西南成品油管道北盤江跨越連續(xù)鋼梁橋施工

(中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽，550081)

1 工程概況

位于北盤江流域上的馬馬崖一級(jí)水電站蓄水后，將淹沒庫區(qū)內(nèi)的西南成品油管道(廣東茂名—云南昆明)，為此，需要對(duì)庫區(qū)內(nèi)原輸油管道橋進(jìn)行改線重建。西南成品油北盤江跨越改線工程位于320國道原北盤江大橋下游約0.8km，距馬馬崖一級(jí)水電站壩址上游約25.45km，大橋橫跨北盤江，左岸為關(guān)嶺縣、右岸為晴隆縣。大橋全長204.8m、寬5.0m，為51.2m+102.4m+51.2m三跨連續(xù)鋼桁梁，大橋總體布置見圖1。

圖1 大橋總體布置(單位：m)

2 工程結(jié)構(gòu)布置

西南成品油北盤江跨越改線工程由下部土建和上部鋼結(jié)構(gòu)組成。

下部土建由0#橋臺(tái)、1#橋墩、2#橋墩、3#橋臺(tái)組成；橋墩下部為承臺(tái)基礎(chǔ)，承臺(tái)底部設(shè)置4根灌注樁。樁身直徑2.0m，其中1#承臺(tái)灌注樁深19.4m，2#承臺(tái)灌注樁調(diào)整后深19.4m；承臺(tái)長9.2m、寬8.4m、高2.5m；橋墩為圓端面板式墩，墩長7.5m，寬3m，其中1#橋墩高20.0m、2#橋墩調(diào)整后高20.0m，橋臺(tái)采用U型重力式橋臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)。灌注樁采用C30水下混凝土，承臺(tái)、橋墩、橋臺(tái)采用C30混凝土。

上部鋼結(jié)構(gòu)為三跨連續(xù)鋼桁梁，采用有豎桿三角桁中間支點(diǎn)下弦加勁桁式，節(jié)間長度劃分為32×6.4m，主桁橫向采用二桁結(jié)構(gòu)，桁高6.4m，考慮到檢修車輛通行，桁間距為5.0m。主桁采用散拼節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式，連接采用M24高強(qiáng)度螺栓。桁架桿件采用“H”型截面，桿件腹板與翼板間采用雙面坡口角焊縫。橋面系采用縱橫梁+鋼正交異性板橋面體系，橋面板下設(shè)4道縱梁，縱梁為倒T形截面，腹板與橋面板熔透焊接。全橋需完成鋼材制作與安裝870t，連接螺栓46688顆；鋼桁梁結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 大橋鋼桁梁結(jié)構(gòu)(單位：cm)

3 施工布置

西南成品油北盤江跨越改線鋼梁橋橫跨兩岸的320國道，從320國道修建施工便道可到達(dá)左、右岸承臺(tái)和橋臺(tái)部位；左岸地勢(shì)較緩，加工廠布置在左岸岸邊沙地上，施工用電從左岸農(nóng)網(wǎng)10kV接線，在左岸布置一臺(tái)400kVA變壓器。

大橋鋼構(gòu)件數(shù)量多，承臺(tái)部位堆放不了的鋼構(gòu)件，沿左岸岸邊沙地和320國道旁堆放，然后采用平板車轉(zhuǎn)運(yùn)至吊裝部位。

4 下部土建施工

4.1 橋臺(tái)施工

主要為橋臺(tái)開挖，大橋兩岸為320國道，且開挖量較少，采取爆破會(huì)對(duì)國道造成破壞，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將開挖方式調(diào)整為液壓破碎錘開挖。

由于混凝土量較少，澆筑采用吊車吊運(yùn)入倉。

第二類題目要求甲、乙兩輛小車在指定區(qū)域同時(shí)同向一前一后行進(jìn)，并在規(guī)定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)超車。分析該要求，智能小車必須具備兩種功能：一是智能循跡避障拐彎功能，使得小車在指定跑道行駛，不偏離軌道；二是在規(guī)定的超車道實(shí)現(xiàn)甲乙車位置互換，并且不得發(fā)生碰撞。全程不得人工干預(yù)，不得遙控，設(shè)計(jì)難度頗大。本文提出一種基于STC12C5A60S2微控制器的可行方案。

4.2 灌注樁平臺(tái)施工

按照原招標(biāo)文件，左岸灌注樁平臺(tái)為571.7m高程，樁深19.4m；右岸灌注樁平臺(tái)為567.2m高程，樁深18.8m。工程開工后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，左岸地勢(shì)緩，河灘寬，滿足施工平臺(tái)布置；右岸地勢(shì)陡，河灘窄，需在江中設(shè)置圍堰，施工難度大；由于工程要在汛期施工，且光照電站四臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)水位較高，在右岸江中填筑圍堰，施工難度大、成本高。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)投標(biāo)階段設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，將右岸承臺(tái)抬高到與左岸同高程，取消圍堰設(shè)置，即右岸灌注樁平臺(tái)抬高至571.7m高程，灌注樁深度也隨之調(diào)整為19.4m。

左岸灌注樁施工平臺(tái)布置在河床上，直接開挖形成；右岸灌注樁施工平臺(tái)，由于地勢(shì)較陡，采取在河床外側(cè)投放鋼筋籠、澆筑水下混凝土護(hù)壁，再在鋼筋籠內(nèi)回填石渣形成施工平臺(tái)。

4.3 灌注樁施工

灌注樁造孔采用沖擊鉆進(jìn)行，由于孔樁位于河床上，表層主要為砂卵石堆積體，為了避免塌孔，入孔部位采用鋼護(hù)筒護(hù)壁，長度2.5m。

鋼筋籠采用吊車分節(jié)段吊入，焊接連接后吊入孔內(nèi)；采用水下混凝土澆筑、導(dǎo)管入倉，導(dǎo)管插入到孔底，隨混凝土澆筑緩慢向上提升，確?？變?nèi)澆筑密實(shí)。

4.4 承臺(tái)施工

主要是混凝土入倉和冷卻水管的布置，混凝土采取從上方的320國道搭設(shè)梭槽入倉，冷卻水管采用鍍鋅鋼管，從江中抽水進(jìn)行通水冷卻。

4.5 橋墩和橋臺(tái)施工

鋼筋在加工廠制作成型，自卸汽車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，吊車吊運(yùn)至倉面；橋墩采用定型鋼模板，吊車配合安裝，前期混凝土采取從320國道搭設(shè)梭槽入倉；由于混凝土澆筑量較少，未考慮輸送泵入倉，后期梭槽不能到達(dá)的部位采用吊車吊運(yùn)入倉。

5 上部鋼結(jié)構(gòu)施工

5.1 吊裝原理

大橋?yàn)?1.2m+102.4m+51.2m三跨連續(xù)鋼桁梁橋，具有以下特點(diǎn)：

(2)以大橋中心線為界，以橋墩為軸線，320國道上方和靠江側(cè)對(duì)稱，長度、結(jié)構(gòu)和重量完全相同。

因此，大橋采取以橋墩為軸線，先進(jìn)行跨320國道上方的鋼構(gòu)件吊裝，吊裝完成后，在平衡力的作用下進(jìn)行橋墩上支撐牛腿鋼構(gòu)件吊裝，然后再進(jìn)行跨江部位吊裝，最后在跨中合攏。

5.2 鋼構(gòu)件制作及運(yùn)輸

大橋采用Q345d鋼材，鋼結(jié)構(gòu)外表面涂裝采用鐵路第7涂裝體系，包括噴砂除繡+底漆+中間漆+面漆；由于大橋材質(zhì)和涂裝要求較高，所有構(gòu)件全部采用螺栓現(xiàn)場(chǎng)連接，精度要求高，因此，不能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加工，只能在鋼結(jié)構(gòu)加工廠按照設(shè)計(jì)圖紙加工成型，汽車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。構(gòu)件制作好后，采用探傷和磁粉對(duì)焊縫進(jìn)行100%檢測(cè)，檢測(cè)合格后進(jìn)行預(yù)組裝，組裝合格后再裝車運(yùn)到工地。

5.3 吊裝方案確定

原招標(biāo)階段大橋鋼結(jié)構(gòu)重量為661t，實(shí)際施工過程中，經(jīng)復(fù)核計(jì)算工程量實(shí)為870t，較合同增加了119t，構(gòu)件數(shù)量增多，單節(jié)構(gòu)件最大重量達(dá)3.0t；原方案考慮在左、右岸橋墩部位各布置一臺(tái)塔吊，負(fù)責(zé)橋墩部位構(gòu)件吊裝，跨中部位采用一臺(tái)70t吊車吊裝合攏。由于工程量增加較多，塔機(jī)起吊重量受限，無法滿足吊裝作業(yè)。從橋墩軸線到跨中合攏有51.2m，吊裝期間光照，水電站要進(jìn)行發(fā)電，吊車不能開到江中位置起吊，70t吊車性能參數(shù)滿足不了跨中合攏，同時(shí)也不具備在江中填筑平臺(tái)來滿足70t吊車起吊；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將吊裝方案調(diào)整為：2臺(tái)25t吊車在320國道上負(fù)責(zé)左、右岸構(gòu)件吊裝，原方案兩臺(tái)塔機(jī)不取消，主要進(jìn)行工具、螺栓和小構(gòu)件吊裝，將70t吊車調(diào)整為200t吊車，負(fù)責(zé)跨中102.4m構(gòu)件吊裝，以此作為趕工投入，增加的費(fèi)用可得到補(bǔ)償；吊裝合攏見圖3。

5.4 吊裝平臺(tái)施工

橋墩牛腿至橋臺(tái)部位鋼構(gòu)件，位于320國道正上方，在320國道上進(jìn)行吊裝；橋墩上部牛腿采用承臺(tái)施工平臺(tái)和320國道作為吊裝平臺(tái)；200t吊車主要用于中跨吊裝及合攏，要在河岸和江中進(jìn)行吊裝，因此，需在江中填筑一個(gè)吊裝平臺(tái)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形布置，右岸河床較陡，水深、水流急，施工平臺(tái)填筑難度大；左岸河床較緩，水淺、水流緩，施工平臺(tái)填筑難度小，可采用現(xiàn)有施工便道運(yùn)渣填筑，因此，確定將200t吊車吊裝平臺(tái)布置在左岸。大橋上游光照水電站停發(fā)期間進(jìn)行吊裝平臺(tái)下部填筑，平臺(tái)靠水流側(cè)采用鋼筋石籠填筑形成擋墻，在外側(cè)拋大塊石進(jìn)行護(hù)腳，避免水流對(duì)擋墻造成沖刷破壞；擋墻內(nèi)采用石渣回填，所需石渣到大橋上游的左岸河床內(nèi)挖取，分層回填并碾壓密實(shí)，考慮到吊裝在枯水期施工，因此，吊裝平臺(tái)按高于光照水電站四臺(tái)機(jī)組發(fā)電水位1.5m進(jìn)行填筑。

圖3 大橋吊裝與合攏示意(單位：m)

5.5 大橋兩岸鋼桁梁吊裝

5.5.1 支撐架搭設(shè)

根據(jù)大橋吊裝原理，先進(jìn)行大橋兩岸鋼桁梁吊裝，在平衡力的作用下向跨中合攏。大橋兩岸鋼桁梁吊裝前先要完成支撐架搭設(shè)，在支撐架上從橋臺(tái)至牛腿部位逐一安裝。支撐架采用鋼管柱支撐，各設(shè)置3排、每排2根立柱，在立柱頂部焊接3cm鋼板，然后縱向安裝貝雷架，采用25t吊車吊裝就位；在貝雷架上橫向鋪設(shè)25a工字鋼、@1.0m，然后在縱向鋪設(shè)20a槽鋼、@0.5m。

5.5.2 邊跨鋼桁梁吊裝

邊跨位于320國道上方，以320國道作為吊裝平臺(tái)，構(gòu)件采用25t吊車吊裝，散件、螺栓、連接板等采用塔吊吊裝到工作面，構(gòu)件按照出廠編號(hào)進(jìn)行吊裝，由于所有構(gòu)件全部采用螺栓連接，以橋臺(tái)為吊裝起點(diǎn)，向牛腿部位逐一推進(jìn)。

邊跨鋼桁梁吊裝順序?yàn)椋合孪覘U→橫聯(lián)(橫聯(lián)斜桿)→豎桿→斜桿→上弦桿→上平聯(lián)(上平聯(lián)橫桿和斜桿)；各部位鋼件采用連板連接。弦桿、平聯(lián)、斜桿、豎桿、連接板等鋼構(gòu)件吊至安裝位置后，人工輔助就位，采用螺栓臨時(shí)固定，待單節(jié)6.4m鋼桁梁全部吊裝完成后，測(cè)量人員對(duì)鋼桁梁進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)無誤后對(duì)連接螺栓進(jìn)行緊固，擰緊力必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

為了避免牛腿部位吊裝時(shí)，在鋼桁梁自重的作用下引起邊跨下繞，兩岸鋼桁梁吊裝完成后先進(jìn)行面板鋪裝，以增加配重。

5.6 橋墩上部牛腿鋼桁梁吊裝

大橋橋墩是整座橋梁的集中受力點(diǎn)，鋼桁梁為牛腿支撐設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)件多，施工難度大。采用25t吊車在320國道和承臺(tái)施工平臺(tái)上進(jìn)行吊裝。

牛腿上部鋼桁梁不采取對(duì)稱吊裝，而是先安裝靠橋臺(tái)部位，即從支座開始吊裝，將靠橋臺(tái)部位先合攏，與邊跨已安裝鋼桁梁形成整體受力，然后再進(jìn)行牛腿靠江側(cè)吊裝。

牛腿吊裝順序?yàn)椋褐ё惭b→牛腿豎桿→牛腿斜桿→牛腿剪刀撐→牛腿平聯(lián)橫桿→牛腿平聯(lián)斜桿→橋梁主體結(jié)構(gòu)(吊裝順序與邊跨鋼桁梁相同)。為了增加兩岸已吊裝完成的鋼桁梁配重，橋墩至橋臺(tái)部位橋面板全部鋪裝完成前，橋墩至跨中部位暫時(shí)不進(jìn)行鋪裝，以免增加自重而引起大橋跨中部位出現(xiàn)下繞，造成下饒值過大而影響結(jié)構(gòu)受力和跨中合攏。

5.7 中跨鋼桁梁吊裝

采用200t吊車在填筑的吊裝平臺(tái)上進(jìn)行吊裝，由于吊裝平臺(tái)布置在左岸，為了避免已吊裝鋼桁梁對(duì)200t吊車吊裝作業(yè)造成干擾，先進(jìn)行右岸吊裝，吊裝至跨中部位后，再進(jìn)行左岸吊裝，最后在跨中預(yù)留一節(jié)合攏。

中跨吊裝順序?yàn)椋簶蚨罩量缰袖撹炝旱跹b(左、右岸同時(shí)進(jìn)行)→跨中合攏，吊裝順序與兩岸鋼桁梁相同。

由于大橋所在地溫差大，中、下午氣溫高，早上氣溫低，受熱脹冷縮的物理作用，吊裝就位時(shí)鋼桁梁縱向尺寸偏差大，因此，跨中部位構(gòu)件須選擇在早上吊裝合攏。

5.8 橋面板吊裝

橋面板吊裝前，在左右岸橋臺(tái)下方打φ25、L=4.5m的錨桿，采用φ20鋼絲繩固定在已安裝好的鋼桁架上，通過下拉力增加兩岸配重，避免大橋在中跨吊裝過程中，因自重較大而產(chǎn)生下繞。

橋面板采用20t吊車吊裝至橋臺(tái)部位，逐塊向跨中進(jìn)行安裝，橋面板采取左、右兩岸對(duì)稱安裝，在跨中合攏。由于大橋鋼桁梁吊裝完成后，橋面板無法吊入橋內(nèi)，因此，只能從橋臺(tái)向跨中移動(dòng)至安裝部位。在橋面板上采用型鋼制作一輛簡易小車，25t吊車將橋面板吊至小車上，人工用手動(dòng)葫蘆拉動(dòng)小車，將橋面板移至安裝位置，人工用手動(dòng)葫蘆吊起橋面板安裝就位。

5.9 吊裝安全措施

(1)由于邊跨吊裝位于320國道正上方，為了確保過往車輛和行人安全，吊裝采取在貝雷架底部鋪設(shè)竹跳板、防火布進(jìn)行防護(hù)。

(2)吊裝期間，在橋下和橋上安排專門信號(hào)工進(jìn)行指揮，操作人員、信號(hào)工和安裝人員均配置對(duì)講機(jī)，確保信息暢通。

(3)吊裝人員必須系好戴好安全帽、系好安全帶，吊裝只在白天進(jìn)行，確保視線良好。

(4)跨中吊裝期間，加強(qiáng)對(duì)填筑平臺(tái)基礎(chǔ)和外側(cè)鋼筋石籠護(hù)坡的觀察，一旦發(fā)生沉降、變形，嚴(yán)禁吊裝。

(5)構(gòu)件吊起過程中，下方嚴(yán)禁站人；已完成吊裝的部位，采取搭設(shè)槽鋼、輔設(shè)竹跳板進(jìn)行防護(hù)，兩側(cè)掛設(shè)安全網(wǎng)，同時(shí)作為安全通道。

(6)大橋吊裝過程中必須做到指揮無誤、做好配合工作，避免構(gòu)件碰撞到已安裝好的構(gòu)件。

6 大橋涂裝和護(hù)欄施工

鋼結(jié)構(gòu)外表面的涂裝流程為：噴砂除繡→底漆→中間漆→面漆。

噴砂除銹：要求達(dá)到Sa3級(jí)，鋼材表面粗糙度達(dá)到Rz25μm～60μm；涂裝前工件表面應(yīng)干燥、無灰塵、無油污、無氧化皮、無銹跡。

底漆：采用環(huán)氧富鋅底漆2道，干膜厚度2×40μm，電弧噴漆。

中間漆：采用棕紅云鐵環(huán)氧中間漆1道，干膜厚度40μm，無氣噴漆。

除銹和噴漆：均在鋼結(jié)構(gòu)制作廠進(jìn)行，大橋安裝完成后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行面漆施工。面漆為氟碳涂料面漆2道，干膜厚度2×30μm，無氣噴漆。

護(hù)欄為鋼護(hù)欄，扶手采用φ57的鋼管焊接與大橋立桿焊接，中間格柵采用16×16的方鋼@14cm，與鋼管和橋面板焊接；護(hù)欄在橋面板安裝完后進(jìn)行，采用人工現(xiàn)場(chǎng)焊接，踢腳線采用C25細(xì)石混凝土在橋面現(xiàn)澆，對(duì)護(hù)欄底部起到固定作用。

7 荷載試驗(yàn)

大橋上安裝2根φ406×12.7mm輸油管，荷載2.5kN/m；考慮到管道檢修，車輛荷載按10t布載，檢修人群荷載2.5kN/m2。荷載試驗(yàn)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，荷載試驗(yàn)過程中，監(jiān)測(cè)單位對(duì)大橋進(jìn)行了檢測(cè)，下繞度滿足設(shè)計(jì)要求，大橋連接螺栓、桿件受力滿足設(shè)計(jì)要求。

8 方案優(yōu)化

8.1 右岸承臺(tái)抬高優(yōu)化

大橋施工過程中，根據(jù)實(shí)際地形和河床實(shí)測(cè)水位，將右岸承臺(tái)高程抬高至與左岸承臺(tái)同高，取消圍堰填筑及防滲處理，直接回填石渣形成施工平臺(tái)，滿足了承臺(tái)及灌注樁施工要求；將承臺(tái)高程抬高，取消了圍堰設(shè)置，節(jié)約了施工成本，同時(shí)也確保了工程在汛期施工。

8.2 中跨吊裝方案優(yōu)化

按照原投標(biāo)文件，大橋中跨采用70t吊車，在左、右岸均要填筑施工平臺(tái)；施工過程中，由于鋼結(jié)構(gòu)工程量較合同增加了119t，且右岸地勢(shì)狹窄、水流較急，填筑施工平臺(tái)難度大、成本高；經(jīng)對(duì)比分析，確定選用200t吊車進(jìn)行中跨吊裝，只需在左岸設(shè)置吊裝平臺(tái)即可，加快了施工進(jìn)度。

9 結(jié)語

西南成品油管道北盤江跨越連續(xù)鋼梁橋施工，工期緊、吊裝工程量大，必須在馬馬崖一級(jí)水電站下閘蓄水前完成，以確保電站按時(shí)發(fā)電。施工過程中，通過對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，確保了工程在汛期施工，為工程早日完工創(chuàng)造了條件；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選取合理的施工方案，取消了圍堰布置，節(jié)約了成本，加快了施工進(jìn)度；在鋼結(jié)構(gòu)工程量增加較大的情況下，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工布置，采用大型吊裝設(shè)備，加快了施工進(jìn)度。鋼結(jié)構(gòu)橋梁有著工序少、工期短、布置簡單、所需場(chǎng)地少等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代橋梁工程建設(shè)中，鋼梁橋的應(yīng)用越來越廣泛，施工總結(jié)可為類似橋梁工程建設(shè)提供借鑒。