德大铁路小清河特大桥钢桁梁浮运架设施工关键技术
2017-04-10
1 工程概况
小清河特大桥是山东省德（德州）龙（龙口）烟（烟台）铁路工程德州至大家洼段控制性工程之一，中心里程DK238+267.395，全长1707.75m，孔跨布置为：（14*32+
1*24+12*32）m后张法预应力混凝土简支梁+（1*64）m道碴桥面简支钢桁梁+(23*32)m后张法预应力混凝土简支梁。27号-28号主墩之间64m单线铁路道砟桥面下承式钢桁梁高11.5米，宽8.4米,重403.2吨。桥位处主河槽底宽124米，上口宽153米，该段河道较为顺直，位于入海口附近，流速和水位受潮汐影响较大，设计流速V1%=1.08m/s，钢桁梁拼装浮运安排在非汛期9～11月进行，水位-0.3m～1.4m，水深0.5m～3.8m。由于工期紧、水文特殊等情况，主跨64米钢桁梁采用在上游岸边浮运船平台上拼装、河流涨潮时浮运到位、河流落潮时落梁就位的施工方案。
图1 钢桁梁结构示意
2 总体施工方案
针对该特大桥主跨结构复杂庞大、施工时间紧迫、水文地形特殊等综合因数考虑，主跨1-64m钢桁梁采用浮船平台岸边拼装、涨潮时转体浮运到位、退潮时落梁架设就位的方案，即：在26号墩上游约100米处修建码头和平台，作为浮运船器材和钢桁梁杆件堆放及吊车等设备停放拼装的场地，浮船位置在施工前进行河道整平清理，在低水位时保证1米以上水深，满足钢桁梁在浮船上拼装完毕后浮船所需的吃水深度。利用机动舟、浮吊、履带吊将浮运船平台拼组完成后紧靠码头锚碇就位，利用履带吊及浮吊在浮运船平台上拼组钢桁梁，涨潮高水位时在卷扬机锚绳和机动舟的配合下，将浮运船转体约90度，使钢桁梁和桥位处轴线基本保持平行，然后缓慢平稳地将钢桁梁浮运至27号-28号两墩位之间，退潮时辅以浮箱注水配重将钢桁梁顶落到临时支墩上，最后利用千斤顶准确落梁就位于支座上。
3 钢桁梁浮运架设施工关键技术
3.1 钢桁梁浮运架设施工流程
修建拼装码头和作业场地→将浮箱拼组成浮船→ 在浮船上搭设钢桁梁拼装平台→拼组钢桁梁→浮船转体约90度→涨潮时浮运至墩位处→调整钢桁梁平面位置→退潮时落梁至临时支墩上→利用千斤顶落梁就位到支座上→撤出浮船。
图2 施工现场布置
3.2 浮船平台结构形式
钢桁梁梁底设计标高12.011m，转体浮运设计水位标高1.4m，浮箱高1.65m，浮运时浮箱吃水深度为0.9m，则浮箱顶面至梁底净空为：12.011-1.4-（1.65-0.9）=9.861m，临时支墩高度按1m考虑，则浮箱上拼装平台总高度为10.861m。
浮运船由4个大浮体组成，每个浮体分别由9个标准舟节组成（27.0m×8.1m），在浮体两侧各用三组六四梁将四个浮体连成整体。在每个浮体上安装两组托架支墩，每组支墩由五层托架构成，在托架支墩上纵向安装两组双拼I40b工字钢作为支墩分配垫粱，在其上面横向安装一组双拼I55工字钢做为贝雷梁的垫梁。贝雷鹰架梁长57m，两排一组，每侧各3组共6组，共计用228单片贝雷梁。钢桁梁拼装时在下弦杆节点处均支垫40cm高的枕木垛。
图3 浮船平台侧面
图4 浮船平台平面
图5 浮船平台立面
3.3 浮船平台组装
浮船拼组前，先修建预拼场地及码头。将浮船停靠位置及浮船转体范围内河道进行清理整平，保证最低水位时水深1.0m以上，即河床标高不高于-0.3m-1m=-1.3m。
先埋设六个浮船和浮吊的锚固地垄，即按有关要求在码头侧埋设4个、对岸埋设2个。浮体拼组由水上浮吊和岸上履带吊配合进行，逐舟节、逐舟节组、按有关连接要求拼组成浮体，将四个浮体按设计间距位置排开，用锚绳分别固定好。在浮体的两侧各安装三组长56m的六四式铁路军用梁，将四个浮体连接成一个整体。
浮体连接完成后锚定浮船，在岸上预拼场按设计进行托架拼组，然后直接吊装到浮体上与标准舟节进行栓接，安装托架顶分配梁和垫梁。
在岸上预拼场分组拼装贝雷梁，每侧各3组按设计位置吊装到托架垫梁上并与垫梁横向限位连接，贝雷梁顶部用I20型钢将6组贝雷梁横向连接成整体（I20@1.5m），在I20型钢上满铺6mm厚钢板作为拼装工作平台，并按有关安全要求设置平台临边防护。整个浮体结构按程序鉴定验收合格后，在贝雷梁顶部钢桁梁的节点位置处搭设40cm高枕木支墩进行钢桁梁拼装。
3.4 钢桁梁拼装
为了保证拼装质量，减少高空水中作业，钢桁梁杆件在鹰架梁上拼装前，首先在预拼场进行预试拼，即先在预拼场按吊装计划拼装成一个个吊装单元，并将相关联杆件进行试拼，经过全面质量检查后方可在浮船平台上进行拼装，检查要求：杆件对、配件齐、疑问清、接头净、量测准、标志明、绳梯牢、方向对。
杆件捆吊、对孔冲钉、螺栓紧固、预拱调整等钢桁梁拼装各环节严格按设计要求和钢梁的施工规范进行拼装，拼装过程中使用0.3mm塞尺检查各拼接板板缝是否密贴，板缝深度小于20mm。
图6 浮船平台上拼装完毕的钢桁梁实景
3.5 钢桁梁浮运就位
钢桁梁拼装完毕，全部高强螺栓和焊缝检查验收合格后，将钢桁梁下弦杆与浮体鹰架梁用钢丝绳捆绑，防止浮运时梁体侧滑。充分检查锚碇、牵引设备及机动舟，确保其处于良好状态。
各项准备工作充分后，首先松开浮运船的锚定绳索，利用牵引设备使浮船平行离开码头一定距离，再在机动舟的配合下，将浮船转体约90度。转体时要密切观察各部位的连接情况及浮箱吃水深度和浮体倾斜情况，如发现浮体出现明显倾斜时，可采用向浮箱内注水的方法进行浮体的调平。浮体转体时，主要靠缆绳的拉力进行缓慢控制，不可过快收紧缆绳，各方向要密切配合，随紧随放，在此过程中，机动舟只是起辅助顶推作用，要与缆绳的收放速度一致。
浮船转体90度后，在两艘机动舟的顶推和缆绳牵引下，将浮船缓慢的推拉至桥位处。顶推过程中，必须注意缓慢进行，且要充分确保两艘机动舟的顶推速度一致。当浮体接近墩位时，由缆绳牵引浮体调整钢桁梁平面位置使钢桁梁准确对位。浮体稳定后，利用墩顶4个250吨千斤顶起钢梁，并搭设临时安全枕木支墩。待钢桁梁安全落在临时支墩后，解除钢桁梁与浮体的所有约束，随着潮水逐渐回落，浮体与钢桁梁分离，在缆绳的牵引下，撤出浮体。如果潮水退却较慢，需要尽快撤出浮体，也可以采用辅以在浮箱内注水配重加快浮体下沉的方法。
顶落梁采用油压千斤顶进行，即利用钢桁梁两端临近支座位置的2台250吨千斤顶将钢桁梁同步缓慢顶起，搭好保险垛后将支垫钢桁梁的枕木垛抽掉一层，千斤顶回程后将千斤顶下枕木支墩抽掉一层，然后再将钢桁梁顶起，再卸落，直至落到支座上。落梁后再进行精确测量水平位置，如有误差可采用千斤顶、滚杠等进行纵、横向调整。
4 结束语
小清河特大桥工期紧张，主跨钢桁梁结构庞大，水文情况特殊，施工组织难度大，技术方案复杂，安全风险高。实践证明，小清河特大桥主跨钢桁梁采用浮运架设的技术方案，确保了施工安全、质量、进度均达到了预期效果，对类似条件的桥梁施工具有很好的借鉴意义。
参考文献：
[1]《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）.
[2]《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》TZ203-2008.
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[7]《路桥施工计算手册》.
[8]《装配式公路钢桥多用途施工手册》.
[9]《建筑结构静力计算手册》.
