劉強(qiáng)華

（中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)交通水運(yùn)事業(yè)蓬勃發(fā)展，各種類(lèi)型的跨航道鋼結(jié)構(gòu)橋梁得到廣泛應(yīng)用，這其中有鋼管混凝土系桿拱、鋼桁架等常見(jiàn)橋型，也有更貼近于城市景觀(guān)美化的“提籃拱”“斜靠拱”等異形結(jié)構(gòu)。在鋼結(jié)構(gòu)橋梁跨航道施工中，為減少對(duì)通航安全的影響，傳統(tǒng)的支架法已逐步被淘汰，水上整體吊裝、提升、轉(zhuǎn)體、頂推以及浮拖法施工等先進(jìn)工藝，在多年的工程實(shí)踐中得到不斷發(fā)展進(jìn)步。

浮拖法是一種采用浮運(yùn)拖拉的施工方法。鋼結(jié)構(gòu)橋梁采用該法可避免長(zhǎng)時(shí)間占用航道，但其施工工藝復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，歷來(lái)不被廣泛推廣。起初，國(guó)內(nèi)僅限小跨徑、小噸位橋梁采用浮拖法跨河架設(shè)，后來(lái)接連涌現(xiàn)“百米級(jí)”鋼桁梁和“千噸級(jí)”的系桿拱于內(nèi)河航道上成功應(yīng)用浮拖施工工藝[1，2]。

本文以蘇南運(yùn)河三級(jí)航道整治工程云梨橋斜靠式鋼箱系桿拱和蘇申外港線(xiàn)航道整治工程屯村大橋鋼桁架為例，對(duì)比分析2 種浮拖施工工藝中不同牽引系統(tǒng)和受力體系轉(zhuǎn)換的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍，進(jìn)一步闡明鋼結(jié)構(gòu)橋梁浮拖法施工工藝中的關(guān)鍵技術(shù)，為日后同類(lèi)橋梁或更多復(fù)雜橋型的跨航道施工積累可行經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

蘇南運(yùn)河三級(jí)航道整治工程云梨橋主橋?yàn)榭鐝?00 m 的鋼箱系桿拱結(jié)構(gòu)，左右幅主拱肋兩側(cè)各布置1 片向內(nèi)傾斜的斜靠拱，主斜拱圈在豎直面內(nèi)夾角19°，分左右半幅依次浮拖。去掉部分后安裝的橋面系縱橫梁，半幅鋼橋浮拖總質(zhì)量達(dá)1 188 t。橋型布置圖見(jiàn)圖1a。

蘇申外港線(xiàn)航道整治工程屯村大橋主橋?yàn)榭鐝?1.96 m的鋼桁架結(jié)構(gòu)，主桁采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節(jié)間長(zhǎng)度6.75 m，主桁高度11 m，高跨比為1/7.36。2 片主桁中心距為13.2 m，寬跨比為1/6.14，橋面寬度為12.0 m，全橋鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約621 t，單幅整體浮拖到位。橋型布置圖見(jiàn)圖1b。

圖1 橋梁縱斷面圖

3 工藝原理及共同技術(shù)要點(diǎn)

2 座橋根據(jù)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、通行航道等環(huán)境因素，最終選擇浮拖法架設(shè)方案。該工藝解決了橋下航道運(yùn)營(yíng)繁忙，不允許利用水中支架法長(zhǎng)期占用航道施工，且區(qū)域內(nèi)不具備大型起重設(shè)備吊裝作業(yè)等不利因素。

1）同類(lèi)型的滑道系統(tǒng)

云梨橋和屯村大橋浮拖施工工藝中均采用型鋼軌道在陸地支架上方拼接成連續(xù)下滑道，在鋼結(jié)構(gòu)橋梁下方固定布置若干個(gè)滾輪作為間斷上滑道。滾輪同時(shí)兼做鋼結(jié)構(gòu)拼裝和移動(dòng)的支點(diǎn)，在牽引浮拖過(guò)程中，克服滾動(dòng)摩擦力使橋梁前移需要的力比克服滑動(dòng)摩擦力所需要的力小得多。

2）同類(lèi)型的駁船前支點(diǎn)

為保證浮拖施工的順利進(jìn)行，云梨橋和屯村大橋的水上移動(dòng)前支點(diǎn)分別選用設(shè)計(jì)載重1 200 t“民意1 號(hào)”駁船和設(shè)計(jì)載重1 160 t 的“友誼168 號(hào)”駁船。施工前根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸及浮拖質(zhì)量對(duì)駁船進(jìn)行改造，在浮拖位置增加臨時(shí)支架，確保浮拖荷載均勻傳遞至船體。浮拖過(guò)程中合理區(qū)隔并精確計(jì)算船艙容量，通過(guò)分艙壓排水實(shí)現(xiàn)駁船整體下沉和提升，使浮拖受力體系有效轉(zhuǎn)換[3，4]。

4 牽引系統(tǒng)對(duì)比分析

根據(jù)方案計(jì)算的牽引力要求，云梨橋半幅系桿拱浮拖選用2 組4 臺(tái)100 t 穿心式千斤頂布置在對(duì)岸引橋頂面，每組千斤頂設(shè)5 根鋼絞線(xiàn)。配備中央智能控制系統(tǒng)，一方面控制2 組千斤頂同步施力，并對(duì)張拉力動(dòng)態(tài)調(diào)整；另一方面協(xié)調(diào)同一組前后串聯(lián)的2 臺(tái)千斤頂交替運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)連續(xù)牽引。

系桿拱前端設(shè)置2 個(gè)牽引錨點(diǎn)與千斤頂相對(duì)應(yīng)，考慮橋梁結(jié)構(gòu)偏心的特點(diǎn)，錨點(diǎn)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算重心橫向?qū)ΨQ(chēng)設(shè)置，其中主拱側(cè)位于拱腳端部，斜拱側(cè)位于端橫梁頂板處，兩者高度一致。

屯村大橋鋼桁架浮拖采用2 臺(tái)8 t 卷?yè)P(yáng)機(jī)、6 道鋼絲繩作為牽引主動(dòng)力裝置，卷?yè)P(yáng)機(jī)錨固在陸地支架下方，分別在鋼桁梁E4、E4’、E0’等大節(jié)點(diǎn)處的橫梁與主桁連接部位設(shè)置3 組6 個(gè)牽引錨點(diǎn)，支架前端設(shè)置轉(zhuǎn)向滑輪，使鋼桁架沿著對(duì)岸主墩方向前移。

以上2 種牽引系統(tǒng)作為鋼結(jié)構(gòu)橋梁浮拖中的典型案例，無(wú)論是動(dòng)力裝置、位置選擇以及實(shí)操效果均有所不同。

1）橫向糾偏效果

一般的液壓千斤頂和電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)均能達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)橋梁浮拖時(shí)所需的牽引力要求，但千斤頂施力更加精準(zhǔn)、靈活。云梨橋斜靠式鋼箱系桿拱存在自重過(guò)大、結(jié)構(gòu)偏心等不利條件，在浮拖過(guò)程中，智能控制系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)左右千斤頂牽引力大小，嚴(yán)控鋼結(jié)構(gòu)行走路線(xiàn)，做到實(shí)時(shí)糾偏，效率高、效果好。屯村大橋鋼桁架采用卷?yè)P(yáng)機(jī)浮拖時(shí)，在陸地支架上沿著滑道設(shè)置了多個(gè)導(dǎo)向和橫向限位裝置，并采用橫向千斤頂、駁船岸錨輔以人工調(diào)整，糾偏過(guò)程較復(fù)雜、難度較大。

2）位置選擇差異

云梨橋在浮拖中將千斤頂設(shè)置在對(duì)岸，通過(guò)橫貫航道的鋼絞線(xiàn)，連接鋼結(jié)構(gòu)前端錨點(diǎn)，最終一次性浮拖到位。此方案設(shè)計(jì)要求對(duì)岸主墩或引橋等高處能夠有效設(shè)置錨固措施，并經(jīng)過(guò)短暫封航，預(yù)先完成跨航道穿索作業(yè)。屯村大橋?qū)⒕頁(yè)P(yáng)機(jī)布置在后方陸地支架側(cè)，每2 個(gè)大節(jié)點(diǎn)設(shè)置一組牽引錨點(diǎn)，每拖拉2 個(gè)大節(jié)間長(zhǎng)度后需進(jìn)行錨點(diǎn)替換，停頓時(shí)間較多，降低了施工效率。

因此，卷?yè)P(yáng)機(jī)相對(duì)千斤頂來(lái)說(shuō)更加經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易，錨點(diǎn)位置設(shè)置更靈活，受環(huán)境影響較??；但前者目前僅適用于噸位更小、結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，后者操作性能和糾偏效果更佳，應(yīng)用范圍較廣；在場(chǎng)地條件允許的情況下，選擇將牽引裝置設(shè)在前方，有利于確保浮拖施工的連續(xù)性。

5 浮拖受力體系轉(zhuǎn)換

上文提到，駁船作為水上移動(dòng)前支點(diǎn)，是浮拖受力體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在。鋼結(jié)構(gòu)橋梁在上船前，一般通過(guò)先行牽引，使結(jié)構(gòu)前端部分懸出，留足駁船壓水駛?cè)霕蛄合路降目臻g。

云梨橋系桿拱主、邊系梁下方各設(shè)置8 個(gè)滾輪作為滑移支點(diǎn)，編號(hào)為前1#～前4#、后4#～后1#；上方對(duì)應(yīng)安裝豎向長(zhǎng)短不一的臨時(shí)剛性支撐，使拱肋和系梁在未完成吊桿全部張拉工作前，形成有效整體，以應(yīng)對(duì)浮拖過(guò)程中受力體系的復(fù)雜變化（見(jiàn)圖2a）。

圖2 浮拖工況對(duì)比

從圖2 可知，駁船排水頂升與鋼結(jié)構(gòu)在前2#支點(diǎn)處固結(jié)；繼續(xù)排水頂升解除前3#、前4#支點(diǎn)約束，通過(guò)調(diào)節(jié)各船艙水量使橋梁與船體平面重心位置統(tǒng)一；繼續(xù)排水頂升解除后4#～后2#支點(diǎn)約束，鋼結(jié)構(gòu)橋梁從多支點(diǎn)連續(xù)受力轉(zhuǎn)換成2 點(diǎn)簡(jiǎn)支受力，調(diào)整好左右高差后，一氣呵成拖向?qū)Π吨鞫仗?，壓水落梁?/p>

屯村大橋鋼桁架2 個(gè)主桁下方各設(shè)置7 個(gè)滾輪作為滑移支點(diǎn)，編號(hào)為E0、E2、E4、E6、E4’、E2’、E0’，均位于大節(jié)點(diǎn)處[5]；同樣，在鋼結(jié)構(gòu)橋梁呈前端懸臂狀態(tài)時(shí)，駁船壓水就位（見(jiàn)圖2b）。浮拖受力體系轉(zhuǎn)換分以下幾個(gè)步驟：（1）駁船排水頂升與主桁在E2 支點(diǎn)處固結(jié)；（2）向前浮拖至E4 支點(diǎn)位于支架最前方，駁船排水頂升，解除該支點(diǎn)約束；（3）同理依次解除E6、E4’、E2’支點(diǎn)約束；（4）E0 支點(diǎn)就位后，駁船壓水落梁。

綜上，云梨橋采用多點(diǎn)連續(xù)向2 點(diǎn)簡(jiǎn)支一次性受力體系轉(zhuǎn)換，加快了浮拖施工速率，縮短了封航時(shí)間；對(duì)于大跨度、大重量偏心斜靠式系桿拱來(lái)說(shuō)，減少受力體系轉(zhuǎn)換次數(shù)也有利于保證浮拖時(shí)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性[6]。屯村大橋采用多點(diǎn)連續(xù)向2點(diǎn)簡(jiǎn)支依次遞減，一是支架滑道所承受的荷載屬于分段遞增，優(yōu)化支架設(shè)計(jì)可節(jié)省材料投入；二是可緩解由于卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引帶來(lái)的偏位累加，并利用每個(gè)大節(jié)間的浮拖間隙，及時(shí)調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)橫向位置。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，斜靠式鋼箱系桿拱和鋼桁架在2 種浮拖施工工藝中對(duì)應(yīng)的不同牽引系統(tǒng)、受力體系轉(zhuǎn)換等，均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。在方案比選過(guò)程中，可根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料設(shè)備優(yōu)勢(shì)、環(huán)境因素以及經(jīng)濟(jì)對(duì)比等擇優(yōu)選擇。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，分析總結(jié)浮拖法施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠促進(jìn)工藝水平的不斷提升和完善，對(duì)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁跨航道施工領(lǐng)域內(nèi)推廣應(yīng)用具有積極的意義。