灌注樁造孔采用沖擊鉆進行，由于孔樁位于河床上，表層主要為砂卵石堆積體，為了避免塌孔，入孔部位采用鋼護筒護壁，長度2.5m。

鋼筋籠采用吊車分節段吊入，焊接連接后吊入孔內；采用水下混凝土澆筑、導管入倉，導管插入到孔底，隨混凝土澆筑緩慢向上提升，確保孔內澆筑密實。

4.4 承臺施工

主要是混凝土入倉和冷卻水管的布置，混凝土采取從上方的320國道搭設梭槽入倉，冷卻水管采用鍍鋅鋼管，從江中抽水進行通水冷卻。

4.5 橋墩和橋臺施工

鋼筋在加工廠制作成型，自卸汽車運至現場，吊車吊運至倉面；橋墩采用定型鋼模板，吊車配合安裝，前期混凝土采取從320國道搭設梭槽入倉；由于混凝土澆筑量較少，未考慮輸送泵入倉，后期梭槽不能到達的部位采用吊車吊運入倉。

5 上部鋼結構施工

5.1 吊裝原理

大橋為51.2m+102.4m+51.2m三跨連續鋼桁梁橋，具有以下特點：

(2)以大橋中心線為界，以橋墩為軸線，320國道上方和靠江側對稱，長度、結構和重量完全相同。

因此，大橋采取以橋墩為軸線，先進行跨320國道上方的鋼構件吊裝，吊裝完成后，在平衡力的作用下進行橋墩上支撐牛腿鋼構件吊裝，然后再進行跨江部位吊裝，最后在跨中合攏。

5.2 鋼構件制作及運輸

大橋采用Q345d鋼材，鋼結構外表面涂裝采用鐵路第7涂裝體系，包括噴砂除繡+底漆+中間漆+面漆；由于大橋材質和涂裝要求較高，所有構件全部采用螺栓現場連接，精度要求高，因此，不能在現場進行加工，只能在鋼結構加工廠按照設計圖紙加工成型，汽車運至現場進行吊裝。構件制作好后，采用探傷和磁粉對焊縫進行100%檢測，檢測合格后進行預組裝，組裝合格后再裝車運到工地。

5.3 吊裝方案確定

原招標階段大橋鋼結構重量為661t，實際施工過程中，經復核計算工程量實為870t，較合同增加了119t，構件數量增多，單節構件最大重量達3.0t；原方案考慮在左、右岸橋墩部位各布置一臺塔吊，負責橋墩部位構件吊裝，跨中部位采用一臺70t吊車吊裝合攏。由于工程量增加較多，塔機起吊重量受限，無法滿足吊裝作業。從橋墩軸線到跨中合攏有51.2m，吊裝期間光照，水電站要進行發電，吊車不能開到江中位置起吊，70t吊車性能參數滿足不了跨中合攏，同時也不具備在江中填筑平臺來滿足70t吊車起吊；根據現場實際情況，將吊裝方案調整為：2臺25t吊車在320國道上負責左、右岸構件吊裝，原方案兩臺塔機不取消，主要進行工具、螺栓和小構件吊裝，將70t吊車調整為200t吊車，負責跨中102.4m構件吊裝，以此作為趕工投入，增加的費用可得到補償；吊裝合攏見圖3。

5.4 吊裝平臺施工

橋墩牛腿至橋臺部位鋼構件，位于320國道正上方，在320國道上進行吊裝；橋墩上部牛腿采用承臺施工平臺和320國道作為吊裝平臺；200t吊車主要用于中跨吊裝及合攏，要在河岸和江中進行吊裝，因此，需在江中填筑一個吊裝平臺。

根據現場地形布置，右岸河床較陡，水深、水流急，施工平臺填筑難度大；左岸河床較緩，水淺、水流緩，施工平臺填筑難度小，可采用現有施工便道運渣填筑，因此，確定將200t吊車吊裝平臺布置在左岸。大橋上游光照水電站停發期間進行吊裝平臺下部填筑，平臺靠水流側采用鋼筋石籠填筑形成擋墻，在外側拋大塊石進行護腳，避免水流對擋墻造成沖刷破壞；擋墻內采用石渣回填，所需石渣到大橋上游的左岸河床內挖取，分層回填并碾壓密實，考慮到吊裝在枯水期施工，因此，吊裝平臺按高于光照水電站四臺機組發電水位1.5m進行填筑。

圖3 大橋吊裝與合攏示意(單位：m)

5.5 大橋兩岸鋼桁梁吊裝

5.5.1 支撐架搭設

根據大橋吊裝原理，先進行大橋兩岸鋼桁梁吊裝，在平衡力的作用下向跨中合攏。大橋兩岸鋼桁梁吊裝前先要完成支撐架搭設，在支撐架上從橋臺至牛腿部位逐一安裝。支撐架采用鋼管柱支撐，各設置3排、每排2根立柱，在立柱頂部焊接3cm鋼板，然后縱向安裝貝雷架，采用25t吊車吊裝就位；在貝雷架上橫向鋪設25a工字鋼、@1.0m，然后在縱向鋪設20a槽鋼、@0.5m。

5.5.2 邊跨鋼桁梁吊裝

邊跨位于320國道上方，以320國道作為吊裝平臺，構件采用25t吊車吊裝，散件、螺栓、連接板等采用塔吊吊裝到工作面，構件按照出廠編號進行吊裝，由于所有構件全部采用螺栓連接，以橋臺為吊裝起點，向牛腿部位逐一推進。

邊跨鋼桁梁吊裝順序為：下弦桿→橫聯(橫聯斜桿)→豎桿→斜桿→上弦桿→上平聯(上平聯橫桿和斜桿)；各部位鋼件采用連板連接。弦桿、平聯、斜桿、豎桿、連接板等鋼構件吊至安裝位置后，人工輔助就位，采用螺栓臨時固定，待單節6.4m鋼桁梁全部吊裝完成后，測量人員對鋼桁梁進行復測，確認無誤后對連接螺栓進行緊固，擰緊力必須達到設計要求。

為了避免牛腿部位吊裝時，在鋼桁梁自重的作用下引起邊跨下繞，兩岸鋼桁梁吊裝完成后先進行面板鋪裝，以增加配重。

5.6 橋墩上部牛腿鋼桁梁吊裝

大橋橋墩是整座橋梁的集中受力點，鋼桁梁為牛腿支撐設計，結構復雜、構件多，施工難度大。采用25t吊車在320國道和承臺施工平臺上進行吊裝。

牛腿上部鋼桁梁不采取對稱吊裝，而是先安裝靠橋臺部位，即從支座開始吊裝，將靠橋臺部位先合攏，與邊跨已安裝鋼桁梁形成整體受力，然后再進行牛腿靠江側吊裝。

牛腿吊裝順序為：支座安裝→牛腿豎桿→牛腿斜桿→牛腿剪刀撐→牛腿平聯橫桿→牛腿平聯斜桿→橋梁主體結構(吊裝順序與邊跨鋼桁梁相同)。為了增加兩岸已吊裝完成的鋼桁梁配重，橋墩至橋臺部位橋面板全部鋪裝完成前，橋墩至跨中部位暫時不進行鋪裝，以免增加自重而引起大橋跨中部位出現下繞，造成下饒值過大而影響結構受力和跨中合攏。

5.7 中跨鋼桁梁吊裝

采用200t吊車在填筑的吊裝平臺上進行吊裝，由于吊裝平臺布置在左岸，為了避免已吊裝鋼桁梁對200t吊車吊裝作業造成干擾，先進行右岸吊裝，吊裝至跨中部位后，再進行左岸吊裝，最后在跨中預留一節合攏。

中跨吊裝順序為：橋墩至跨中鋼桁梁吊裝(左、右岸同時進行)→跨中合攏，吊裝順序與兩岸鋼桁梁相同。

由于大橋所在地溫差大，中、下午氣溫高，早上氣溫低，受熱脹冷縮的物理作用，吊裝就位時鋼桁梁縱向尺寸偏差大，因此，跨中部位構件須選擇在早上吊裝合攏。

5.8 橋面板吊裝

橋面板吊裝前，在左右岸橋臺下方打φ25、L=4.5m的錨桿，采用φ20鋼絲繩固定在已安裝好的鋼桁架上，通過下拉力增加兩岸配重，避免大橋在中跨吊裝過程中，因自重較大而產生下繞。

橋面板采用20t吊車吊裝至橋臺部位，逐塊向跨中進行安裝，橋面板采取左、右兩岸對稱安裝，在跨中合攏。由于大橋鋼桁梁吊裝完成后，橋面板無法吊入橋內，因此，只能從橋臺向跨中移動至安裝部位。在橋面板上采用型鋼制作一輛簡易小車，25t吊車將橋面板吊至小車上，人工用手動葫蘆拉動小車，將橋面板移至安裝位置，人工用手動葫蘆吊起橋面板安裝就位。

5.9 吊裝安全措施

(1)由于邊跨吊裝位于320國道正上方，為了確保過往車輛和行人安全，吊裝采取在貝雷架底部鋪設竹跳板、防火布進行防護。

(2)吊裝期間，在橋下和橋上安排專門信號工進行指揮，操作人員、信號工和安裝人員均配置對講機，確保信息暢通。

(3)吊裝人員必須系好戴好安全帽、系好安全帶，吊裝只在白天進行，確保視線良好。

(4)跨中吊裝期間，加強對填筑平臺基礎和外側鋼筋石籠護坡的觀察，一旦發生沉降、變形，嚴禁吊裝。

(5)構件吊起過程中，下方嚴禁站人；已完成吊裝的部位，采取搭設槽鋼、輔設竹跳板進行防護，兩側掛設安全網，同時作為安全通道。

(6)大橋吊裝過程中必須做到指揮無誤、做好配合工作，避免構件碰撞到已安裝好的構件。

6 大橋涂裝和護欄施工

鋼結構外表面的涂裝流程為：噴砂除繡→底漆→中間漆→面漆。

噴砂除銹：要求達到Sa3級，鋼材表面粗糙度達到Rz25μm～60μm；涂裝前工件表面應干燥、無灰塵、無油污、無氧化皮、無銹跡。

底漆：采用環氧富鋅底漆2道，干膜厚度2×40μm，電弧噴漆。

中間漆：采用棕紅云鐵環氧中間漆1道，干膜厚度40μm，無氣噴漆。

除銹和噴漆：均在鋼結構制作廠進行，大橋安裝完成后，在現場進行面漆施工。面漆為氟碳涂料面漆2道，干膜厚度2×30μm，無氣噴漆。

護欄為鋼護欄，扶手采用φ57的鋼管焊接與大橋立桿焊接，中間格柵采用16×16的方鋼@14cm，與鋼管和橋面板焊接；護欄在橋面板安裝完后進行，采用人工現場焊接，踢腳線采用C25細石混凝土在橋面現澆，對護欄底部起到固定作用。

7 荷載試驗

大橋上安裝2根φ406×12.7mm輸油管，荷載2.5kN/m；考慮到管道檢修，車輛荷載按10t布載，檢修人群荷載2.5kN/m2。荷載試驗嚴格按照設計要求進行，荷載試驗過程中，監測單位對大橋進行了檢測，下繞度滿足設計要求，大橋連接螺栓、桿件受力滿足設計要求。

8 方案優化

8.1 右岸承臺抬高優化

大橋施工過程中，根據實際地形和河床實測水位，將右岸承臺高程抬高至與左岸承臺同高，取消圍堰填筑及防滲處理，直接回填石渣形成施工平臺，滿足了承臺及灌注樁施工要求；將承臺高程抬高，取消了圍堰設置，節約了施工成本，同時也確保了工程在汛期施工。

8.2 中跨吊裝方案優化

按照原投標文件，大橋中跨采用70t吊車，在左、右岸均要填筑施工平臺；施工過程中，由于鋼結構工程量較合同增加了119t，且右岸地勢狹窄、水流較急，填筑施工平臺難度大、成本高；經對比分析，確定選用200t吊車進行中跨吊裝，只需在左岸設置吊裝平臺即可，加快了施工進度。

9 結語

西南成品油管道北盤江跨越連續鋼梁橋施工，工期緊、吊裝工程量大，必須在馬馬崖一級水電站下閘蓄水前完成，以確保電站按時發電。施工過程中，通過對設計方案進行調整，確保了工程在汛期施工，為工程早日完工創造了條件；根據現場實際情況選取合理的施工方案，取消了圍堰布置，節約了成本，加快了施工進度；在鋼結構工程量增加較大的情況下，結合現場施工布置，采用大型吊裝設備，加快了施工進度。鋼結構橋梁有著工序少、工期短、布置簡單、所需場地少等優點，在現代橋梁工程建設中，鋼梁橋的應用越來越廣泛，施工總結可為類似橋梁工程建設提供借鑒。