复杂水域下系杆拱安装施工技术研究

郑君宇,苏颖 （安徽省路港工程有限责任公司，安徽 合肥 230022）

1 前言

以往通航河道上的钢结构通过河内打桩、搭设支架及纵梁的方式，在桥位区拼装桥梁，或采用顶推法进行施工。但这两种方法都需要长时间封航或限制性通航，审批流程繁琐，施工安全风险加大。

随着我国经济的快速增长，通航船只也越来越多，因桥梁搭设导致的长时间封航或限制性通航将会给船舶往来造成很大影响。为解决因桥梁建设而封闭航道的问题，自上世纪80年代开始，趸船作为支点的顶推工法逐渐成为了热点工法。至今，国内已成功实施二十余例该工法实施的项目，有了较为丰富的应用经验。由于较多内河航道因存在边坡、丰水期、枯水期，水位高差大，单艘趸船作为支点时对吃水深度有一定要求，因此存在一定的局限性。而复杂水域下系杆拱安装施工技术通过采用钢管柱支架顺利在本工程中得到应用。

2 工法特点

①施工速度快、人机材投入较少,节省了施工工期和成本。

②采用钢管柱支架施工，其占地面积小，不需要很大作业面，减少了对土地资源的占用，不仅适用于跨河航道施工，也适用于拥挤的城市道路施工。

③属于整体定型桁架结构，可多点同时施工，施工安全高效，确保了工程质量，缩短了支架所承载的主体工程施工工期。

④采用阶段预制拼接方式，工厂加工构件精度高，质量易于控制，工法中采取了多种措施保障了现场的吊装安全和焊接安装质量。

3 适用范围

该工法适用于施工工期紧、施工压力大、水域条件复杂的工程，不适合趸船支点法，以及无法长时间封闭的铁路、公路、河道等上方钢结构施工。具有施工速度快、断航时间短等特点，常在船舶往来较多的内河航道上采用。

4 工艺原理

本工法先安装固定端横梁和系梁对应的中横梁及拱脚，然后安装其余系梁，再拼拱肋和风撑，最后安装正交异性板。先施工两侧栈桥及支架，栈桥布置在桥中线位置，利用130t履带吊先吊装固定端横梁和系梁以及两侧拱脚，然后由两侧至跨中方向对称吊装两侧钢系梁至合龙；在系梁上安拱肋拼装支架，逐段对称吊装拱肋至合龙；拱肋和系梁拼装完成后，继续利用履带吊从两侧往跨中方向安装正交异性板。

5 施工工艺流程

基本流程：河岸支架基础处理→水中钢栈桥搭设→水中支架基础施工→支架上部结构安装→主体端横梁吊装→主体系梁吊装→系梁合拢段预应力塔架安装→系梁悬臂段安装→系梁合拢段安装→拱肋支架、拱肋安装→正交异形板、吊杆安装→解除支架连接→吊杆张拉→支架拆除。

6 操作要点

6.1 栈桥支架施工

栈桥采用“钓鱼法”施工，步骤如下。

步骤一：采用履带吊施沉钢管桩。

步骤二：铺设贝雷梁安装横向分配梁。

步骤三：履带吊进行桥面系梁安装。

注意事项:①施工前，应根据桩位图计算确定钢管桩的中心坐标及桩顶标高，同时规划好沉桩顺序，避免已插打的桩影响后续正常施工；②施工时注意履带吊的臂展长度，起吊时应根据吊起物重量及履带吊性能进行施工，如有异常情况发生，应立即停止作业，排除后方可继续。钢管桩的最终桩尖标高由入土深度控制，若钢管桩无法沉至设计标高，应及时查明情况，及时汇报、分析原因,拿出解决办法,确保钢管桩的入土深度或设计承载力达到了设计要求。若是达到入土深度后，钢管桩仍急速下沉，表明地质情况与实际不符，应及时通知设计院。

6.1.1 支撑墩结构样式

支撑墩采用打入桩，85T履带吊配合DZJ90打桩锤施打钢管桩，插打前测量人员按照设计图纸精确放样，利用履带吊逐节插打至设计深度；竖向Φ630×8mm钢管桩节段之间，采用沿圆周贴6块20cm×20cm×8mm的钢板满焊连接；打桩过程中应严格控制钢管桩垂直度在1%以内，打桩到位并接长至设计高度后，将纵向相邻竖向钢管桩之间通过双[16，对口焊接成方钢焊接成整体结构。

6.1.2 钢管桩插打

在全站仪测量定位后，利用80t履带吊起吊钢管桩，振动桩锤插打钢管桩至设计深度。首先，在履带吊工作半径内从下游向上游依次对钢管桩插打；其次，已插钢管桩区域内架设工字钢主梁及分配梁并铺设面板，作为履带吊工作平台，并以此类推，完成整个栈桥平台。

履带式起重机用吊钩将底节钢管桩吊至设计桩位，让钢管桩在自重作用下沿定位导向架的导向轮下沉入土，用履带式起重机将振动锤与液压夹钳吊至钢管桩顶口，用液压夹钳将钢管桩顶口夹住检查桩的垂直度满足要求后，开动振动锤振动，每次振动持续时间不宜超过10～15min，过长则振动锤易遭到破坏，太短则难以下沉。每根桩的的下沉应连续进行，不宜中途停顿或间断过长时间，以免桩周土回挤造成继续下沉困难。

除第一根钢管桩外，其他钢管桩间均应及时使用剪刀撑和横撑相接。横撑与剪刀撑和钢管桩间应满焊，焊缝高度为5mm。剪刀撑应距离水面以上50cm。振动沉桩过程中，应不断校正桩位和桩的垂直度，并控制好桩顶标高，平面定位偏差≤0.1m，倾斜度≤1%。

6.1.3 纵横梁安装施工

在竖向钢管桩顶设双拼HM588×300型作为纵梁，在纵梁上铺设HN400×300型钢作为横梁。

纵梁逐跨进行安装，并同其上的横向分配梁、花纹面板及防护栏杆整体拼装，采用履带吊整体吊装到位；然后将纵梁焊接成连续梁。

6.1.4 栈桥主梁施工

在竖向钢管桩顶设双拼HM588×300型作为纵梁，在纵梁上铺设HN400×300型钢作为横梁。

采用履带吊机吊装纵梁逐跨进行安装，纵梁连同其上的横向分配梁、花纹面板及防护栏杆整体拼装，采用履带吊整体吊装到位，然后将纵梁焊接成连续梁。

6.2 钢梁及拱肋拼装支架结构形式

本桥安装支架分为两个部分：系梁拼装支架、拱肋及风撑拼装支架。

6.2.1 系梁拼装支架

①底部支撑支架

系梁拼装支架在桥梁一侧各布置10组，共20组。水中侧单组支架采用2×2m四榀形式，地面以下打入桩钢管规格为Φ630×8mm，地面以上钢管规格为Φ406×8mm，管柱间采用L75角钢连接系焊接连接，钢管桩顶上横梁采用规格为HM440×300mm的H型钢；H型钢上放置调节垫块，对箱形钢梁进行抄垫。

Φ406×8mm 钢管与Φ630×8mm的钢管连接形式采用：在Φ630×8mm柱头顶部采用井字型板焊接加劲，顶部焊接20mm盖板，Φ406×8mm钢管焊接在盖板上，并在四周设置8个加劲板焊接，使两钢管形成固结。

岸上侧单组支架支撑于已处理过的地面上，地基处理采用碎石换填。支架结构采用2×2m四榀形式，钢管规格为Φ406×8mm，管柱间采用L75角钢连接系焊接连接，钢管桩顶上横梁采用规格为HM440×300mm的H型钢。

②系梁顶上塔架

为满足桥梁通航需要，且因桥梁跨中施工临时墩难度较大，系梁安装跨中两度采用悬臂拼装。为保证系梁悬臂拼装的受力安全，采用在已架设的系梁顶部安装塔架，并设置锚箱，当悬臂段吊装到位后，通过张拉钢绞线施加预拉力的方式减小悬臂端的变形和系梁的受力。

塔架高度18m，采用2×2m四榀形式，钢管规格为4-Φ406×8mm，管柱间采用L75角钢连接系焊接连接，钢管桩顶上横梁采用规格为HM440×300mm的H型钢；预应力采用4根Φ15.2钢绞线。

钢绞线与主梁连接处设置锚箱，理论计算预拉力约为40t，张拉过程中测量XL-5前端挠度，当张拉力达到15t后，开始分级张拉，每增加5t观察一次XL-5前端位移量，根据实测值确定最终张拉力。

6.2.2 拱肋及风撑拼装支架

拱肋及风撑拼装支架均采用2×2m四榀形式，钢管规格为Φ273×8mm，管柱间采用L75角钢连接系焊接连接，钢管桩顶上横梁采用规格为HM440×300mm的H型钢，H型钢上放置调节短管对拱肋进行抄垫。

6.2.3 拼装支架施工及防撞设计

①支架施工

系梁及拱肋支架施工均采用常规方法施工，打入桩基础施工采用85T履带吊配合DZJ90打桩锤施打钢管桩。

地面以上的系梁支架拼装均采用130t履带吊安装。

②警示导航防撞桩

在主桥水中支架，为了防止船舶失误碰撞系梁拼装支架，或失去动力失控漂流撞击系梁支架。在通航孔位置的临时墩上下游两侧设置2个点，每个设计为3根Φ630×8mm的钢管桩，钢管桩按照间距为1.5m成等边三角形打入河床10m，外露现状水面2.5m，3根钢管之间通过平联钢管形成整体，作为通航警示导航防撞桩。

每个点外露出水面的钢管桩粘贴夜间反光警示贴，在钢管桩顶安放大型太阳能红色警示灯，保证夜间通航施工安全。

6.3 钢梁及拱肋安装工艺流程

6.3.1 主要结构的吊装顺序

系梁吊装顺序：按从两侧向跨中依次对称吊装。

拱肋吊装顺序：按从两侧向跨中对称吊装，最后吊装合龙段。

6.3.2 施工步骤

施工两侧栈桥→施工系梁拼装支架→依次吊装拱座GZ1、端部横梁、第一段系梁XL1与XL10并焊接→在系梁XL1上安装拱座支架、吊装拱座GZ2→依次吊装XL2、XL3、XL4并焊接→系梁顶部拼装塔架及系梁XL5并施加预拉力→待系梁XL5与XL4焊接成整体→吊装另一侧系梁XL6节段并焊接→施加预拉力→系梁合龙→安装拱肋拼装支架→依次对称拼装拱肋GL-1、GL-2→安装第一道临时横撑和风撑→对称拼装拱肋GL-3→依次对称拼装拱肋GL-4、GL-5、GL-6及风撑→拼装拱肋合龙段→从两头向跨中对称拼装正交异性板→安装吊索→系杆及吊索张拉→其他附属结构施工→拆除支架。

图1 主梁合拢

图2 拱肋合拢及吊索安装

图3 拆除支架

7 效益分析

7.1 经济效益

对比于传统河中支架+整体纵梁以及整体顶推法，该工法提高了安全性与机械的利用率，免去了繁杂的水上作业船舶，将水中作业变为临水作业的同时大大提高了施工的安全性、便利性，在施工过程中，大大加快施工进度，节约了工期，减少了人员投入及安全管理成本。

7.2 社会效益

本工法仅需在桥梁中处轴线搭设栈桥，可以最大程度地提高机械利用率。并且支架体系结构简单，力学性能优越，施工方便，实用性强，尤其在特殊通航条件和交通条件下具有广泛的应用前景，且不受雨季、汛期等影响，具有满堂碗扣支架所不具备的优势，具有很强的推广价值，经济和社会效益显著。

8 结语

复杂水域下钢系杆拱桥安装施工技术有效解决跨河钢桥梁施工为满足通航水域宽度而导致的跨中合拢吊装困难、危险性大、安装质量不易控制，跨中下挠导致桥梁线形不顺直等难题，相比传统支架及顶推法，在工程周期、材料消耗、设备通用性及施工安全性等方面具有显著优势，可为同类型工程施工提供新的思路。