钢管混凝土拱桥浮拖施工技术应用分析

吴霞，陈梦霞

（江西省公路桥梁工程有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

钢管混凝土拱桥因材料强度大、造型美观、施工方便等优点而得以广泛应用。设计方面，在建和已建的钢管混凝土拱桥形式多样，跨径也不断增大；施工技术方面，钢管混凝土拱桥空钢管拱肋架已从传统的满堂支架发展为斜拉索挂扣、缆索吊装等无支架施工。钢管混凝土拱桥的推广应用使一种新的浮拖施工方法应运而生。浮拖施工属于拖拉施工技术的一种，适用于跨越江河的桥梁施工，其将桥梁拖拉端直接支撑在浮船分配梁或浮船拼装浮墩上，借助浮船载体将拼装好的构件拖拉至对岸后落梁就位。浮拖施工技术的应用取得了良好的社会效益和经济效益。

1 工程概况

某钢管混凝土拱桥主桥采用1×100m系杆，拱轴线呈二次抛物线形式，跨中矢高20m，矢跨比为1∶5，预拱0.05m。主桥主要为双钢管缀板哑铃型截面设计，由2根外径90cm、壁厚16mm的钢板连接而成的拱肋设计高度为2.2m。高1.8m、宽1.4m的系杆为箱型截面，系杆和拱肋间通过吊杆传力。主桥系杆通过横梁连接，横梁上安装厚度25cm的预制行车道板，其上浇筑8cm厚的C40整体桥面混凝土以及9cm厚的沥青混凝土铺装层。综合考虑运行质量、施工技术水平、工期、投资及对通航影响等方面，主桥上部结构由2艘380t浮船拖拉过河就位施工。

2 施工方案选择

该钢管混凝土拱桥施工采用缆索吊装、两岸岸边设桅杆斜拉、转体施工、支架拼装施工、浮运拖拉施工等技术。

（1）河中支架拼装施工。该施工工艺及受力模式比较简单，涉及较少的体系转换，施工质量可靠性有保证。不过，施工开始前必须严格按照设计要求将临时支架搭设在河中相应位置，且对支架搭设精度要求高，对河道航运存在一定影响，包括支架搭设及拆卸在内的施工周期较长。

（2）两岸岸边设桅杆斜拉。考虑到该河道通航任务重，在两岸采用高强度、大承载力的钢绞线进行斜拉支撑，能避免钢管混凝土拱桥施工过程中可能存在的失稳[1]。不过，空中拱肋对接以及线形调整等工艺复杂，该河道两岸软土地面中设置地锚锚体将耗费大量支撑材料，同时涉及较多的高空作业，施工质量较难保证。

（3）浮运拖拉施工。在岸上指定的宽阔平整区域进行拱肋预拼装，拼装质量有保证，且施工期间对河道正常通航影响较小，施工周期短。不过，浮运拖拉过程稳定性控制难度大，施工精度要求较高。

比较不同钢管混凝土拱桥施工技术优劣势，因本跨河桥梁河道通航任务重，两岸预拼装场地开阔平整，施工机械及周转材料等较多，具备较好的浮运拖拉条件，决定在岸上预拼装钢管混凝土拱桥整桥，并浮运拖拉过河吊装。

本钢管混凝土拱桥浮拖施工系统包括牵引、滑道、运载、检测控制及地锚等系统，钢管混凝土拱桥浮拖施工时通常先在河岸边开阔平坦的区域拼装主拱肋，并准备好牵引、地锚、滑道、滑块、浮运等系统及临时墩结构，完成后初步试拖拉。同时加强施工监控，一旦出现杆件应力、位移等超出预警值等情况则须暂停拖拉[2]，尽快查明原因。

3 拱桥浮运拖拉施工技术要点

3.1 搭设栈桥、拼装拱肋

根据钢管混凝土拱桥上部结构浮船托运施工方案，在施工现场准备浮船停靠泊岸、临时栈桥场及系杆拱预拼装区域。

本桥梁栈桥上部结构为6路标准贝雷纵梁，下部结构为型钢盖梁，钢管桩基础，Q345B工字钢钢枕，转盘安装在6#,7#主墩盖梁栈桥贝雷顶部，用于横移转向，转盘上设置Q235B工字钢双拼钢轨。陆地7孔栈桥跨径为15m/孔，每墩设置2根桩，并在6#,7#主墩处每墩设置4根跨径为3m的桩。

在栈桥上进行系杆拱的组装拼接，且系杆模板、拱肋风撑、钢筋等施工必须在系杆拱上桥之前完成。在安装拱肋前，应先进行系杆吊装，并充分结合预拱度设置进行系杆控制高程调整，焊接接头，安装及焊接质量检测无误后在支架上测放出拱肋中心线、支点高程等，此后按照先两边后中间的合龙次序对称吊装拱肋。

3.2 搭建施工平台

完成东西两岸泊岸开挖后拼装两片拱肋，并使施工浮船停靠在西泊岸预定地点，将大号型钢横向平铺在浮船上，通过粗钢丝绳将两条浮船搂底捆绑连接。在浮船船舱内外搭建施工平台时，先用型钢或方木找平，再摆放贝雷片，使施工平台顶面与栈桥面同高，长度比单幅系杆拱桥宽略长，宽度为2条浮船宽。施工平台搭建完成后，需在船舱内放水，且始终确保施工平台顶面与栈桥面齐平，此后将轨道铺设在施工平台上，并使其与栈桥轨道对接。通过粗钢丝绳在施工平台前后各设3根乌龟锚，由卷扬机牵引控制，发挥控制系杆拱前进方向以及动力牵引的作用。拖拉施工前，需模拟过河试验，确保各项参数符合设计要求。

3.3 系杆拱纵移过河、横移就位

浮拖施工开始前，要与交通、海事、电力、航道等部门协商，保证满足拱桥浮拖施工条件、施工过程中无过往船只通行、电力正常供应及天气正常。浮船应至少提前1d就位，且浮船贝雷梁销钉孔与临时栈桥贝雷销钉孔对应连接，在航道就近外侧浮船上少量注水，使其施工平台略微上翘。

浮拖施工开始后，拆除临时栈桥系杆拱桥钢结构临时支撑，使结构自重全部落在拱脚处小车上，借助卷扬机拖运系杆拱桥钢结构上船，将系杆拱临时支撑拆除后使系杆钢筋固定于外模板。浮船边移动边下沉的过程中，必须迅速抽出船舱内的水，待水完全抽出后浮船上升，其上施工平台逐渐和栈桥面等高，系杆拱钢结构上船施工最终完成。待前拱脚移动至施工平台中心后，收紧全部乌龟锚，并将船舶轨道、栈桥轨道连接装置全部拆除。

系杆拱在浮船拖动下移动过河的过程中，岸坡上技术人员应进行系杆拱中心线实时监测，收紧东侧3根缆风绳，并放松西侧3根缆风绳。浮船拖移时还应在施工平台南北两侧分别悬挂1个吊砣，使其与原垂直线中点对齐，以保证牵引速度适宜以及船舶平稳、垂直。船舶移动至设计位置后，浮船系杆拱会随着拱脚下方小车的移动而前移，且船舶浮起，为保持船舶平衡，必须向舱内灌水，待小车移动至横移点后固定船舶，并停止灌水，使船体处于平衡状态。小车纵向移动至设计位置后，稳住东边小车，将西边拱脚顶起后直角旋转车体，并落下西边2处拱脚。然后，以相同操作方式落下东边2处拱脚，从而完成小车横向转向。待小车移动至桥墩上拱脚处时稳住西边小车，将东边拱脚顶起后抽出小车，并架设临时支点。东边油顶撤出后将西边拱脚顶起，抽出小车，架设好临时支点并撤出油顶。待临时固定完成后，进行支座垫石施工并设置永久支座。

4 浮拖施工稳定性分析

钢管混凝土拱桥浮拖施工稳定性分析是施工过程及质量控制的重点。在浮拖施工前钢拱肋和钢桁架桥面系之间设置临时固定杆件，以确保钢拱桥结构稳定。本工程采用ANSYS有限元分析软件进行钢绞线张拉完毕后浮拖前弹性屈曲稳定分析[3]，结果表明，浮拖前桥梁弹性屈曲稳定系数及静力弹性值均比规范值大，稳定性良好。

浮拖施工过程中，采用ANSYS有限元分析软件进行桥梁自振特性分析，根据分析结果，该钢管混凝土拱桥高度远高于同跨度拱桥，且桥梁属于柔性结构，拱肋与桥面系均为钢桁架形式，截面积及重量均较小，全桥整体刚度不大。根据随机荷载下的动力稳定性分析结果，将x,y,z方向的加速度形式随机振动数据输入模型，并保持5s持续振动后进行ANSYS瞬态时程分析，并进行随机振动模式下位移量的计算。根据边部主梁吊装后拱脚水平位移（见图1）和拱顶竖向位移（见图2）有限元分析结果可以看出，该钢管混凝土拱桥桥面系钢桁架吊装施工各工况下位移和应力均位于合理范围，结构安全有保证。

图1 边部主梁桁架吊装后拱脚位移

图2 边部主梁桁架吊装后拱顶位移

5 结语

综上，该钢管混凝土拱桥浮拖施工过程的顺利进行表明拖拉法施工技术适用于航道桥梁架设施工。通过拖拉前主桥上部结构各项准备工作以及试拖拉模拟过河试验，保证了施工过程的顺利进行。本桥梁浮拖施工中通过2艘轮船并联方式拖拉构件过河的做法，有效保证了浮拖体系的整体稳定性，基于本桥梁工程成功的施工经验，对于更大跨径桥梁浮拖过河施工而言，可适当增大浮船吨位或将更多浮船并联施工，以取得较好的工程效益。