钢浮桥在大跨度水中桥梁施工中的应用探讨

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　　摘 要 道路桥梁工程是保障城市与城市之间交通紧密连接的关键，我国的桥梁工程随着中国城市化进程的发展不断增多，水中桥梁在桥梁工程中暂居大量份额。如何解决水中桥梁施工中材料、工具及行人的运输是水中桥梁施工的关键工序。本文以湘桂铁路柳江双线特大桥钢浮桥为例，简述了钢浮桥的设计、制作、运输及拼接等施工中关键技术及主要施工过程。通过采用钢浮桥施工方案，在保证质量、安全和进度的前提下，取得了较好的经济效益。
　　关键词 钢浮桥;浮筒;浮力;连续梁
　　1 工程概况
　　柳江双线特大桥位于广西壮族自治区柳州市境内，跨越柳江、黔桂铁路、柳太公路而设，为深水复杂特大桥，桥梁中心里程DK504+879.7，该桥主桥跨越柳江，桥位處河面宽度640mn，水深约7～8m。全桥过江共设置27#～32#六个水中墩，跨江主桥上部结构采用（60+5×104+60）m预应力连续梁，全长641.6m，梁体截面类型为单箱室直腹板箱梁，梁高4.8～8.0m。下部结构采用桩径2.0m钻孔桩群桩基础，桩长10～31m之间;承台采用二级圆端形承台，一级12m×16.4m×3m，二级8m×12m×1.5m;墩身采用圆端形，墩高均为24.0m。
　　柳江为III（3）级航道，桥位处航道设于30～31号墩之间，柳江桥下游修建有红花水电站，桥址处位于水电站库区范围内，水流较缓。常年水流速为0.05～0.30m/s，电站泄洪时水流较快。根据柳江水文资料显示，每年6～8月份为柳州市洪水季节，柳江河水位上升快，水位高，变化大，多年平均降雨量1424.7mm，最大日降雨量214.8mm。年平均风速1.6m/s，最大风速24.3m/s。其中百年一遇的洪水（水位H1%=93.95m）时其水流速为2.1m/s，2009年4月15日实测桥址处水流速为0.27m/s。
　　2 方案比选
　　便桥施工的方案和方法很多，综合考虑方案的安全性、经济性、施工周期和施工的可操作性，可以选择不同的施工方案和施工方法。目前便桥施工方案主要有钢栈桥及浮桥
　　（1）钢栈桥方案
　　传统钢栈桥采用钢管、贝雷片、工字钢、槽钢、面板、角钢等组合拼装成临时钢桥。供施工车辆、材料、混凝土运输和施工人员的通行。钢便桥采用振动锤下管在水中逐跨施工，工期较长，施工难度大。
　　（2）钢浮桥方案
　　钢浮桥采用圆筒、工字钢、面板及钢管拼装而成，利用圆筒的浮力支承上部地泵管道及施工人员荷载，钢浮桥固定于施工平台上。钢浮桥在陆地加工完成后，利用驳船运输下水拼装[1]。
　　以上两种方案从技术角度均可行，本桥位区覆盖层主要是粉细砂，并且覆盖层的厚度为2～4m，河床冲刷严重，如果采用钢管桩钢栈桥，由于覆盖层较薄，钢管桩固定不住，必须采取加固措施，采取栽钢管的方法。即先将钢管桩周围的覆盖层清理干净，然后以钢管桩为导管灌注水下砼，施工工艺复杂、施工难度较大且造价高。更不利的是洪水期洪水通过时必须将桥面系及钢管桩拆除才能确保便桥的安全性。因此，考虑防洪水期和为加快施工进度，并经过技术经济比选，决定采用搭设钢浮桥作为施工便桥[2]。
　　3 钢浮桥设计
　　柳江双线特大桥钢浮桥的设计从河流流速、防洪水性、简易性和经济等角度考虑。因地制宜，充分利用钢圆筒的浮力进行设计作为砼泵送管道、小型机具设备、少量材料及人员等运输的通道。
　　3.1 钢浮桥设计要求
　　浮桥设计长度：浮桥设计长度650m，位于27#～32#墩间。
　　浮桥桥面标高：高于柳江河河面50cm，随柳江水位上下浮动。
　　浮桥宽度：3m。
　　浮桥结构：利用钢浮筒自身浮力作为浮桥桥面支承，通过工字钢、钢丝绳、角钢将桥面与钢浮筒连接。桥面焊接钢管围栏并铺设3mm厚花纹钢板供人员和混凝土输送管道通过。
　　3.2 具体形式
　　钢浮桥采用钢圆筒、工字钢、面板、钢管等组合拼装而成的临时施工便桥。
　　钢浮桥采用φ1.0m、长3m的钢圆筒（板厚δ=4mm）作为支承主浮筒。平衡浮筒采用φ1.0m、长1.25m的钢圆筒（板厚δ=4mm）制作，主浮筒间距6m，每间隔12m左右各设置一个平衡浮筒。
　　钢浮桥纵梁采用4根I14工字钢与钢护筒焊接组拼成宽3米的通道，工字钢纵梁等间距布置，间距1m。
　　桥面板采用δ=3mm厚花纹钢板，桥面满铺。
　　扶手栏杆采用φ48*3.5mm钢管与工字钢焊接做立柱，高1.2米，间距2m，
　　采用φ48*3.5mm钢管与立柱焊接做扶手，分两层设置，层高0.6m。
　　3.3 钢浮桥浮力计算
　　（1）荷载情况
　　浮桥形成后，主要考虑上置φ150mm砼输送管两组、120mm2电缆一组、95mm2电缆一组及人行荷载。
　　（2）一个浮筒承载情况
　　钢浮筒自重（板厚δ=4mm）：G1=G（主）+G（平衡）
　　=3.14×1×3×31.4+3.14×0.955×0.955÷4×2×31.4+3.14×1×1.25×31.4+3.14×0.955×0.955÷4×2×31.4=508.6 kg
　　工字钢自重（I14工字钢）：G2=4×6×16.89=405.36kg
　　钢面板自重（板厚δ=3mm）：G3=3×6×24.4=439.2kg
　　钢管栏杆自重（φ48*3.5mm）：G4=（6×2+1.2×4） ×3.84×2=129.1kg
　　砼输送管（两套管充满砼） ：
　　G5=3.14×0.1252÷4×6×2×2400
　　=353.2kg
　　电缆自重（120mm2，90mm2个一条）： 　　G6=9.34×6+7.23×6=99.42kg
　　人员及小型机具荷载（按每个浮筒承担2人、每人重100kg、小型机具按50kg考虑）：G7=100×2+50=250 kg
　　承重共计：G=G1+G2+G3+G4+G5+G6+H7
　　=508.6+405.36+439.2+129.1+353.2+99.42+250=2185.2 kg
　　=21.9t
　　（3）浮桥浮筒所受的最大浮力
　　一个浮筒浮力计算F=ρ×g×V（主浮筒）+ρ×g×V（平衡筒）
　　ρ为河流中水的密度，V为1個主浮筒受和1个平衡筒最大浮力时体积（最大按吃水深度0.7m）
　　F=ρ×g×V=1.0×103×9.8×（3.14×0.5×0.5×（180°+24°×2）/360°+0.48×0.2÷2×2）×（3+1.25）=24.7T
　　F=24.7t>G=20.1t，浮桥浮力满足要求（最大按吃水深度0.7m）。故浮桥所能承受的最大荷载大于施工时的荷载，浮桥安全。
　　浮桥与围堰平台连接处设置45度角的爬梯，以利于人员上下及砼输送管的布设。在水位变化时，可适当移动浮桥使其与爬梯连接牢固。浮桥按每隔36米分为一节，节与节之间设置钢销连接，以利于在水位过高或水流速过大时，拆除节与节之间的销接，使用拖船将分节之后的浮桥拖至下游的河岸边靠岸停放，并用岸上的地垅将其锁住[3]。
　　4 浮桥施工
　　4.1 施工流程
　　测量定位——固定浮桥浮筒——安装浮桥桥面——设置围栏——安装浮桥固定锚。
　　4.2 测量定位
　　测量人员在河岸精确定位出浮桥位置，并在河岸放样出4个导向桩，使浮桥施工时可以保证线形不偏离设计位置。
　　4.3 固定浮桥浮筒
　　（1）浮筒准备。浮钢桥主浮筒采用φ1.0m、长3m的钢圆筒（板厚δ=4mm）、平衡浮筒采用φ1.0m、长1.25m的钢圆筒（板厚δ=4mm）制作。浮桥采取在岸上分节加工焊制，吊运下水组拼成型的方式施工。
　　浮筒焊缝全部采用剖口焊，焊缝厚度不小5mm。每个浮筒焊好后，必须用煤油做渗水性实验，检验合格后方可进入分节组拼施工。
　　（2）放置浮筒。沿浮桥方向布设浮筒，每个主浮筒为一组，主浮筒每组间距6m，平衡浮筒每组间距12m，并排布置;浮桥安装于桥墩上游水位，以减小水流对浮桥的冲击力。
　　（3）固定浮筒
　　每节浮箱组拼成型，检验合格后，使用驳船牵引吊运下水。浮桥每接长一节即在浮桥上游10米远处抛一具混凝土锚，并用钢丝绳与之相连，采用手拉葫芦调节松紧。
　　4.4 安装浮桥桥面
　　顺浮桥方向等间距布设4根I14工字钢，每两根间距1m。工字钢与浮筒连接处两条边均满焊，在I14工字钢顺桥向铺设3cm厚花纹钢板作为桥面步板，面板与工字钢连接处点焊连接。
　　4.5 设置围栏
　　为保证浮桥通行人员的安全，在浮桥两侧设置高度1.2m的防护围栏。围栏与桥面2侧的工字钢焊接牢固并安装防护网间距2m，围栏扶手采用φ48*3.5mm钢管安装，层高60cm布置。
　　4.6 安装浮桥固定锚
　　在浮桥上下游侧，沿浮桥每隔30m采用驳船各抛设两个10m?钢筋混凝土锚。抛锚位置的控制精度约为正负5米。
　　固定锚在锚位抛下之后，接着便随锚绳的下放而拖至浮桥处，将锚绳缠绕于浮桥工字钢上。在抛绳时尽量加大功率，将绳、链拉直。
　　锚绳要随抛随绞直，以免混凝土锚抛下后锚绳随锚抛下会发生堆积。锚绳采用10mm直径钢丝绳固定浮桥，保证在河流流速小于2.1m/s时浮桥的稳定性。浮桥的钢丝绳随着河面高程的变化适当的松紧。当河流流速大于2.1m/s或河流水位上涨过快时，松开钢丝绳，将浮桥用驳船牵引至河岸，顺河岸方向固定，以防被洪水冲散。
　　浮桥下水接长后，在每节浮桥的端头安装一具警示灯，以提醒柳江航线上过往船只及浮桥上施工人员。
　　5 结束语
　　通过湘桂铁路柳江双线特大桥的水中墩工程施工期间，采用钢浮桥进行水中墩材料、人员运输，使我们认识到在水中桥梁施工中，钢浮桥具有钢浮筒可在陆地上批量加工，减少水下施工工作量;在保证质量的前提下加快了施工进度;钢浮箱拼装简单，施工难度较钢栈桥大幅下降，不需要专业队伍及大型机械均可完成;钢浮桥拆卸简单，在汛期可以相对保证浮桥本身的安全，或浮桥本身被洪水冲毁或变形时，损失相对较少、恢复较快;钢浮桥简单实用，较大的减少了工程成本，发挥了较好的经济性。这将为今后的水中桥梁施工便桥施工积累了很好的经验。
　　参考文献
　　[1] 张建仁，刘小燕.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2011：59.
　　[2] 中铁三局集团有限公司.高速铁路桥涵工程施工技术规程[M].北京：中国铁道出版社，2015：201.
　　[3] TB10002.1-2005.铁路桥涵设计规范[S].北京：中国标准出版社，2005.
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