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高拼高架浮运法架梁施工方案

一、施工总体方案
根据设计图纸和现场踏勘的有关资料，本桥采用高拼高架浮运法施工。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(见下图)，节工节时，快速方便。
浮船浮运钢梁示意图

方法就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。落梁时采用浮箱注水法，落梁后继续注水，直至浮运船退出桥位。
采用高拼高架浮运法架梁的优点是：
1、 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。
2、 浮运船及拼梁设备可以一次性拼组，重复性利用，减少投入，缩短工期。
3、 钢梁拼装与墩台施工同步进行，占用场地少，施工进度快，质量高，效益好。
二、施工方法及操作要点
1、 岸上预拼：对照预拼设计图，将节点板、拼接板、填板等小件在预拼场进行栓接。首先进行冲钉定位，然后用一部分拼装螺栓夹紧钣束，冲钉间隔成三角形布置，其数量约为栓孔数的20%~30%。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或横联整体，并连接好与各部位拼装的连接板。
各种部位预拼完成后，卸下在浮运船上拼装的冲钉；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到预拼场，在预拼场吊装时，一般杆件要平装平放；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锭，然后进行钢梁拼装吊装。
(1)锚锭的设计与计算
锚锭是运输船主缆的锚固体，是支承主塔的重要部分。故其结构设计至关重要，设计采用重力式锚锭，如图示，锚锭基础较深地嵌入基岩中。锚固长度大于20米，防止锚杆从混凝土中拔出来造成破坏。
锚固鞍座
索股
主缆支架 锚锭架

锚块

重力式锚锭构造
(2)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。
(3)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。
(4)斜杆吊装：一根千斤绳捆扎位置靠近上端，与水平线成60º夹角，下端系上保险钢丝绳，两翼缘与水平垂直。
(5)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。
(6)纵梁吊装：四根钢丝绳捆扎或栓住防爬角钢孔眼，水平吊装。
(7)横梁吊装：两根钢丝绳捆扎，水平起吊，中间竖板要垂直。
(8)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。
(9)横联吊装：两根钢丝绳，捆扎下两肢栓绕上两肢，竖直吊装。
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。
水上作业浮吊示意图
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弦：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(见下图)下，根据杆件的吊距确定好浮吊的吊位，将杆件起吊对位后，打入冲钉，间隔成三角形布置，数量约为螺栓孔数的20—30％，再装上拼装螺栓，夹紧板束。
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。
(1) 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，待螺栓拧紧后方可松钩，再补充其余螺栓、冲钉。
(2) 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，装上并拧紧螺栓。
(3) 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。
(4) 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，上足螺拴。
(5) 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。在拼斜杆和竖杆时，根据错孔程度，用千斤顶调整下弦杆挠度，使杆件准确对位。
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。扭矩系数由现场试验确定，施工时的预拉力采用22t。
(2)施拧工具：施拧用AC型定扭音响扳手和PID-ZX-150型定扭电动扳手；检查扳手采用指针读数盘式扭矩扳手。
(3)扳手校定：首先校定检查扳手，其次校定施拧扳手，直至校定合格为止。
(4)螺栓扭矩的检查：采用退扣转角法检查。
5、钢梁拱度控制
浮运船上拼梁的最大难度是钢梁拱度控制。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。
(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大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，采取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；选用35号碳素结构钢，表面经过热处理，保证其硬度；采用悬臂拼装施工工艺，严格冲钉数量，按施拧要求进行，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。落梁时如果河流有潮汐影响，可以在高潮位时浮运定位，落潮时落梁退船。如何流潮汐落差较小，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，由下游进入桥位托梁；托梁前先向浮船压水舱内注水，托梁后按计算逐步抽出压舱水；浮运时要抽水调整钢梁坡度和浮船水平，另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，向浮船内注水，浮运船不再受钢梁荷载，退出桥位，一孔钢梁便顺利落成。利用此方法可以架设多孔钢桁梁，各种设备重复性利用，经济效益可观。
7、浮运计算
检算：膺架自重、梁重按均布荷载计算，横向风按钢梁自重分配方法分配至各个节点上，纵向风按横向风力40﹪考虑。最大风速按14m／s计算，由于风力引起的附加内力：
ΔS=±ΣΜ·Сｉ / ∑Сｉ
式中： ΣΜ —风力作用在横截面上的总弯距；
ΣСｉ—各受风杆件距离纵向对称轴线的距离和。
便梁检算：便梁由4片桁架组成，根据荷载的位置，分别画出各片桁架压力影响线，计算出每片桁架在多个横向荷载作用下的荷载分布，如下图示。
x
p

B2
B1

图2

1#桁架所受荷载：nB1= p/4+B1px/B12+B22
2#桁架所受荷载：nB2=p/4+B2px/B12+B22
膺架有三个支墩，支墩检算将其分为三个区段，每个区段包括一个支墩及两侧纵梁，支墩检算按加载至最大内力计算。
检算结果表明膺架结构满足承载力要求。
3.2压舱水及抽水计算
使用多用途浮箱9个，每个尺寸：5米×2.5米×1.5米拼装后尺寸:7.5米×15米×1.5米,如下图示。
5
5
5

图3

浮箱拼装图
钢桁梁重:G（143）吨。
浮箱自重（9个）：F1（50.55）吨,浮箱上万能杆件支墩重:F2（1.1）吨,共计:F（51.65）吨.浮箱最大吃水深度:Z（1.5）米,施工过程中保持吃水深度Z11.4米。
总浮力: F总=15×7.5×Z1(=157.5吨)
钢桁 梁悬臂拼装16米后加浮箱支墩，钢桁梁需浮拖走行32米就位。
（1）悬臂拼装16米后加浮墩支点受力：T1 ,
压舱水：=F总- T1- F；
（2）：浮拖走行8米时浮墩支点受力T2 ，
压舱水：=F总- T2- F；
（3）浮拖走行16米时浮墩支点受力T3 ，
压舱水：=F总- T3- F；
（4）浮拖走行16米时浮墩支点受力T4 ，
压舱水：=F总- T4- F；
（5）浮拖走行32米时浮墩支点受力T5 ，
压舱水：F总- T4- F；
根据以上数据画出浮拖走行与压舱水关系图，以控制施工过程中压舱水的抽量。
3.3浮拖稳定计算
制出浮箱吃水深度Z和排水量Δ关系曲线、浮心位置y与吃水深度Z曲线，计算浮箱连接后横向倾斜时惯性矩Ix、浮箱载钢梁时纵向倾斜惯性矩Ty，倾覆力仅考虑风荷载，C为浮心，G为重心。如图4
W
图4
M
w

θθ
θθ
H
H
a
F
a
G G

C C

B L

不载钢梁横向倾斜状况 载钢梁纵向倾斜状况
稳性半径：ρ=I/ΣΔ
倾覆力矩：MHq=W·H ，
式中：W—风载，H—风力作用点；
倾斜角：θ= W·H/Δ（ρ-a） ，
式中： a—重心距浮心的距离；
复原力矩：MHZ=MHq；
最大允许倾斜角不载钢梁时：θmax=2（H-F-T）/B ，
式中：B—水线面积宽度；
最大允许倾斜角载钢梁时：θmax= 2（H-F-T）/L ，
式中：L—水线面积长度；
最大倾覆力距：Mmax=Δ(ρ-a) θmax ,要求稳定系数η=θmax/θ＞1.3，按架设时可能出现7级风计算,载钢梁和不载钢梁两种情况下均满足抗倾覆要求。
三、施工工艺框图
高拼高架浮运法架梁施工工艺框图详见下图。
四、施工机具和检测设备
本桥采用的施工机具、检测设备详见下表
五.、劳动力组织
高拼高架浮运法架梁劳力组织详见下表

高拼高架浮运法架梁施工工艺框图

施工准备

浮运船搭设枕木垛、拱度预制

浮运船、水上浮吊定位锚碇

场内杆件倒运至动吊下 钢梁预拼

动吊作业、将拼装杆件吊至运输船

运输船将杆件运至浮吊下

浮吊吊装、拼装杆件

浮运船上拼装钢梁

钢梁拱度两次调整

螺栓初拧、终拧

螺栓检查 不合格

合格

安装墩顶支座、浮运就位

落梁退船

拱度复测、安装辅件

施工机具、检测设备表

序号
名 称
规 格
数量
用 途
1
浮运船

1
浮运钢梁
2
水上浮吊
起重10吨
1
水上作业
3
运输船
运输能力120吨
1
运送物资
4
岸上动吊
10吨
1
倒运杆件
5
汽车吊
16吨
1
预拼钢梁
6
发电机
120千瓦
1
拼装钢梁
7
液压千斤顶
100吨
4
顶、落梁
8
手动倒链
10吨
10
架两用
9
简易螺旋顶

10
顶节点板
10
对讲机

6
架梁用
11
潜水泵
6吋
10

12
定扭电动扳手
回PID-ZX-150
4

13
AC音响扳手
28-76kg.m
6

14
读数盘扭矩扳手
100 kg.m
2

15
解放客货车
2.5吨
1
运输材料
16
全站仪

1

17
J2经纬仪

1

18
自动安平水准仪

2

19
塔尺

4

20
垂球

6

21

22

23

24

劳动力组织表

序号
工种项目
人数
作业内容
使用机具
1
现场指挥
2
负责现场管理

2
工程师
2
现场技术指导

3
清点、清洗杆件
4
整理钢梁杆件
钢丝刷
4
预拼工
6
负责预拼
扳手
5
倒运工
4
杆件吊上船

6
杆件运输工
4
负责杆件运、吊
州、船
7
水上起吊
4
杆件对位拼组
水上浮吊
8
拼装工
3
打冲钉、上螺栓

9
施拧工
3
高强螺栓施拧

10
检查组
3
扳手、螺栓检查

11
测量工
3
放样、检查
测量仪器
12
定位、移位工
3
浮运船和浮吊

13
电工
2
负责施工用电

14
合 计
43