28-高拼高架浮运架梁工法.doc

高拼高架浮运架梁工法(93-舟工字01)铁道战备舟桥处宋炳功我国目前大跨度铁路桥梁，梁部结构大多采用栓焊钢桁梁，在栓焊钢桁梁架设的诸多方法中 ，高拼高架浮运法是一种较先进而又经济的施工方法。传统的浮运架梁法是在岸上将钢梁拼装好，再沿轨道将钢梁拖拉到浮运船上，而后浮运就位。高拼高架浮运法架梁则是在浮运船上将钢梁拼装好，然后直接浮运架设，节工节时，快速方便。几年来，我处先后在商阜铁路涡河大桥、沪杭复线41号、34号大桥采用高拼高架浮运法架设2孔32m、6孔64m钢桁梁，孔孔质量良好，取得了显著的经济效益和社会效益，并荣获1991年度中国铁道建筑总公司科技进步二等奖。经过几年的施工实践，我们不断总结提高，积累了大量经验，并形成了高拼高架浮运架梁工法。一、工艺原理及作业特点(一)工艺原理浮运架梁的基本原理是用拼组的浮运船作浮墩，通过浮墩的浮力来承担钢梁及浮船自重荷载。钢梁拼好后，依靠锚绳牵引力或机动舟的顶推力来克服水流阻力，将钢梁浮运至桥位。落梁就位分两种情况：1.在有潮汐的河流，在涨潮时将钢梁浮运就位，退潮时落梁正位，浮运船退出桥位。要使钢 梁顺利就位须满足的条件是：H2H1H3式中H1浮运船上已拼好钢梁时，梁底至水面的高差；H2涨潮时墩顶支座与最高水位的高差；H3落潮时墩顶支座与最低水位的高差。2.如果在没有潮汐或落差较小的河流，应满足条件H1H2，则将浮运船推至桥位，落梁时采用浮箱注水法或均匀配重，落梁后继续注水或配重，直至浮运船退出桥位。(二)作业特点1.不受桥址自然条件的制约，可以远离桥址选择适宜存梁和预拼的场地施工，具有一定的机 动性。2.钢梁拼装可与墩台施工同步进行，架梁顺序不受墩台施工的限制。3.对多孔钢桁梁架设，浮运船及拼梁设备可以一次性拼组，重复使用，减少投入，缩短工期 。4.在桥跨(孔)作业时间短，影响通航时间少。5.占用场地少，辅助工程量小，施工进度快，质量高，效益好。二、适用范围1.本工法适用于最大风力5级、河面宽50m以上，最大流速2m/s、水深2m以上的河流。2.可以架设32m、64m标准及其他非标准钢桁梁，还可以用于拆除或更换既有桥梁的报废钢桁梁。三、施工设备及机具高拼高架浮运法架梁的主要施工设备有浮运船、水上浮吊、运输船、岸上动臂吊机等。1.浮运船浮运船是用67式铁路舟桥器材和64式铁路军用梁拼组而成的。浮体部分拼组形式和门式舟桥相同，用六条无分水节全形舟联成整体，浮运船中间留有13.5m空档，空档中间用三个标准舟节横向联接成一个浮墩，以满足水上浮吊的吊位及拼梁吊距的需要。为保证浮体的整体浮性和降低浮运船重心，浮体中间用七节标准梁节将浮体联成整体。在浮体上放置一层4片56m64式军用梁做承重梁，不同桥梁梁底至施工水位的高度不一致，为满足这一要求，可以使用双层军用梁或是在军用梁与浮体间增设不同层数的舟桥托架，以满足架梁高度的需要。一般在承重梁上设置5对对称支承点，每对支撑点用2片8.1m公路栈桥箱形梁做横梁，横梁上搭设枕木垛，用来调整拼装时梁底标高及钢梁拱度，其拼组形式见图1。 图11 64m钢梁；2枕木垛；364军 用梁；4岸上地龙；5锚机；6标准舟节；7连接斜杆；8连接直杆；9地 龙；10标准梁节；11箱形梁。经检算，浮运船自重309t，钢梁重203t，总重512t，浮体吃水线面积662.4m2，计算出其最大吃水0.18m(含钢梁自重吃水0.3m)，稳性高度H=72.07m0.5m。完全满足浮性及稳性要求。2.水上浮吊：水上浮吊由67式铁路舟桥器材的标准舟节、分水节、栈桥箱形梁、托架及动臂吊机拼组而成；为满足不同的拼梁高度要求，可以增减浮吊上的舟桥托架，其拼组形式见图2。水上浮吊的性能：最大起重10t(最大起重高度20m)，起重幅度618m，起重臂旋转角度220。图21地横梁底座；2枕木垛；3栈桥梁 ；4托架；5标准舟节；6分水节。3.运输船：运输船由标准舟节、分水节和公路栈桥箱形梁组成，拼组形式见图3。运送杆件或材料时由锚机牵引或机动舟顶推。运输能力为120t。图31标准舟节；2公路栈桥梁；3分水 节。除上述主要设备外，还有岸上动臂吊机、高强螺栓施工机具等，详见表1。表1 施工设备、机具表四、施工工艺(一)拼梁顺序的确定高拼高架浮运法架梁是直接在浮运船上拼装钢梁。为避免船体出现较大的偏载，以满足船上拼梁浮体稳定性和施工规范对浮运船倾斜度的要求，钢梁杆件拼装顺序应从浮运船中间向两侧进行。为满足调整拱度需要及安装方便，钢梁应分层拼装，即先拼底盘，后拼主桁。(二)施工准备1.整理场地，组立岸上动臂吊机。2.器材下水，根据施工需要利用舟桥器材拼组浮运船，水上浮吊，运输船等设备。在浮运船上满铺脚手，按照预置拱度的要求用枕木搭设好支撑点，并将浮运船及水上浮吊锚碇。3.接收、清点、检查钢梁杆件，按施工规范及现场要求搭设预拼平台，铺设运输轨道。(三)施工程序高拼高架浮运法架梁施工程序见图4。图4 工艺流程图(四)施工方法及操作要点1.岸上预拼：预拼的目的是将节点板、拼接板、填板等小件在预拼场进行栓接，尽量减少浮运船上的拼装工作量。预拼的方法是对照预拼图，用22.8mm的冲钉定位，并用一部分拼装螺栓(普通螺栓)夹紧钣束，冲钉间隔成三角形布置，冲钉数量约为栓孔数的2030%岸上预拼主要包括：(1)弦杆预拼：将弦杆一端的大节点板和弦杆中部的竖杆节点板连上，用拼装螺栓夹 紧板层，打上总数30%的冲钉。(2)纵梁的预拼：将两片纵梁单片连在一起，并连上与横梁间的连接板。(3)上下平联及横联的预拼：将单独的杆件连接成一组上下平联整体或横联整体，并连接好与各部位拼装的连接板。各种部件预拼完成后，卸下在浮运船上拼装部位的冲钉；对预拼已终拧的高强螺栓作终拧标记 ，标出船上拼装部位高强螺栓的长度及部件起吊重心，然后按照船上拼梁顺序将预拼好的部件通过岸上动臂吊机倒至运输船上。2.杆件倒运及吊装为了保证施工安全和拼梁的顺利，在杆件的运输和吊装时应针对不同的杆件采取不同的方法 。杆件从堆放场用轨道车运至预拼场，在预拼场吊装时，一般杆件要平吊平放；预拼好的部件由轨道车运至岸上动吊下，由动吊按顺序吊到运输船上运输船由锚机牵引至水上浮吊吊距内锚碇，然后进行钢梁拼装吊装。(1)上弦杆吊装：两根钢丝绳捆扎，水平吊装，两翼缘垂直，大节点板竖直向下。(2)下弦杆吊装：两根钢丝绳捆扎，水平吊装，两翼缘板垂直，大节点板竖直向上。(3)斜杆吊装：一根千斤绳捆扎位置靠近上端，与水平线成60夹角，下端系上保险钢丝绳 ，两翼缘与水平面垂直。(4)竖杆吊装：上端用两根钢丝绳捆扎，下端系上保险钢丝绳，杆件垂直起吊。(5)纵梁吊装：四根钢丝绳捆扎或栓住防爬角钢孔眼，水平吊装。(6)横梁吊装：两根钢丝绳捆扎，水平起吊，中间竖板要垂直。(7)上下平联吊装：四根钢丝绳，分别捆扎节点周围四肢杆件，水平吊装。(8)横联吊装：两根钢丝绳，捆扎下两肢栓绕上两肢，竖直吊装。各种杆件的千斤绳捆扎方法见图5。图5 千斤绳捆绑杆件示意图(a)、吊弦杆；(b)、(c)、(d)吊竖杆；(e)吊横梁；(f)吊纵梁；(g)、(h )吊斜杆；(i)吊平联；(j)吊横联。3.船上拼梁船上拼梁顺序是从中间到两边，先拼底盘后拼两侧主桁。底盘各杆件吊装顺序为：上游下弦杆下游下弦杆下平联端横梁纵梁另一端横梁下一个节间上游下弦杆。两侧上部主桁拼装顺序：上游斜杆竖杆上弦杆下游斜杆竖杆上弦杆横联上平联下节间斜杆。船上拼梁的基本方法是：运输船将预拼好的杆件运到定位在浮运船一侧的水上浮吊下、根据杆件的吊距确定好浮吊的吊位，将杆件起吊对位后，打入直径22.8mm的冲钉，间隔成三角形布置，数量约为螺栓孔数的2030%，再装上拼装螺栓，夹紧板束。(1)弦杆安装：将杆件吊至拼装节点前方，稳住杆件，对准两节点板中心，用简易螺栓顶将节点板稍稍顶开，将弦杆插入，再用倒链将弦杆拉入就位，打入冲钉上足螺栓，拧紧固定。(2)斜杆安装：斜杆起吊后与水平线夹角约60，吊到主桁中线位置，将下端插入下弦节 点，对准一孔，在两侧对称打入一冲钉后旋转杆件，就位后，上部分冲钉及螺栓，将螺栓拧紧方可松钩，再补足其余冲钉、螺栓。(3)竖杆安装：将竖杆垂直吊至主桁中线位置，将杆件插入下弦中部节点板处，就位对孔打入冲钉，装上螺栓，拧紧螺栓。(4)横梁安装： 水平起吊后，将横梁由上前方插入到两主桁内侧节点板中，要避免横梁的下翼缘碰到纵梁的连接板，而后将两侧节点板稍稍撬动，放入正位，上足冲钉及螺栓。(5)纵梁拼装：将已预拼好的两片纵梁，水平起吊，从上前方与横梁对位，避免碰撞，上足螺栓。(6)平联安装：将预拼好的平联部件，水平起吊，先在四个角各打入一个冲钉对位，然后上足螺栓。在拼梁过程中，浮运船上只在大节点处设有枕木垛支撑，而16m长的下弦杆中间挠度较大， 造成斜杆及竖杆对位困难。施工时应在小节点处设置临时支撑，方法是在军用梁上垫枕木， 在枕木上搭设一根直径40mm的钢管，钢管顶部固定一个50t千斤顶。在拼斜杆竖杆时，根据错孔程度，用千斤顶调整下弦杆挠度，使杆件准确对位。在各节点板中插入杆件时，由于拼装螺栓已将板束夹紧，杆件插入较困难，为此，我们设计 了简易螺旋顶，其结构如图6。拼装人员携带使用，插入杆件时，用它将节点板稍稍顶开， 杆件即可插入对位、方便实用。图6 螺旋顶(放大)4.高强螺栓施工(1)扭矩的确定。钢桁梁的高强螺栓施工，采用扭矩法。施工扭矩的确定公式：M=KPD式中 M施工扭矩；P螺栓的预拉力；D螺检直径；K扭矩系数。一般64m钢桁梁使用的高强螺栓为直径22mm，拧后的设计预拉力为20t；因为施拧后螺栓的预拉力要损失10%左右，因此施工时预拉力应为P施=22t，而K值应进行现场实验测试得出； 各参数确定后，即可以求出终拧扭矩值M终。一般的初拧扭矩值应定为终拧扭矩值的0.70.8。施工时现场施工温度应与测试温度相同，如果环 境温度每上升10，施工扭矩值降低3%；环境温度每下降10扭矩值应上升5%。(2)施拧工具：施拧用AC型定扭音响扳手和回PIDZX150型定扭电动扳手；检查扳手是指 针读数盘式扭矩扳手。(3)扳手校定：首先校定检查扳手，方法是在扳手的柄端用细钢丝挂上标准砝码块若干，砝 码块重量G与力矩L之积加上扳手自重G1与重心至矩心距离L1之积，所得和即为实际扭矩M实；同时记录出读数盘显示的扭矩值M表。用不同重量的砝码块连续做三次以上，将几次所得M实与M表相比较，如果M实和M表的数值均成线性增减，而且两者误差很小， 则消除误差即可使用。其次是施拧扳手，将施拧扳手调到接近施工扭矩值，拧一螺栓，采用退扣法用检查扳手检查 螺栓扭矩，其扭矩值按0.9测计(如采用紧扣法，其扭矩值按1.1测计)反复做几次至施拧扳手 扭矩值合格为止。(4)螺栓扭矩的检查，检查扭矩值应根据M检=K、P设D计算出，P设取为设计预拉力20t。采用退扣转角法检查，方法是先在施拧过的螺栓及板上划线，套上检查扳手，再在检查 扳手的套筒上划上重合线；松掉螺帽3050，然后施拧，当套筒线与螺栓及板线重合时的读数值即为实测扭矩值M测；M测如果在M检的上下10%范围内，则视为合格，否则不合格重新施拧。5.钢梁拱度控制浮运船上拼梁的最大难点是钢梁拱度控制。因为浮运船是不稳定基础，拱度值不易测量控制 。我们采用准确确定大节点支撑拱度预设、拱度两次调整及确保拼梁精度三种办法，较好地解决了水上拼梁的钢梁拱度控制问题。64m钢桁梁拱度的设计值见表2。表2经计算由恒载使钢梁主桁中心产生的挠度为2.12cm，则落梁后钢梁中心拱度应为4.72.12=2.58cm4mm，其它各节点保证其与设置拱度曲线吻合。(1)准确确定大节点支撑拱度预置为正确设置钢梁拱度，在浮动船各大节点支撑处，先按设计实设拱度值加5cm作为预设拱度值，加大5cm的目的是为了克服支撑枕木的沉落量及浮体的挠曲。因浮运船为柔性拼装平台 ，加上河流有潮汐，采取在涨落潮之间的平水期，测量各支撑点高度，用支点相对值的办法来确定拱度预留值。(2)确保钢梁杆件的拼装精度钢梁预拱度为制造拱度，保证钢梁杆件的拼装精度是拱度控制的关键。拼装使用的冲钉公称直径较设计孔径小0.1mm；先用35号碳素结构钢，表面经过热处理，保证其硬度；采用悬臂拼装法施工工艺，并严格按照每一节点上冲钉的数量不得少于栓孔总数的50%进行拼装，其余栓孔安装高强螺检并进行初拧和终拧，而后更换冲钉，确保钢梁几何尺寸的正确。6.浮运就位，落梁退船待钢梁全部拼装完成后，全桥检查完毕，可以利用浮运船上的锚机钢丝绳牵引和机动舟顶推将钢梁浮运就位。落梁时如果河流潮汐落差较大，可以在高潮位时浮运定位，落潮时落梁退船。如河流潮汐落差较小，可以在墩顶搭设适宜高度的枕木垛，将钢梁正位后先落在枕木垛上，待退船后用千斤顶将钢梁从枕木垛落到支座上。若河流没有潮汐落差，可以在浮运船上均匀配重或向浮箱内均匀注水直至浮运船退出桥位为止。方法是：先在墩顶将钢梁支座准确对位安装，在桥位上下游两岸埋设地龙，浮运船在上下游“八字”缆的牵引下，由下游进入桥位；在钢梁四角座板栓孔各悬挂一只垂球，与已正位的支座栓孔对位，同时在临近墩顶支架仪器跟踪测量钢梁中线，纠正偏差，有专人根据垂球及仪器的指示指挥锚机手放松或拉紧四角缆绳来调整船位，直至钢梁座板与墩顶支座准确对位 ，并绷紧四角缆绳；待钢梁落座后松掉上游缆绳，浮运船不再承受钢梁荷载，退出桥位，一孔钢梁便顺利落成。五、劳力组织高拼高架浮运法架梁劳力组织如表3。表3 劳 力 组 织 表六、质量要求(一)水上拼梁时要严格按照铁路桥涵施工规范要求进行。(二)高强螺栓检查要严格，不合格的要禁止使用；施拧扭矩严格控制严防超拧及欠拧，合格率应符合钢梁验收标准。各种扳手工作四小时要校定一次。(三)拱度测设要严格、精确，误差控制在4mm以内。(四)落梁就位时要精确，落梁后要对全桥统测，及时纠正偏差，中线偏差应在桥规允许偏差值之内。七、安全措施(一)拼梁吊装时，杆件捆扎要牢固，要有保险钢丝绳及防滑胶垫，检查合格后方可起吊，起吊时要栓系缆风绳。(二)施工人员必须配戴安全帽，穿平底胶鞋，高空作业人员必须栓系安全带，水上作业人员必须穿戴救生衣。(三)船上拼梁时，一定要从中间向两侧对称拼装，防止浮运船有较大偏载。(四)浮运船、运输船、浮吊等水上设备要可靠锚固，并配备航标装置，在施工河段的上下游均设置安全警戒船，浮运落梁时要严禁船只在桥下通过。(五)浮运船上要满铺脚手便于施工，施工电缆要保持良好，防止重物碰撞，以免漏电伤人。八、效益分析采用高拼高架浮运法架设钢桁梁与浮拖法架梁等方法相比，具有明显的优势和效益，连续架设钢梁孔数越多，效益越显著。1.经济效益：辅助工程量少，占土地少，减少大量资源投入，与浮拖法设计概算相比较，可节约投资22.3%。2.浮运船等水上设备拆除方便机动灵活，不必拖拉移梁，可提高工效40%。3.浮运法架梁，对河道干扰少，封航时间很短，社会效益显著。九、工程实例1991年3月至7月，我们在沪杭复线34号、41号大桥钢梁架设中采用了