大跨度钢栈桥液压牵引整体滑移施工技术

关怀玉，李 伟，王道令

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

1 工程概况

营口港2号原油码头钢栈桥是码头陆域与海上各装卸泊位的连接栈桥，全长960 m，双幅8跨，共16榀桥。单榀桥跨距为120 m，桥面全宽14.54 m，高20 m，采用下承式钢管混凝土拱桥结构，单榀桥钢结构净重750 t（不含拱肋和桥面混凝土），见图1所示。钢栈桥在靠海边陆域临时设置的拼装胎具上进行整桥拼装后，依次滑移至岸边，进入浮吊的吊装幅度内，再采用浮吊整体吊运至海上桥墩安装就位。

2 整体滑移施工工艺

2.1 滑移施工工艺原理

为实现钢栈桥的滑移，在整桥拼装现场钢栈桥两端横梁的下方设置临时混凝土轨道梁，在轨道梁上安装钢滑道，借鉴雪橇结构原理设计托移装置作为滑移时承载整桥的滑移部件，利用钢和聚四氟乙烯两种材料间摩擦力较小的特性，采用聚四氟乙烯板作为摩擦材料，并在摩擦面注入润滑油减小滑移过程中的摩擦力，选用新型的自动液压连续顶推系统作为动力，在滑道端部设置牵引锚点，通过牵引绳拖动托移装置在滑道内移动，将钢栈桥拖拉至预定位置。

2.2 滑移系统的设计

滑移系统由滑移轨道基础、滑道、牵引锚座、托移装置、整体顶升装置、牵引装置等组成。

2.2.1 工艺流程

滑移轨道混凝土基础施工→滑道设置牵引锚座设置→钢桥整体顶升→托移装置安装→钢桥整体回落在托移装置上→牵引系统安装→钢桥整体滑移。

2.2.2 滑移施工现场布置

为便于钢栈桥的整体安装，将钢栈桥拼装地点设在工程现场附近离海岸边40 m的陆域区域，见图2所示。

结合钢栈桥的结构特点，将滑移轨道设置在钢栈桥端部横梁的下部。

钢栈桥在各拼装工位支墩上进行整体拼装，支墩的高度必须满足顶升千斤顶顶升高度范围内能顺利安装托移装置。

2.2.3 滑移轨道的设置

2.2.3.1 基础结构设计

本次施工根据现场条件和桥梁结构形式，在桥面系端横梁正下方设置钢筋混凝土条形基础，同时，为方便现场施工，基础上表面与地面平齐，见图3所示。

滑移轨道基础的设计主要包括地基承载力计算、截面设计和配筋设计等。

基础的设计应按永久性进行设计，并能承受较长时间荷载而不会因突然加载而产生不均匀下沉；顶面水平，以减少推移过程中的阻力；在整桥顶升工位的相应部位适当加大基础，以满足整桥顶升的支座反力；同时，在每条混凝土滑道基础纵向中心线两侧沿基础纵向中心线方向设置预埋钢板，以便固定滑道垫板。

2.2.3.2 滑道设计

滑道由轨道垫板和滑道槽钢组成，见图4所示。

滑道基础上设置滑道垫板，垫板与混凝土条形基础上的预埋钢板间焊接牢固，在滑道垫板上安装滑道，滑道采用重型槽钢，与垫板间断焊接固定。

2.2.4 牵引锚座的设置

2.2.4.1 牵引锚点的受力分析

滑移时托移装置与滑道间的摩擦力：

式中：k1为动载系数，取k1=1.1；k2为不均衡系数，取k2=1.1；f为滑动摩擦系数，钢与聚四氟乙烯间的滑动摩擦系数，在黄油润滑状态下，经多次试验经验数据，起动时为 0.11～0.14，运动中为0.04～0.06，取起动时的中间值，f=0.125；Q为整桥结构自重，取Q=7 500 kN；Q′为托移装置等措施材料的自重，取Q′=50 kN。

采用在两条滑移轨道海侧端部各设置大型方形基础，预埋锚固结构作为牵引锚点，因此单个锚点实际承受水平拉力：

因此每个牵引锚点应按最小承受陆侧水平拉力571 kN进行设置。锚点正对滑道基础，并在滑道基础中心线上。

2.2.4.2 牵引锚座结构设计

钢栈桥整体平移时牵引装置需设置锚座，锚座需承受向陆域方向的水平拉力，在正对每条混凝土滑道靠近海岸的顶端处各设置一个锚点，本次锚座采用型钢制作埋入滑道基础顶端的混凝土中，见图5所示。

2.2.5 托移装置的设计

托移装置作为滑移过程中的承载和移动部件，必须有足够的强度和刚度，并能有效抵抗水平力，防止施工操作过程中失稳或者不可抗力事件的出现。

在两条滑道上分别设置1个托移装置，见图6所示。为减少移动过程中的阻力，将托移装置前后两端进行煨弯处理，并在下表面敷贴能大幅降低摩擦系数的聚四氟乙烯板，用螺栓将聚四氟乙烯板与托移装置连接牢固。

2.2.6 整体顶升装置

2.2.6.1 整体顶升受力分析

本次施工采用4只250 t电动液压千斤顶置于钢栈桥设计的4个桥支座位置，使其受力状态基本与钢栈桥安装后正式桥支座受力状态一致，由于位置距离较远，钢栈桥两端两个千斤顶分别联动操作，保证4只千斤顶工作时基本能均衡受力，因此每只千斤顶的受力：

式中：Q为整桥结构自重，取Q=7 500 kN；n为承载千斤顶数量，n=4。

千斤顶的负载系数：

式中：P0为千斤顶的额定载荷，P0=2 500 kN。

满足钢栈桥整体顶升承载要求。

2.2.6.2 整体顶升装置结构设计及要求

整体顶升装置用于将钢栈桥整体顶升起来，以便托移装置的安装。主要由电动液压千斤顶、上垫板和下垫板组成，见图7所示。

在钢栈桥每个支座旁各设置1台电动液压千斤顶，一榀桥共4只千斤顶；电动液压千斤顶额定载荷250 t，顶升行程200 mm；在千斤顶上下各设置1块厚钢垫板，以利于应力扩散。

2.2.7 牵引装置的设置

2.2.7.1 牵引装置受力分析

滑移时托移装置与滑道间的摩擦力：F=1 142 kN

牵引装置可选择两套1 000 kN的液压千斤顶。

千斤顶的牵引力为：F′=nF0=2×1 000=2 000 kN式中：n为液压牵引装置数量，n=2；F0为每只液压千斤顶额定工作载荷，F0=1 000 kN。

可见，F′＞F，两套1 000 kN液压牵引装置的牵引力大于钢栈桥滑移时的摩擦力，满足钢栈桥整体平移牵引力的要求。

2.2.7.2 牵引设备的选用

根据钢栈桥整体滑移牵引力要求，考虑滑移作业的效率和安全性等因素，本工程选用ZLD1000型自动液压连续顶推系统作为牵引动力，其单套千斤顶公称拉力为1 000 kN，张拉行程为200 mm，行进速度4～6 m/h，满足使用要求。

ZLD系列自动液压连续顶推系统，由1套主控系统，若干套泵站系统及所对应若干套千斤顶系统等小系统构成。用行程开关作为自动连续顶推系统的动作传感元件，它将千斤顶活塞的位置信号传递给主控台和泵站，主控台将得到的信号进行逻辑组合后，再将控制信号传递给相应的泵站，泵站通过电磁阀去控制相应的千斤顶的动作，该过程形成一个闭环控制系统。

2.2.7.3 牵引设备的安装

每条滑道基础海侧端部锚座前各设置1套自动液压连续顶推千斤顶系统。每套液压连续顶推千斤顶采用9根φ15.24 mm的钢绞线作为牵引绳。液压连续顶推千斤顶系统通过钢支座与锚座固定连接，见图8所示。在托移装置靠海一侧设置支座与千斤顶的工具锚固定连接，见图9所示。

2.3 滑移施工方法

钢栈桥整体拼装完成后，即可安装滑移系统装置，将钢栈桥整体滑移至岸边待吊位置。

2.3.1 滑移施工步骤

1） 混凝土滑道基础的施工，要达到强度后方可进行滑移施工。

2） 在条形混凝土基础上安装滑道垫板和滑道槽钢，滑道槽钢间对接接头应焊接磨平。

3） 钢栈桥拼装完成后，采用顶升装置将钢栈桥整体顶升起来。

4） 清理干净滑道槽钢腹板内侧，并用砂轮机磨去滑道表面铁锈，在滑道上沿托移装置滑动范围内涂抹黄油。

5） 将托移装置由滑道一端移入滑道内，将钢栈桥整体落于两端的托移装置上。

6） 启动液压牵引装置，将钢栈桥向前滑动平移至海边预定位置。

2.3.2 滑移过程存在的主要问题及预防、控制措施

1） 滑移轨道与托移装置间水平误差。滑移轨道梁上表面容易产生一定的水平误差，水平误差太大将影响托移装置与滑移轨道的贴合度，导致受力不均和牵引力过大，严重时将引起轨道梁开裂，因此轨道梁施工中加强水准测量，反复校核，严格控制水平误差，对误差较大处应在滑道垫板与轨道梁上表面之间进行填充处理，同时，在滑道垫板接缝处的连接要保证平顺。

2） 整体滑移发生侧向偏位。由于牵引装置、托移装置与钢栈桥端横梁轴线不重合等原因，易导致滑移过程中发生侧向偏位，当偏位达到一定程度，托移装置侧边将与滑道槽钢卡死而滑移施工被迫中止，因此在牵引装置、托移装置安装时应保证钢栈桥端横梁轴线的重合，在滑移过程中，应随时监控偏位情况，及时根据偏位方向进行矫正。

3） 钢栈桥两端滑移步调不一致。由于受力不均或设备故障等原因，可能发生钢栈桥两端向前滑移距离不等，易发生卡涩甚至倾覆事故，因此，在滑移过程中，应随时监控钢栈桥两端平移距离，防止一端过快或过慢，钢栈桥两端平移距离差应控制在50 mm以内。

3 结语

营口港2号原油码头钢栈桥采用ZLD型千斤顶及配套设备作牵引力，采用聚氟乙烯板作为摩擦材料，并借鉴雪橇结构原理设计托移装置作为平移时的承载滑移部件进行整体滑移，运行稳定、效率高、效果良好，取得较好的经济效果和良好的社会效益。

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