关于浮拖法架设大跨度钢梁的研究

作者：张毅

  某大运河大桥全长1 648. 57 m，大运河水面宽120 m，水流速度为2.3m／s，水深5～7 m。主桥为钢桁梁部分斜拉桥，既有桥孔跨布置为：27×16 m先张T梁+5×32 m后张T梁+28×32 m后张T梁。大运河通航孔钢桁梁主桁采用焊接整体节点平弦无竖杆三角桁式，钢梁全长113.5m，计算跨径L =112 m，主桁高度H=12.6 m.H/L=1／8. 889;节间长度11.2 m，主桁中心距6.6 m，钢梁一期恒载结构自重31 k N/（m．桁）。钢桁梁主桁弦杆、端竖杆采用非对称焊接箱形截面，斜杆基本采用工字形截面。主桁杆件采用高强度螺栓连接，钢梁按恒载挠度与静活载的一半设置上拱度，上拱度的设置采用伸长上弦杆节间长度的办法实现，伸长值在上弦拼接中体现。

1  方案比选

  根据前人相关研究，架设钢桁梁方案可采用就地膺架法、旋转架设法、浮拖架设法等。针对上述3种施工方案进行了比选，结果见表1。

(1)就地膺架法要求桥梁所在地地质条件好，桥墩墩身不高，但由于施工过程较为繁琐，对时间需求较长，适用于工期不紧的项目。

  (2)旋转架设法不受水文条件、通航、流水、墩高和季节的限制，施工周期短，可以满足本工程需要。但因设备复杂且占用航道面积较大，成本较高。

  (3)浮拖架设法要求水深速缓，具有设备简单、危险系数小、容易控制、操作便捷等优点，且占用河道小，需要施工时间短等优点，基本能够满足本项目的需求。

  因古运河为国家II级航道，来往船只较多，运输较为繁忙，故本工程施工要求封航时间应尽量最短。另外根据施工现场的地质情况、同时考虑到该钢桁梁跨度大等特点，结合现有条件及现场租用设备、浮船等的成本，对比3种方案，决定钢桁梁架设方案采用膺架拼装拖拉架设法。该方法的特点是：首先将钢桁梁在膺架上拼装成整体，然后以液压千斤顶、滚动平车作顶推设备，以浮船为载体完成拖拉架梁。该施工工艺的优点是易于操作、施工速度快，其中最主要的优点在于解决了通航与施工之间的矛盾，这一点是其他施工方案难以做到的。

  针对大运河钢桁梁架设法，考虑到既有线和新线距离较近，为了保证安全并确保浮墩通过既有线的桥墩，决定先在新线西侧搭设临时膺架，之后利用临时膺架将钢梁横移至墩位处。

2施工作业

2.1钢梁拼装与架设

  本桥南岸28号墩至主跨32号墩130 m范围内地势平坦，引桥32 m预应力混凝土梁底至地面高度6m，可作为主跨钢梁的组拼场地，因此采取在陆地上拼装，浮拖法架设方案，见图1。

2.2临时膺架

  钢梁拼装临时膺架设置在主跨南岸30号墩～32号墩间（主跨墩号32号、33号墩），膺架1、膺架2为主膺架，每个主膺架长14 m，宽8.6 m.高6.0m;膺架3为节点膺架，在膺架上拼装4个节间后拆除。

  临时膺架由万能杆件组拼而成，主膺架受力桁架中心宽度为6.6 m，与钢梁主桁中心距保持一致，使膺架4片桁架均匀受力。膺架顶桁架中心设置焊接箱型下滑道，钢梁拼装、拖拉过程中的支承点反力通过上滑道、下滑道、顶架横梁和万能杆件桁架传至基础，见图2。

2.3拖拉动力

  上滑道设置在钢梁各节点位置，滑道底贴不锈钢板，上、下滑道间用聚四氟乙烯板做滑移材料。根据各拖拉状态支点反力计算，钢梁拖拉前移过程中，膺架上支点合力最大为5 555 k N，因此在该状态时，最大水平拖拉力为445 k N（静摩擦力，按8%计），最小水平拖拉力为333 k N（动摩擦力，按6%计），因此钢梁拖拉动力选用50 k N卷扬机配5门滑车组。

  拖拉卷扬机设置在膺架2的混凝土基础上，钢丝绳通过膺架2前端的转向滑轮进入滑轮组，在卷扬机的驱动下，收紧32号墩与后方钢梁纵梁间的滑轮组钢丝绳，反拉钢梁至设计位置。

2.4钢梁拼装顺序

  (1)膺架1～膺架3拼装并调整完成后，在膺架上拼装钢梁3个节间E0～E6，向后悬拼装一个节间E6～E8；在完成EO～E6钢梁高强度螺栓终拧后，拆除膺架3，实现钢梁2支点状态，见图3。

  (2)向后悬臂拼装钢梁1个节间E8～E10;拖拉钢梁前移1个节间，钢梁前、后支承点分别为E0和E8。向后悬臂拼装钢梁2个节间E10～E6'。   

 (3)拖拉钢梁前移2个节间后；向后悬臂拼装钢梁1个节间E6'～E4'。

  (4)拖拉前移钢梁1个节间后，向后悬臂拼装2个节间E4'～E0'，钢梁全部拼装完成。

2.5浮船支点

  浮拖法架设钢梁时，浮船支承点为钢梁E4节点，见图4。根据钢梁浮拖架设时E4节点的支承反力，水中浮式支点由一艘1 200 t铁驳、万能杆件膺架及分配梁组成。分配梁组的高度应根据架梁时的水位进行调整。为增加浮拖过程中的安全性和稳定性，浮船支点合力中心应通过铁驳中心。浮船支点标高通过调整船内的压舱水实现。

2.6钢梁浮拖架设

  钢梁在南岸膺架上拼装完成后，选择风力较小、水流速度较低，天气良好的时期进行钢梁浮拖架设。首先在船舱内压水，拖拉船体进入钢梁E4节点下，挂设浮船支点纵、横向缆风绳，以策安全。当确定浮船安装完成后，抽出浮船内部分压舱水，使浮船支点渐渐地进入支承状态，并与后支承点标高保持一致。

  启动拖拉动力系统，钢梁在滑道支架上的移动支点和浮船支架的浮式支点的支承状态下前移。

  浮船应在滑道支点的变化过程中，根据计算反力及时调整船舱内压舱水，通过改变船体吃水深度，保持钢梁E4节点下弦底面标高恒定。

  由于钢梁拖拉采取在陆地上反拉前进，水中浮船受水流的作用会产生一定的横向偏移，因此浮船应在对岸33号墩两侧设置地锚，钢梁拖拉前移过程中，不断收紧和调整船体两侧锚绳，克服水流和风力对船体侧向作用的影响，保持钢梁始终沿设计桥轴线方向前移、就位。

2.7钢梁落梁就位

  落梁就位设备选用3 200 k N扁型液压千斤顶，每个主墩上2个液压千斤顶应用1个油泵并联供油，以保证每端钢梁两桁同步下落。落梁工作在2主墩间交替进行，非落梁端用钢垫块或垫板抄垫落实，油顶落梁时，应设置保护支垫，并边落梁边撤保险支垫。每端钢梁一次下落高度不大于20 cm。

  钢梁墩顶起顶设备坐落在横移顶架上，横移顶架与落梁油顶间设置水平顶，钢梁在拖拉前移中产生的横向偏差应在落梁时不断调整至设计位置，见图5。

3  结语

在水中架设钢系梁时常采用浮拖法，此法是将钢系梁组拼后，经过纵拖使一端伸出河岸膺架、桥台或另一跨桥墩支拖于浮船托架上，用拖拉设备牵引，使浮船向前移动，连同钢系梁达到前一孔就位，该方法易于操作、施工方便，同时所用设备、器材少，且施工进度快，最主要的是解决了通航与施工的矛盾，保证通航架设两不误(只需断航3～4 h)。本桥钢梁属大跨度钢梁，因钢梁前端32m T梁尚未进行架设，采用在铜梁设计桥轴线上进行拼装、架设。本钢梁架设方法比较适合在需通航河流，且风力、水流速度不大、最后浮拖时水位较为稳定的条件下实行。

4摘  要  某大运河大桥通航孔设计采用112 m下承式钢桁梁。为探究最佳施工方案，根据现场地形条件与航道情况设计了就地膺架法、旋转架设法、浮拖架设法3种方案，并结合实际施工情况进行比选，最终采用浮拖法架钢桁梁。该方法以浮船为载体，以液压千斤顶、滚动平车等作为顶推设备，经实践检验具有可操作性。