孟金强， 王 彬
(铁道战备舟桥处，山东 齐河 251100)
摘 要：宁启铁路复线如泰运河1—80 m双线钢桁梁，重1 027.5 t。在选择钢桁梁架设方法时充分考虑了现场状况，选用浮托法进行钢桁梁架设安装，但在首次实施中架设失利，通过对原方案的优化修改，钢桁梁得以顺利架设到位。具体介绍了浮托顶推架设中关键结构如滑道、顶推装置、临时支墩、水中浮墩的设计与优化，浮托架设的施工步骤，对类似工程有借鉴意义。
关键词：钢桁梁；浮托架设；临时支墩；水中浮墩；滑道
宁启铁路复线电化工程如泰运河1—80 m双线有砟桥面无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式钢桁梁，全长82 m，重1 027.5 t，桁高11.6 m，主桁间距11.8 m，节间长度10 m。该工程是宁启复线电化工程的重点控制性工程，由于施工作业需跨越通航净宽要求≥60 m、净高≥5.5 m的如泰运河，具有技术含量高、安全风险大、施工工艺难的特点。
(1)根据设计提供的地质报告，本桥址地质主要为粉土、粉砂类土质，承载力较弱，由于钢梁重量较大，不宜采用大量桩基础设计等支架拼装架设钢梁施工。
(2)如泰运河通航水位在3.04～1.24 m，在局部清除河道后，可满足浮托设施设置条件。如泰大桥南通台后至中山路间约150 m场地可用于钢桁梁的拼装。
(3)通航要求。根据如皋市航管站关于如泰运河的通航要求，通航宽度必须保证60 m以上，若是使用支架法施工则难以保证通航宽度，将影响通航时间太长。
(4)既有码头影响。经现场调查，在距离2#墩西侧7 m处有一地方码头，影响中-60浮箱组靠岸，因此采用在2#墩北侧设置一临时支墩过渡的施工方案。
根据以上条件综合比选，如泰运河1—80 m钢桁梁就位采用纵向浮托顶推法进行架设。[1]
钢桁梁构件加工完成并在工厂预拼合格后，由公路直接运输至如泰运河南岸(启东侧)。施工时将2#墩后路基用级配碎石平台填筑至拟定标高，其上浇筑混凝土台座作为拼装平台，提前安设下滑道并在各节点搭设临时枕木垛支点，钢桁梁直接在枕木垛上拼装，拼装时从南京侧一端向另一端逐节间分层拼装钢梁，即先拼装底盘(包括下弦、纵横梁、下平联)，初调拱度，然后拼装腹杆、上弦横联、上平纵联和桥门架，再精调拱度，因现场场地较宽阔，80 m钢桁梁一次拼装到位(见图1)。
架设前，在钢桁梁E2和E0′节点处设置滚轮小车，在E0′节点后端滑道顶面安装顶推设备并与该节点处滚轮小车连接，顶推钢桁梁使E0节点悬臂于4#临时支墩外，再由驶入桥孔中的浮墩在E0节点将钢梁顶起，继续顶推钢桁梁带动浮墩前行至导梁到达5#临时墩，将浮墩导梁与5#临时墩连接固定，再次顶推钢桁梁至E0点位于1#墩顶支座位置上方，最后向浮箱注水，将钢梁放置于1#墩顶提前搭设的枕木垛上，并用千斤顶固定，准备安装支座后落梁。钢桁梁浮托架设全程结构布置见图1。
3.1 岸上滑道
岸上滑道系统分上、下滑道。
下滑道设在启东侧路基上，由基础、枕木和钢轨组成。下滑道基础设置在两片主桁下方采用混凝土条形基础，尺寸为4.0 m×83.5 m×0.6 m，混凝土基础设预埋件连接枕木(间距32 cm)并与其固定，
图1 钢桁梁浮托架设示意图
在枕木上安放钢轨形成下滑道。单道滑道由2根P50钢轨焊接组合而成，单根长90 m，左右两道共4根， 对应钢桁梁下弦铺设，间距11.8 m。
上滑道(滚轮小车)设置4对，分别安装于钢桁梁下弦杆E2、E0′正下方。
3.2 顶推纵移动力系统
采用两套自锁爬行顶推设备顶推钢梁纵移，钢桁梁拼装完成后安装在启东侧方向钢桁梁E0′节点后端滑道顶面。
自锁爬行顶推设备由100 t液压千斤顶2台、200 t液压自锁器(夹轨器)4台、油泵及液压控制柜(台)组成(见图2)。在供油时，夹轨器夹紧下滑道(钢轨)形成顶推反力台座，千斤顶顶推钢梁，使钢梁纵移；在回油时，夹轨器松开下滑道(钢轨)，千斤顶回缩，并带动夹轨器向前爬行。循环供油、回油顶推钢梁到位[1]。
图2 自锁爬行顶推装置和滚轮小车
3.3 临时支墩
3#临时支墩(见图3)位于2#墩靠河道侧承台上，单侧主桁正下方并排设置5根?630 mm钢管柱，柱顶设置1组2I55工字钢垫梁；竖向钢管采用型钢与预埋在墩身处的钢板焊接进行连接锁定。
4#临时支墩(见图4)位于3#临时支墩靠河道方向6 m处，墩身采用12根?630 mm钢管桩打入深度25 m成矩形布置。墩顶采用三层垫梁布置，从下至上第1层为横桥向3组2I40a工字钢，第2层为顺桥向4组2I40a工字钢，第3层为横桥向1组3I40a工字钢，单根长均为6 m。
图3 3#(5#)临时支墩结构(单位：m)
图4 4#临时支墩结构(单位：m)
3#、4#临时支墩间采用6 m跨度的贝雷梁拼装连接，单侧使用14片贝雷片密排布置宽度2.5 m，贝雷片间采用2[14槽钢作为贝雷梁的加强竖杆，加固范围：墩侧临时支墩处1.5 m范围，浮箱托架中心两侧分别加固1.5 m范围。贝雷梁顶部下滑道系统由钢枕和滑道梁组成，左右共设两道，其中滑道梁由2根P50钢轨焊接组合而成，并锚固在钢枕上；钢枕尺寸为0.2 m×0.21 m×2.5 m，间距0.32 m。
5#临时支墩位于1#墩靠河道侧承台上，结构型式同3#临时支墩。
3.4 水中浮墩
浮墩由上下两部分组成，下部为36个中-60浮箱组拼而成的浮体结构，外形尺寸为36 m×18 m×2 m(见图5)。在浮箱组平台上安装托架，托架采用“六五”式军用墩杆件拼装。采用水泵对中-60浮箱进行注、排水，完成装卸梁。
图5 浮墩构造(单位：cm)
军用墩托架由加长箱梁、军用墩和底梁组成。其中加长箱梁沿横桥向布置，共设6根，每根长17.5 m，顶宽0.79 m、底宽0.69 m、高0.40 m；底梁沿顺桥向布置，采用2I40b的工字钢，共设6根，长18 m。
军用墩分左右两侧设置，每侧3个，中间为主墩，两侧为辅助墩；每个墩由上垫梁、立柱、下垫梁和连接角钢构成。其中上垫梁采用3组2I40b，每根长4 m；下垫梁采用6组2I40b，每根长6 m；立柱为双[30a组成的格构式立柱，共6根，每根高5 m。每个墩的立柱之间采用角钢连接成整体。
浮墩顶部贝雷片总长度为24 m，横向密排布置为13×0.176 m，共14片，下滑道系统同临时支墩。
钢桁梁拼装完毕后，首次进行顶推架设时，岸上下滑道钢轨数次出现断裂现象，导致架设作业被迫中止。经专家及技术人员分析论证后认为，主要原因为现场施工未严格按照原方案的标准和要求布置下滑道枕木垫梁，加之滑道枕木和钢轨均为废旧材料，造成钢桁梁在前移过程中钢轨受力集中，发生断裂。此外，还发现方案中浮托作业程序设计不合理，安全可控性较差。经过审慎论证对原托梁方案进行了修改优化，改造并加固了滑道基础和浮墩支架系统。
4.1 优化内容
(1)取消原滑道钢轨下面支垫的横向枕木，在原有下滑道基础的上方浇筑1.2 m宽、18 cm厚的C40砼基础，直接将钢轨铺设在新浇筑的混凝土基础上。并将钢桁梁前端支点处的滚轮小车由1台改为2台，基础所受到的线荷载减小。
原方案钢桁梁前端支点E2节点受力为340 t，一台滑道小车与滑道的接触长度为0.9 m，此时条形基础所受到的两条线荷载为3 400 kN/(0.9 m×2)=1 888 kN/m。方案变更后， 钢桁梁前端支点E2节点受力为406 t，两台滑道小车与滑道的接触长度为1.8 m，条形基础所受到的两条线荷载为4 060 kN/(1.8 m×2)=1 127 kN/m，变更后滑道基础所受到的压应力较小。
(2)修改5#临时支墩结构型式。在5#临时支墩柱顶工字钢垫梁顶面密排4根六五式军用墩，再在其顶面和1#墩顶面沿纵向布置两层“八三墩”，在1#墩支座垫石上横向密排方木，然后在方木和“八三墩”上铺设P50钢轨滑道。具体结构布置见图6。当E0节点到达该位置后，将钢梁落在滚轮小车上，撤出浮墩。
(3)取消原浮托支架上的贝雷梁导梁及两侧边墩支架，重新设计浮墩支架，减轻支架自重。
原方案在浮托过程中使用14片贝雷片作为导梁进行顶推纵移，贝雷片之间的连接较为薄弱，整体稳定性较差。钢桁梁在贝雷片上行走过程中，由于中-60浮箱所承受荷载时刻变化，必须对中-60浮箱不断注水进行平衡，实际操作难以控制。方案优化后，取消了导梁，在整个浮托过程中，浮墩受力不变，稳定性较高。并且，浮托到位后，钢梁已进入1#墩墩身顶面，再顶推2 m即可就位，变更方案简化了工序，施工更方便、可控。
浮墩支架沿横桥向分为左右两侧对称布置。在支架底部设底梁，底梁沿顺桥向布置，采用2I40b，共8根，每根长18 m。其上设下垫梁，下垫梁为I40 b，每根长12 m。每侧支架沿顺桥向布置2排立柱，横桥向2排立柱。立柱为?529 mm×12 mm钢管。立柱之间利用?273 mm×6 mm钢管进行连接形成整体桁架。立柱顶部为上垫梁，采用高墩杆件，每根长6 m。顶面为4根高墩杆件，宽1.6 m，高0.412 m。高墩杆件上方根据浮托时的水位情况，利用“八三墩”搭设支点并控制顶面标高。具体结构见图7。
(4)浮托步骤和支撑节点变化。浮墩先支撑在E0节点，前移11 m后将钢桁梁E3、E4节点支垫加固。此时浮墩后移一个节间，支撑在E1节点上再前移。
图6 5#临时支墩结构(优化后)(单位：cm)
图7 优化后浮墩构造(单位：cm)
4.2 浮托架设步骤(优化后)
钢桁梁顶推浮托架设步骤参见图8。
图8 钢桁梁浮托架设示意图(优化后)
第一步：首先将小车放置到E0’与E3节点，利用顶推系统进行顶推。
第二步：浮箱注水后，利用浮箱上的锚机牵引浮箱就位，顶推钢桁梁使浮墩顶部支点中心位于钢梁E0节点下方。然后对浮箱抽水，使浮墩将钢梁托起。
第三步：继续利用顶推系统顶推钢梁前行11 m，此时停止顶推，将钢梁E3、E4节点支垫稳固。然后再对浮箱进行注水，使浮墩与E0节点脱离。
第四步：将浮箱牵引至E1节点正下方，对浮箱抽水，使浮墩再次将钢梁托起。
第五步：连续顶推钢梁，使浮箱到达对岸1号墩。然后对浮箱注水，使钢梁E0节点落在5#临时支墩和1#墩墩顶设置的滚轮小车上。
第六步：对浮箱继续注水直到脱空，将其移到岸边。然后继续顶推钢梁，直到E0节点到达支座中心位置。
第七步：利用在支座垫石上设置的千斤顶将钢梁顶起，在垫石前方的墩身顶面搭设支点，将钢梁落在支点上，完成浮托架设。
宁启复线如泰运河大桥在选择钢桁梁架设方法时充分考虑了现场地质、水文、作业环境等各种因素，正确地选用浮托法进行钢桁梁架设安装，但在首次实施中由于现场作业标准不高、下滑道材料质量不合格，且原方案中浮托程序过于复杂，临时支墩、浮托船导梁等关键结构在作业过程中安全可控性较差等原因导致首次托梁失利。通过对原方案的优化修改后，钢桁梁得以顺利架设到位。
对于大吨位钢桁梁的架设，不但要重视其架设方法的选择，更要重视在基本架设方法确定后具体施工工序和关键临时结构物的设计，现场更应严格按照设计方案高标准、高质量的完成各项作业内容，才能保证架设方案的顺利实施。
参考文献：
[1]张元昭.浮托顶推法架设64 m钢桁梁技术[J].铁道工程学报，2011(3)：58-63
Meng Jinqiang， Wang Bin
(The Railway Pontoon Bridge Department for War Preparedness,Qihe 251100,China)
Abstract：The 1-80m double-line steel truss girder of the double-track line of the Ning-Qi Railway is 1027.5 tons in weight.When the method for the erection of the steel truss was chosen,the site conditions were taken into full consideration.In this case,the floating erection method was finally chosen. Even so,the first attempt of erection failed.After the original erection scheme was optimized,the steel truss was smoothly erected into place.In this paper introduced in detail are the design and the optimization of the key structures in the course of the floating erection such as the sliding track,the jacking device,temporary supporting piers and floating piers in water,the construction procedures of the floating erection,etc.The project may serve as a useful reference for other projects of similar types.
Key words：steel truss;floating erection;temporary support;floating piers in water;sliding track
收稿日期：2014-10-13
作者简介：孟金强(1980—)，男，工程师，主要从事桥梁工程施工技术管理工作 zqcmjq@163.com
DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.01.005
中图分类号：U455.467
文献标识码：B
文章编号：1672-3953(2015)01-0016-05
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