復(fù)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(yù)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(fù)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(yīng)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(chǔ)處理→水中鋼棧橋搭設(shè)→水中支架基礎(chǔ)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(yù)應(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)計標高，應(yīng)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(shè)計承載力達到了設(shè)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(yīng)及時通知設(shè)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(shè)計圖紙精確放樣，利用履帶吊逐節(jié)插打至設(shè)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(yīng)嚴格控制鋼管樁垂直度在1%以內(nèi)，打樁到位并接長至設(shè)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(shè)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(shè)工字鋼主梁及分配梁并鋪設(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)及時使用剪刀撐和橫撐相接。橫撐與剪刀撐和鋼管樁間應(yīng)滿焊，焊縫高度為5mm。剪刀撐應(yīng)距離水面以上50cm。振動沉樁過程中，應(yīng)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(shè)雙拼HM588×300型作為縱梁，在縱梁上鋪設(shè)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(shè)雙拼HM588×300型作為縱梁，在縱梁上鋪設(shè)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(shè)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(shè)的系梁頂部安裝塔架，并設(shè)置錨箱，當懸臂段吊裝到位后，通過張拉鋼絞線施加預(yù)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(yù)應(yīng)力采用4根Φ15.2鋼絞線。

鋼絞線與主梁連接處設(shè)置錨箱，理論計算預(yù)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(shè)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(chǔ)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(shè)置2個點，每個設(shè)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(yù)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(yù)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(shè)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(yīng)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(fù)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(shè)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。